文档介绍：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
1. 引言
转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能,它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速,采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI调节器进行校正,对反馈信号进行采集,处理起到无静差效果。用25LJPF40电力二极管进行整流,以及滤波,通过驱动电路的作用将控制电路输出的PWM信号得到IGBT可靠的导通和关断,并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器,系统同时设有过流保护,为此达到双闭环可逆调速。
2. 系统设计参数
设计内容和数据资料
某直流电动机拖动的机械装置系统。主电动机技术数据为:
,,,,电枢回路总电阻,电枢回路电磁时间常数,机电时间常数,电源电压,给定值和ASR、ACR的输出限幅值均为,电流反馈系数,转速反馈系数,电动势转速比,Ks=,Ts=,试对该系统进行初步设计。
技术指标要求
电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间,电流超调量,空载起动到额定转速时的转速超调量。
3. 主电路方案和控制系统确定
主电路选用直流脉宽调速系统,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流,逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用稳定电流,后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差,从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时,转速外环饱和不起作用,电
流内环起主要作用,调节起动电流保持最大值,使转速线性变化,迅速达到给定值;稳态运行时,转速负反馈外环起主要作用,使转速随转速给定电压的变化而变化,电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图如图所示。
图3-1 直流PWM传动系统结构图
PWM变换器的选用
PWM变换器有可逆和不可逆两类。可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种。由于题目要求须事先电动机可逆运行,故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管IGBT构成H型双极性控制PWM变换器。其中,电源电压Us选用不可控电力二极管25JPF40整流提供,并采用大电容C进行滤波。
功率管开关管应承受2Us的电压,为此选用FGA25N120AN绝缘栅双极晶体管IGBT并接在功率开关管两端二级管用在IGBT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流。FGA25N的参数:Vce=200V,Ic=15A。选用10CTF30型电力二极管,If=10A,Urm=300V。
采用单相交流220V供电,变压器二次电压为67V,桥式整流二极管最大反向电压大于电源的幅值的2倍,最大整流电流按2倍额定电流考虑。选25JPF40,If=25A,Urm=400V。
整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波,并在负载变化时保持电压平稳。另外,当脉宽调速系统的电动机减速或停车时,贮存在电动机和负载转动部分的动能将由电容器吸收,所以所用的电容较大,这里选用4000uf,电压按大于2倍电压选择。
传感器以及测速发电机的选用
由于题目要求需要对电流进行采样,故此这里我们选用霍尔电流传感器HNC-025A,HNC-025A传感器所能测量的额定电流为 5A、6A、8A、 12A、25A,当原边导线经过电流传感器时,原边电流 IP会产生磁力线,原边磁力线集中在磁芯气隙周围,内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的,大小仅为几毫伏的感应电压,通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流 IS,并存在以下关系式: IS* NS= IP*NP。在外环中,我们需要有速度的反馈,这里我们选用永磁式ZYS231/110型作为测速机,实验数据:Ptn=,Utn=110V,Itn=,ntn=1900r/min
驱动电路选用
驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM信号放大至足以保证IGBT可靠导通或关断的程度。同时具有实现主电路与控制电路相隔离、故障后自动保护及延时等功能。这里我们选用上海马克电气公司的AST96X 系列的MAST5-2C-U12型IGBT驱动板,AST96X 为单路光电耦合隔离带短路、欠压和过