文档介绍：广东石油化工学院
计算机与电子信息学院自动化系
电气工程及其自动化专业
电力拖动自动控制系统——运动控制系统
课程设计
题目:基于SG3525的双闭环直流脉宽调速系统设计
班别电气07-2班
姓名张根明
学号 07034020233
指导老师杨柏松
专业主任
日期
基于SG3525的双闭环直流脉宽调速系统设计
一、引言
近年来,随着科技的进步,电力电子技术得到了迅速的发展,直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求,从而对直流电机的调速提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求,这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应用而生。
采用传统的的调速系统主要有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后避免了以上缺陷,实现了用数字方式来控制模拟信号,可以大幅度降低成本和功耗。另外,由于PWM调速系统的的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好;同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高,PWM具有很高的抗噪性,且有节约空间、比较经济等特点。
第二章直流脉宽调速系统
脉宽调制(Pulse Width Modulation)简称PWM控制技术,是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列,并通过控制脉冲宽度或周期达到变压目的,或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。
快速电力电子器件功率晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)等按PWM技术构成的直流斩波电路如下图2-1(a)所示。图(b)为相应输出波形。
图2-1 PWM斩波器原理图及波形
图(a)原理图图(b)输出电压波形图
这种DC -DC直流功率变换电路广泛应用于开关稳压电源、UPS以及步进电动机、直流电动机调速系统中,与晶闸管—电动机系统相比,PWM调速系统有下列优点:
(1)由于开关频率高,仅靠电动机电枢电感的滤波作用就能获得脉动很小的直流电流,电枢电流容易连续,系统低速运行稳定,电机损耗和发热小。
(2)调速范围宽,可达1:10000。
(3)系统频带宽,因此快速响应性能好,动态抗干扰能力强。
(4)主电路器件工作在开关状态,主电路能耗小,装置效率高,系统的功率因数较高。
如上图2-1(a)中,假定开关管V1先接通T1秒(忽略V1的管压降,电源电压U全部加到电枢上),然后关断
T2秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复,则电枢端电压波形上图(b)所示。电枢电压的平均值:
式中:α为一个周期中,开关管V1导通时间所占的比率,称为负载率或者占空比,使用下面三种方法中的任何一种,都可以改变α值,从而达到调压目的:
1、定宽调频法:保持不变,使在0—∞范围内变化。
2、调宽调频法:保持不变,使在0—∞范围内变化。
3、定频调宽法:T1+T2=T保持不变,使在0—T范围内变化。
不管哪种方法,α的变化范围均为0≤α≤1,因而电枢电压平均值的调节范围为0—,均为正值,即电机只能在一个方向调速。当需要可逆调速时就要使用图2-2(a)所示桥式(或称H型)斩波电路。
图2-2 桥式PWM斩波器原理图及波形
(a)原理图(b)输出电压波形
图2-2中开关管、是同时导通同时关断的,、也是同时导通同时关断,但与、与不允许同时导通,否则电源直通短路。设、先同时导通秒后同时关断,间隔一定时间(为避免电源直通,该间隔称为死区时间)之后,再试、同时导通秒后同时关断,如此反复,则电枢端电压波形如图2-2(b)所示
电枢电压平均值为:
由于0≤α≤1,故Ud值的调节范围―~+,因而电机可以正、反两个方向调速。
图2-3 两种斩波器的输出电压特性
图2- 3给出了两种PWM(不可逆调速与可逆调速)斩波电路电枢端电压平均值的特性曲线。Ud =f(α)。控制占空比也就控制了电机的转速。
PWM变换器的作用是:用PWM调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速。
PWM变换器电路有多种形式,主要分为不可逆与可逆两大类。可逆PWM变换器主电路有多种形式,最常用的是桥式(亦称H形)电路。这时,电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变,其控制方式有双极式、单极