文档介绍：目录
PWM直流脉宽调速系统…………………………………………………………………………1
1 概述……………………………………………………………………………………………1
2 理论设计………………………………………………………………………………………2
方案论证………………………………………………………………………………3
系统模型的建立………………………………………………………………………5
直流电机模型………………………………………………………………………5
调速系统动态模型…………………………………………………………………8
调速系统性能分析……………………………………………………………………9
静态性能和启动过程………………………………………………………………9
动态性能……………………………………………………………………………11
两个调节器的作用…………………………………………………………………12
调节器设计……………………………………………………………………………13
3 MATLAB仿真…………………………………………………………………………………19
PWM直流脉宽调速系统仿真…………………………………………………………19
仿真结果………………………………………………………………………………19
4 小结…………………………………………………………………………………………19
参考文献………………………………………………………………………………………20
1概述
直流电动机具有良好的起、制动性能,易于在大范围内平滑调整,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。自从全控型电力电子器件问世以后,就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式,形成了脉宽调制变换器--直流电动机调速系统,简称直流PWM调速系统。
直流PWM调速系统采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT等电力电子器件组成的直流脉冲宽度(PWM)型的调速系统近年来已经发展成熟,用途越来越广泛,与晶闸管可控整流调速系统(V-M系统)相比,在很多方面具有较大的优越性:(1)主电路线路简单,需用的功率元件少;(2)开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗和发热都较小;(3)低速性能好,稳速精度高,因而调速范围宽;(4)系统频带宽,快速响应性能好,动态抗扰能力强;(5)主电路元件工作在开关状态,导通损耗小,装置效率较高;(6)直流电源采用不可控三相整流时,电网功率因数高。
2 理论设计
方案论证
要求采用直流PWM调制,所以开关器件必须是全控型的电力电子器件,全控型的器件有门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT等,因为IGBT具有较高的开关频率,较高的功率承受能力,而且驱动简单,所以选择IGBT作为开关器件。
要求实现电机的可逆运行,要求转速反向,就需要改变PWM变换器输出的电压的正负极性,使得直流电机可以在四象限中运行。可逆PWM变换器的主电路有多种形式,最常用的是桥式(亦称H桥型)电路,如图1所示,电机M两端电压的极性随着全控型电力电子器件的开关状态而改变。可逆PWM变换器的控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种,在这里采用最常见的是双极式控制的H桥型PWM变换器。
图1 桥式可逆PWM变换器电路
双极式PWM变换器的工作状态要视正、负脉冲电压的宽窄而定,如图2所示。当正脉冲较宽时,>T/2,则电枢两端的平均电压为正,在电动运行时电动机正转。当正脉冲较窄时,<T/2,平均电压为负,电动机反转。如果正、负脉冲宽度相等,=T/2,平均电压为零,则电动机停止。
图2双极式PWM变换器电压和电流波形
双极式可逆PWM变换器电枢平均端电压为:
以=定义PWM电压的占空比,则=
ρ的变化范围为≤ρ≤1。当ρ为正值时,电动机正转;ρ为负值时,电动机反转;ρ=0时,电动机停止。在ρ=0时虽然电机不动,电枢两端的瞬时电和瞬时电流都不是零,而是交变的。这个交变电流平均值为零,不产生平均转矩,陡然增大电机的损耗。但它的好处是使电机带有高频的微振,起着所谓“动力润滑”的作用,消除正、反向的静摩擦死区。
调速性能指标要求无静差、电流超调量:δi≤5%,起动到额定转速时的超调量:δn≤8%,动态速降Δn≤10%,调速系统的过渡过程时间(调节时间)ts≤1s。可以看到这样的指标要
求较高,采用一般的单闭环调速方式不可能达到要求,所以这里采用转速、电流双闭环调速控制方式。转速、电流反馈控制的直流调速系