交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)--雙閉環(huán)可逆直流脈寬pwm調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　《交直流調(diào)速系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專業(yè)（方向）年級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化2009級(jí) </p><p>　　學(xué) 生 姓

2、名： </p><p>　　2012年 12月 18 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1</p><p>　　二、交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說明書3</p><p>　　1. 方案確定3</p

3、><p>　　1.1 系統(tǒng)原理圖3</p><p>　　1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4</p><p>　　1.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4</p><p>　　1.4 雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖5</p><p>　　2. 主電路的原理6</p><p>　　2.1

4、 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形6</p><p>　　2.2 橋式可逆PWM變換器的工作原理6</p><p>　　2.3 PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特性9</p><p>　　2.4 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路9</p><p>　　2.5電流檢測(cè)電路10</p><p>　　3. 主電路參數(shù)計(jì)算及元件選擇12&l

5、t;/p><p>　　3.1 整流二極管選擇12</p><p>　　3.2 絕緣柵雙極晶體管選擇13</p><p>　　4調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇13</p><p>　　4.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1.1確定時(shí)間常數(shù)14</p><p>　　4.1.2 選擇電流調(diào)節(jié)

6、器結(jié)構(gòu)15</p><p>　　4.1.3 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)15</p><p>　　4.1.4 檢驗(yàn)近似條件16</p><p>　　4.1.5 計(jì)算ACR的電阻和電容17</p><p>　　4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.1確定時(shí)間常數(shù)17</p><p&g

7、t;　　4.2.2 ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.3 選擇ASR參數(shù)17</p><p>　　4.2.4 檢驗(yàn)近似條件18</p><p>　　4.2.5 計(jì)算ACR的電阻和電容18</p><p>　　4.2.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量19</p><p>　　4.2.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間19&

8、lt;/p><p>　　4.3反饋單元19</p><p>　　4.3.1轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇19</p><p>　　5 系統(tǒng)總電路圖20</p><p><b>　　三．心得體會(huì)22</b></p><p>　　一、交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　題目：雙

9、閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、對(duì)先修課程（電力電子學(xué)、自動(dòng)控制原理等）的進(jìn)一步理解與運(yùn)用</p><p>　　2、運(yùn)用《電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)》的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過建模、仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。</p><p&

10、gt;　　3、同時(shí)能夠加強(qiáng)同學(xué)們對(duì)一些常用單元電路的設(shè)計(jì)、常用集成芯片的使用以及對(duì)電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。達(dá)到綜合提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力的目的。</p><p><b>　　三、系統(tǒng)方案的確定</b></p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷從“機(jī)械負(fù)載的調(diào)速性能（動(dòng)、靜）→電機(jī)參數(shù)→主電路→控制方案”（系統(tǒng)方案的確定）→“系統(tǒng)設(shè)計(jì)→仿真研究→

11、參數(shù)整定→直到理論實(shí)現(xiàn)要求→硬件設(shè)計(jì)→制版、焊接、調(diào)試”等過程，其中系統(tǒng)方案的確定至關(guān)重要。為了發(fā)揮同學(xué)們的主觀能動(dòng)作用，且避免方案及結(jié)果雷同，在選定系統(tǒng)方案時(shí)，規(guī)定外的其他參數(shù)由同學(xué)自己選定。</p><p>　　1、主電路采用二極管不可控整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器；</p><p>　　2、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器；U

12、*nm=U*im=Ucm=10V</p><p>　　3、機(jī)械負(fù)載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)飛輪矩（含電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）GD2=1.5Nm2;</p><p>　　4、主電源：可以選擇三相交流380V供電,變壓器二次相電壓為52V；</p><p>　　5、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：見習(xí)題集【4-19】（P96）=1000r/min，電樞回路總電阻R=2Ω,電流過載倍數(shù)λ=

13、2。</p><p>　　6、PWM裝置的放大系數(shù)KS=11；PWM裝置的延遲時(shí)間TS=0.4ms。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　a）總體方案的確定；</p><p>　　b）主電路原理及波形分析、元件選擇、參數(shù)計(jì)算；</p><p>　　c）系統(tǒng)原理圖、

14、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、主要硬件結(jié)構(gòu)圖；</p><p>　　d）控制電路設(shè)計(jì)、原理分析、主要元件、參數(shù)的選擇；</p><p>　　e）調(diào)節(jié)器、PWM信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　f）檢測(cè)及反饋電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算；</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求</p><p>　　1、不準(zhǔn)相互抄襲或代做，一經(jīng)

15、查出，按不及格處理。</p><p>　　2、報(bào)告字?jǐn)?shù)：不少于8000字（含圖、公式、計(jì)算式等）。</p><p>　　3、形式要求：以《福建農(nóng)林大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)》（工科）的規(guī)范化要求撰寫。要求文字通順、字跡工整、公式書寫規(guī)范、報(bào)告書上的圖表允許徒手畫，但必須清晰、正確且要有圖題。</p><p>　　4、必須畫出系統(tǒng)總圖，總圖不準(zhǔn)徒手畫，電路圖應(yīng)清潔、正確、規(guī)范

16、。未進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的功能塊允許用框圖表示，且功能塊之間的連線允許用標(biāo)號(hào)標(biāo)注。</p><p><b>　　六、參考資料</b></p><p>　　1、電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 李榮生 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.6</p><p>　　2、新型電力電子變換技術(shù) 陳國(guó)呈 中國(guó)電力出版社</p>

17、<p>　　3、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 陳伯時(shí) 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　4、電力電子技術(shù) 王兆安 黃俊 機(jī)械工業(yè)出版社 2000.1</p><p>　　二、交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　1.方案確定</b></p><p>

18、;　　主電路選用直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，控制系統(tǒng)選用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制方案。其中屬于脈寬調(diào)速系統(tǒng)特有部分主要是脈寬調(diào)制器UPM、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD、全控型電力晶體管GD和PWM變換器。</p><p><b>　　1.1 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用

19、電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖1 直流PWM傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)

20、后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過程。在啟動(dòng)過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。</p><p>　　1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器

21、串極聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此

22、，對(duì)于靜特性來(lái)說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。</p><p>　　為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。所以本文選擇方案二作為設(shè)計(jì)的最終方案。</p><p>　　1.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p

23、>　　圖3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.4雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的 UPE 是直流 PWM 功率變換器。系統(tǒng)的特點(diǎn)：雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測(cè)。由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)由主電路、檢測(cè)電路、控制電路、給定電路、顯示電路組成。如圖4為雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。&l

24、t;/p><p>　　圖4 雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.主電路的原理</b></p><p>　　主電路由二極管整流器 UR、PWM 逆變器 UI 和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容 C 濾波，同時(shí)兼有無(wú)功功率交換的作用。用IGBT和一個(gè)續(xù)流二極管一起實(shí)現(xiàn)電路的逆變作用。</

25、p><p>　　可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖6為橋式可逆PWM變換器。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而變化，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，本設(shè)計(jì)用的是雙極性控制的可逆PWM變換器。雙極性控制的橋式可逆PWM變換器有電流一定連續(xù)、可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流可消除靜摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。</p>

26、<p>　　2.1 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　如圖5所示，這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。</p><p>　　(a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程 (b)理想快速起動(dòng)過程</p><p>　　圖5 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電

27、流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　2.2橋式可逆PWM變換器的工作原理</p><p>　　脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　橋式可逆PWM變換器電路如圖6所示。這是電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。</p&g

28、t;<p>　　圖6 橋式可逆PWM變換器電路</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖7所示。</p><p>　　圖7 PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形</p><p>　　他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，晶體管、飽和導(dǎo)通而、截止，這時(shí)。當(dāng)時(shí)，、截止，但、不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)、續(xù)流，這時(shí)。在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是

29、雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖7所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，，則的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為</p><p>　　如果定義占空比，電壓系數(shù)</p><p>　　則在雙極式可

30、逆變換器中</p><p>　　調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為0～1相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，</p><p>　　而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反

31、向時(shí)靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。</p><p>　　雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　1）電流一定連續(xù)。</b></p><p>　　2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。</p><p>　　3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。</p><p&g

32、t;　　4）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。</p><p>　　2.3 PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特性</p><p>　　圖8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的的靜特性</p><p>　　由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單，電壓平衡方程如下</p><p><b>　?。?-3

33、）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　按電壓平衡方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的電壓都是，平均電流用表示，平均轉(zhuǎn)速，而電樞電感壓降的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。于是其平均值方程可以寫成</p><p><b>　?。?-5）</b>&l

34、t;/p><p><b>　　則機(jī)械特性方程式</b></p><p>　　2.4 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖9所示。與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)

35、速反饋系數(shù)。</p><p><b>　　圖9轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</b></p><p>　　圖10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p><b>　　2.5電流檢測(cè)電路</b></p><p><b>　　電流調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　系統(tǒng)對(duì)于電流反饋

36、環(huán)節(jié)的基本要求是：電流反饋信號(hào)Ui要保證10V左右。Ui信號(hào)大小取決于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出限幅值Uim*的整定，即</p><p>　　Ui=Uim*=Idm=In。</p><p>　　對(duì)電流反饋信號(hào)要求進(jìn)行濾波，濾掉交流分量。但濾波時(shí)間常數(shù)Toi=1/4RoCoi不得過大，否則將使電流環(huán)的等效時(shí)間常數(shù)過大，限制了電流環(huán)頻帶的展寬，影響電流響應(yīng)的快速性，為抵消電流反饋通道濾波慣性的影響，

37、在電流調(diào)節(jié)器的前向通道需設(shè)置給定濾波環(huán)節(jié)，并使兩者時(shí)間常數(shù)大小相等。</p><p>　　電流反饋環(huán)的輸入信號(hào)是主電路的電流量，經(jīng)變化后獲得輸出為直流電壓的反饋量Ui，根據(jù)電流反饋環(huán)節(jié)的組成，常用的電流反饋方式和檢測(cè)元件為霍爾效應(yīng)電流變換器。</p><p>　　圖11 電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　通過霍爾傳感器測(cè)量電流的電流檢測(cè)電路原理如圖12所示。&l

38、t;/p><p>　　圖12  閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理</p><p>　　霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖12所示。用一環(huán)形導(dǎo)磁材料作成磁芯，套在被測(cè)電流流過的導(dǎo)線上，將導(dǎo)線中電流感生的磁場(chǎng)聚集起來(lái)，在磁芯上開一氣隙，內(nèi)置一個(gè)霍爾線性器件，器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導(dǎo)線中流通的電流。</p><p>　　閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點(diǎn)： <

39、/p><p>　　1）可以同時(shí)測(cè)量任意波形電流，如：直流、交流、脈沖電流； </p><p>　　2）副邊測(cè)量電流與原邊被測(cè)電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為2kV～12kV； </p><p>　　3）電流測(cè)量范圍寬，可測(cè)量額定1mA～50kA電流； </p><p>　　4）跟蹤速度di/dt>50A/μs； </p>

40、<p>　　5）線性度優(yōu)于0.1％IN； </p><p>　　6）響應(yīng)時(shí)間<1μs； </p><p>　　7）頻率響應(yīng)0～100kHz。</p><p>　　3.主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇</p><p>　　主電路參數(shù)計(jì)算包括整流二極管計(jì)算，濾波電容計(jì)算、功率開關(guān)管 IGBT 的選擇及各種保護(hù)裝置的計(jì)算和選擇等。</

41、p><p>　　3.1 整流二極管的選擇</p><p>　　根據(jù)二極管的最大整流平均 和最高反向工作電壓 分別應(yīng)滿足：</p><p><b>　　（A）</b></p><p><b>　　（V）</b></p><p>　　選用大功率硅整流二極管，型號(hào)和參數(shù)如下所示：&l

42、t;/p><p>　　在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，濾波電容是根據(jù)負(fù)載的情況來(lái)選擇電容C值，使RC（3~5）T/2，且有</p><p><b>　?。╒)</b></p><p>　　，即C15000uF</p><p>　　故此，選用型號(hào)為CD15的鋁電解電容，其額定直流電壓為400V，標(biāo)稱容量為22000uF。</p>

43、<p>　　3.2 絕緣柵雙極晶體管的選擇</p><p>　　最大工作電流Imax≈2Us/R=440/0.45=978(A)</p><p>　　集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓 ≥(2～3)Us=440～660v</p><p>　　4.調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇</p><p>　　調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路</p>

44、;<p>　　先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。</p><p>　　設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是：先從電流環(huán)人手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　4.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)</p>

45、;<p>　　H型單極式PWM變換器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù):額定力矩為4.9N·m，電樞電阻Ra=1.64，電樞回路總電感L=10.2mH，額定電流=6A，額定電壓=110V。調(diào)速系統(tǒng)的最小負(fù)載電流=1A，電源電壓=122V，電力晶體管集電極電阻=2.5，設(shè)==2。 =1000r/min，電樞回路總電阻R=2Ω,電流過載倍數(shù)λ=2。PWM放大系數(shù)KS=11；PWM延遲時(shí)間TS=0

46、.4ms</p><p>　　如圖10為電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖10 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.1.1確定時(shí)間常數(shù)</p><p>　　α=U*nm/n=10/1000=0.01</p><p>　?。?）脈寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)與傳遞函數(shù)的計(jì)算</p><p

47、>　　電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為 </p><p>　　啟動(dòng)電流與額定電流比為 </p><p>　　晶體管放大區(qū)的時(shí)間常數(shù)為 </p><p>　　電流上升時(shí)間的計(jì)算公式為 </p><p>　　式中——晶體管導(dǎo)通時(shí)的過飽和驅(qū)動(dòng)系數(shù)，取=2則 </p><p>　　電流下降時(shí)間的計(jì)算公式為 <

48、;/p><p>　　式中——晶體管截止時(shí)的負(fù)向過驅(qū)動(dòng)系數(shù)，取=2</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　又</b></p><p><b>　　最佳開關(guān)頻率為 </b></p><p>　　開關(guān)頻率f選為4.4kHz，此開關(guān)頻

49、率已能滿足電流連續(xù)的要求。</p><p>　　于是開關(guān)周期TS=0.4ms,PWM放大系數(shù)KS=11</p><p>　　于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　Wpwm(S)=Ks/(Ts+1)=11/(0.0004s+1)</p><p>　?。?）電流濾波時(shí)間常數(shù) 取0.5ms</p><

50、;p>　?。?）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) </p><p>　　4.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié),為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差,還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　

51、4.1.3選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p><b>　　要求時(shí)，應(yīng)取，因此</b></p><p><b>　　又 </b></p><p><b>　　于是</b></p><p>　　4.1.4檢驗(yàn)近似條件</p><p><b>　　

52、電流環(huán)截止頻率: </b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　?。?）晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　即</b></p><p><

53、;b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　滿足近似條件；</b></p><p>　?。?）忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　即</b></p><

54、;p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　滿足近似條件；</b></p><p>　?。?）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　　（3-12）</b></p><p><b>　　即</b></p>

55、;<p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　4.1.5計(jì)算ACR的電阻和電容</p><p>　　調(diào)節(jié)器輸入電阻為，各電阻和電容值計(jì)算如下</p><p>　　取 （3-14）</p>&

56、lt;p>　　，取 （3-15）</p><p>　　，取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為，故滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　4.2轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1 確定時(shí)間常數(shù)</p><p>　?。?）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) </p>&l

57、t;p>　?。?）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) </p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理 </p><p>　　4.2.2 ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差及其他動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 </p><p>　　4.2.3 選擇ASR參數(shù)&l

58、t;/p><p>　　則根據(jù)跟隨性和抗干擾性能都較好的原則取，則ASR超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>&l

59、t;b>　　ASR的比例系數(shù)：</b></p><p>　　4.2.4 校驗(yàn)近似條件</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速截止頻率為：</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件： </p><p>

60、;<b>　?。?-22）</b></p><p><b>　　現(xiàn)在</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p><p><b>　　滿足簡(jiǎn)化條件。</b></p><p>　　2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p>&l

61、t;p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　現(xiàn)在</b></p><p><b>　　（3-25）</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　4.2.5 計(jì)算ASR電阻和電容</p

62、><p>　　調(diào)節(jié)器輸入電阻 ，則</p><p>　　，取1237 </p><p>　　=0.0137 取0.01</p><p><b>　　取0.47 </b></p><p>　　4.2.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求<

63、;/p><p>　　4.2.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間</p><p>　　空載起動(dòng)奧額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時(shí)間</p><p><b>　　0.5s</b></p><p><b>　　可見能滿足設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　4.3 反饋單元</b>

64、</p><p>　　4.3.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇</b></p><p>　　選測(cè)速發(fā)電機(jī) 永磁式ZYS231/110型，額定數(shù)據(jù)位。</p><p>　　測(cè)速反饋電位器的選擇 考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的20%，這樣，測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性

65、度影響較小。</p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)工作最高電壓</p><p><b>　　2、電流檢測(cè)單元</b></p><p>　　本系統(tǒng)要求電流檢測(cè)不但要反映電樞電流的大小而且還要反映電流極性，所以選用霍爾電流傳感器。</p><p><b>　　3、變壓器的選擇</b></p>&

66、lt;p><b>　　變壓器容量的計(jì)算</b></p><p>　　所以選擇的變壓器的規(guī)格為ZSG-800/380V/52V</p><p><b>　　5系統(tǒng)總電路圖</b></p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　通過這次交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)的

67、任務(wù)，我在很多方面都有所提高。在做任務(wù)的過程中我綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論知識(shí)進(jìn)行一次交直流調(diào)速設(shè)計(jì)，這次課程是為了培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，并且鞏固與擴(kuò)充了交直流調(diào)速等課程所學(xué)的內(nèi)容。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)在很大程度上實(shí)現(xiàn)的動(dòng)手與動(dòng)腦，理論與實(shí)際的相互結(jié)合，很好地實(shí)現(xiàn)了從書本到實(shí)際操作的一個(gè)過渡。在這次設(shè)計(jì)過程中，我們體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，并且從中體會(huì)到了學(xué)以致用的道理，從