文档介绍：基于稳态模型的数字式恒压频比控制的交流调速系统的仿真与设计
一、设计目的
应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动控制系统的初步设计。
应用计算机仿真技术,通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。
在原理设计与仿真研究的基础上,应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计,为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。
系统设计参数
交流电动机控制系统设计参数:( 交流电动机(3) )

额定输出功率17KW; 定子绕组额定线电压380V;
定子绕组额定相电流25A; ;
定子绕组接线形式Y; 转子额定转速1430rpm;
转子形式:鼠笼式; 转子每相折算电阻:1欧姆;
转子折算后额定电流50A; 额定功率因数:;
电机机电时间常数1S; ;
交流电动机控制系统设计参数
环境条件:
电网额定电压:380/220V; 环境温度:-40~+40摄氏度;
环境相对湿度:10~90%. 电网电压波动10%;
控制系统性能指标:
转差率:3%;
调速范围:D=20;
电流超调量小于等于5%;
空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;
稳速精度:.
1、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,机电时间常数,电动势转速比,Ks=40,,Ts=,电流反馈系数,转速反馈系数,试对该系统进行初步设计。
2、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。
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
1、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。
2、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。
3、驱动电路选用
驱动电路的作用是将控制电路输出的PW