畢業(yè)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><b>　　目錄</b></p><p>　　交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)·························

2、83;··················1</p><p>　　1、題目：雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)··········&#

3、183;················1</p><p>　　2、設(shè)計(jì)目的···············

4、····································

5、3;······1</p><p>　　3、系統(tǒng)方案的確定·························

6、;···························1</p><p>　　4、設(shè)計(jì)任務(wù)····

7、83;····································&

8、#183;················1</p><p>　　5、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求··············

9、··································1</p><

10、;p>　　6、參考資料··································&#

11、183;·······················2</p><p>　　雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)······

12、····························3</p><p>　　1、設(shè)計(jì)分析···

13、3;····································&#

14、183;·················3</p><p>　　1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖············

15、3;···························3</p><p>　　1.2調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形··&

16、#183;···························3</p><p>　　1.3 H橋雙極式逆變器的工作原理··

17、···································3</p>

18、;<p>　　1.4 PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特性································

19、;···········5</p><p>　　2、電路設(shè)計(jì)····················

20、83;····································&

21、#183;6</p><p>　　2.1給定基準(zhǔn)電源······························&#

22、183;···················6</p><p>　　2.2雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)···········

23、;·······························7</p><p>　　2.2.1電流調(diào)節(jié)

24、器····································

25、83;···········7</p><p>　　2.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器···················

26、83;····························7</p><p>　　2.3 信號(hào)產(chǎn)生電路··

27、83;····································&

28、#183;·········8</p><p>　　2.4 IGBT基極驅(qū)動(dòng)電路原理····················&

29、#183;····················10</p><p>　　2.5 基于EXB841驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)········

30、3;·····························10</p><p>　　2.6 鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路·

31、····································

32、3;·····11</p><p>　　2.7轉(zhuǎn)速及電流檢測(cè)電路·························&

33、#183;·················12</p><p>　　2.7.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路············

34、3;··································12</p>

35、<p>　　2.7.2 電流檢測(cè)電路·································

36、;··············12</p><p>　　3、調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定················

37、3;································13</p><p>　　3

38、.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)···································&#

39、183;·············13</p><p>　　3.2轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)·················&#

40、183;·······························15</p><p>　　4、電路圖

41、總體設(shè)計(jì)····································

42、··············18</p><p>　　5、參考文獻(xiàn)·················

43、83;····································&

44、#183;··19</p><p>　　交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　1、題目：雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　2.1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

45、>　　2.2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(guò)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>　　2.3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>　　3、系統(tǒng)方案的確定</b><

46、;/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→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(guò)程，其中系統(tǒng)方案的確定至關(guān)重要。為了發(fā)揮同學(xué)們的主管能動(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)有同學(xué)自己選定。</p><p>　　3.1主電路采用二極管不可控

47、整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器；</p><p>　　3.2速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器；</p><p>　　3.3機(jī)械負(fù)載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍D=2；系統(tǒng)飛輪矩（含電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）</p><p>　　3.4主電源：可以選擇單相交流220V供電；變壓器二次電壓為67V；</p>&

48、lt;p>　　3.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：略</p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　4.1總體方案的確定；</p><p>　　4.2主電路原理及波形分析、元件選擇、參數(shù)計(jì)算；</p><p>　　4.3系統(tǒng)原理圖、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>&l

49、t;p>　　4.4控制電路設(shè)計(jì)、原理分析、主要元件、參數(shù)的選擇；</p><p>　　4.5調(diào)節(jié)器、PWM信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　4.6檢測(cè)及反饋電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算；</p><p>　　5、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求：</p><p>　　5.1不準(zhǔn)相互抄襲或代做，一經(jīng)查出，按不及格處理；</p><p&g

50、t;　　5.2報(bào)告字?jǐn)?shù)：不少于8000字（含圖、公式、計(jì)算式等）。</p><p>　　5.3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(shū)寫規(guī)范、報(bào)告書(shū)上的圖表允許徒手畫，但必須清晰、正確且要有圖題。</p><p>　　5.4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。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

51、的連線允許用標(biāo)號(hào)標(biāo)注。</p><p><b>　　6、參考資料</b></p><p>　　6.1電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 李榮生主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.6</p><p>　　6.2新型電力電子變換技術(shù) 陳國(guó)呈 中國(guó)電力出版社</p><p>　　6.3電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，上海工業(yè)大學(xué) 陳伯時(shí) 機(jī)械工業(yè)出版

52、社</p><p>　　6.4電力電子技術(shù) 王兆安 黃俊主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2000.1</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(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

53、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1-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　如圖1-2所示，這時(shí)，

54、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(guò)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(guò)程 (b)理想快速起動(dòng)過(guò)程</p><p>　　圖1-2 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　1.3 H橋雙極式逆變器的工作原理</p><p

55、>　　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>　　H形雙極式逆變器電路如圖1-3所示。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。</p><p>　　圖1-3 H形雙極式逆變器電路</p><p>　　雙極式逆變器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)

56、電壓波形如圖4所示。</p><p>　　圖1-4 H形雙極式逆變器的驅(qū)動(dòng)電壓波形</p><p>　　他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開(kāi)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，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖2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

57、，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><b>　　（1-1）</b></p><p>　　如果定義占空比，電壓系數(shù)</p><p>　　則在雙極式可逆變換器中</p><

58、;p><b>　?。?-2）</b></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，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

59、了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)。</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>　　4）低速平穩(wěn)

60、性好，每個(gè)開(kāi)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>　　1.4 PWM調(diào)速系統(tǒng)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）</b></p><p><b>　?。?-4）&l

61、t;/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></p><p><b>　　則機(jī)械特性方程式</b>&l

62、t;/p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　2.電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　H橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖2-1所示。PWM逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)

63、只好對(duì)濾波電容充電，這時(shí)電容器兩端電壓升高稱作“泵升電壓”。為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rz消耗掉這些能量，在泵升電壓達(dá)到允許值時(shí)接通VTz。</p><p>　　圖2-1 H橋式直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路</p><p>　　四單元IGBT模塊型號(hào)：20MT120UF </p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p>&

64、lt;p>　　=1200V =16A =100 </p><p><b>　　2.1給定基準(zhǔn)電源</b></p><p>　　此電路用于產(chǎn)生±15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準(zhǔn)電壓，如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 給定基準(zhǔn)電源電路</p><p>　　2.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)&

65、lt;/p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對(duì)被控量進(jìn)行采樣，然后與給定值比較，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反饋的關(guān)鍵是對(duì)被控量進(jìn)行采樣與測(cè)量。</p><p>　　2.2.1 電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　由于電流檢測(cè)中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。為了平衡

66、反饋信號(hào)的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時(shí)間上配合恰當(dāng)。</p><p>　　圖2-3 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　2.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋電路如圖2-4所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也

67、加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖2-4 含給定濾波與反饋濾波的PI型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　2.3 信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號(hào)發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中IGBT的開(kāi)關(guān)頻率，選擇適當(dāng)?shù)?、值即可確定振蕩頻率。</p><p>　　電路中的PWM信號(hào)由集成芯

68、片SG3524產(chǎn)生，SG3524采用是定頻PWM電路,DIP-16型封裝。</p><p>　　由SG3524構(gòu)成的基本電路如圖2-5所示，由15腳輸入+15V電壓，用于產(chǎn)生+5V基準(zhǔn)電壓。在6、7引腳之間接入外部阻容元件構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。12、13引腳通過(guò)電阻與+15V電壓源相連，供內(nèi)部晶體管工作，由電流調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓作為2引腳輸入，通過(guò)其電壓大小調(diào)節(jié)12、13引腳的輸出脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)

69、制變換器的功能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖2-5 SG3524管腳圖</p><p>　　圖2-6 SG3524引腳接線圖</p><p>　　圖2-7 SG3524內(nèi)部框圖</p><p>　　主要參數(shù)：輸入電壓Uimax：40V 輸出電流：500mA 好散功率：1W</p><p>　　2.4 IGBT基極驅(qū)

70、動(dòng)電路原理</p><p>　　工作原理如圖2-8所示</p><p>　　圖2-8 EXB841內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　EXB841 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下：</p><p>　　腳1 ：連接用于反向偏置電源的濾波電容器；</p><p>　　腳2 ：電源（ ＋ 20V ）；</p>&l

71、t;p><b>　　腳3 ：驅(qū)動(dòng)輸出；</b></p><p>　　腳4 ：用于連接外部電容器，以防止過(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作（大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器）；</p><p>　　腳5 ：過(guò)流保護(hù)輸出；</p><p>　　腳6 ：集電極電壓監(jiān)視；</p><p>　　腳7 、8 ：不接；</p><p

72、><b>　　腳9 ：電源；</b></p><p>　　腳10 、11 ：不接；</p><p>　　腳14 、15 ：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入（-，＋）；</p><p>　　2.5 基于EXB841驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路中V5起保護(hù)作用，避免EXB841的6腳承受過(guò)電壓，通過(guò)VD1檢測(cè)是否過(guò)電流，接V

73、Z3的目的是為了改變EXB模塊過(guò)流保護(hù)起控點(diǎn)，以降低過(guò)高的保護(hù)閥值從而解決過(guò)流保護(hù)閥值太高的問(wèn)題。R1和C1及VZ4接在+20V電源上保證穩(wěn)定的電壓。VZ1和VZ2避免柵極和射極出現(xiàn)過(guò)電壓，Rge是防止IGBT誤導(dǎo)通。</p><p>　　針對(duì)EXB841存在保護(hù)盲區(qū)的問(wèn)題，可如圖12所示將EXB841的6腳的超快速恢復(fù)二極管VDI換為導(dǎo)通壓降大一點(diǎn)的超快速恢復(fù)二極管或反向串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，也可采取對(duì)每個(gè)脈沖限

74、制最小脈寬使其大于盲區(qū)時(shí)間，避免IGBT過(guò)窄脈寬下的低輸出大功耗狀態(tài)。針對(duì)EXB841軟關(guān)斷保護(hù)不可靠的問(wèn)題，可以在EXB841的5腳和4腳間接一個(gè)可變電阻，4腳和地之間接一個(gè)電容，都是用來(lái)調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間，保證軟關(guān)斷的可靠性。針對(duì)負(fù)偏壓不足的問(wèn)題，可以考慮提高負(fù)偏壓。一般采用的負(fù)偏壓是-5V，可以采用-8V的負(fù)偏壓(當(dāng)然負(fù)偏壓的選擇受到IGBT柵射極之間反向最大耐壓的限制)，輸人信號(hào)被接到15腳，EXB841正常工作驅(qū)動(dòng)IGBT.<

75、/p><p>　　圖2-9 EXB841驅(qū)動(dòng)IGBT設(shè)計(jì)圖</p><p>　　主要參數(shù)：電源電壓：20V 最大輸出功率：47mA 最高工作頻率：10kHz</p><p>　　2.6 鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　鋸齒波信號(hào)發(fā)生器SG的輸出信號(hào)Us與控制信號(hào)在PWM轉(zhuǎn)換器（SG3524）中進(jìn)行比較，PWM輸出幅度恒定、寬度變化

76、的方波脈沖序列，即PWM波。SG電路可有UJT或者PUT構(gòu)成。UJT鋸齒波信號(hào)發(fā)生器基本電路如圖2-10所示</p><p>　　圖2-10 鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　2.7轉(zhuǎn)速及電流檢測(cè)電路</p><p>　　2.7.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖2-11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

77、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，測(cè)速電路如圖15所示，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。</p><p>　　圖2-11 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</p><p>　　2.7.2 電流檢測(cè)電路</p><p>　　通過(guò)霍爾傳感器測(cè)量電流的電流檢測(cè)電路原理如圖2-12

78、所示。</p><p>　　圖2-12  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13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(guò)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(kāi)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

79、點(diǎn)：</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>

80、<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.調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定</p><p>　　本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　電路基本數(shù)據(jù)如下：</b&g

81、t;</p><p>　　1)PWM裝置放大系數(shù)；</p><p>　　2)電樞回路總電阻；</p><p><b>　　3)電磁時(shí)間常數(shù)；</b></p><p><b>　　4)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；</b></p><p>　　5)調(diào)節(jié)器輸入電阻；</p><

82、;p>　　6)觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過(guò)載倍數(shù)λ=1； </p><p><b>　　設(shè)計(jì)指標(biāo)：</b></p><p>　　1)靜態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差；</p><p>　　2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p><p>　　計(jì)算反饋關(guān)鍵參數(shù)： </p><p><

83、b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　3.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　PWM裝置滯后時(shí)間常數(shù)：。電流濾波時(shí)間常數(shù):。(和一般

84、都比小得多,可以當(dāng)作小慣性群近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié))。</p><p>　　2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求：，而且</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　可按典型Ⅰ型設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的,所以把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成PI型的，其傳遞函數(shù)為</

85、p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；——電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　3）選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　ACR超前時(shí)間常數(shù)；電流環(huán)開(kāi)環(huán)時(shí)間增益:要求，故應(yīng)取，因此</p><p><b>　?。?-5

86、）</b></p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為:</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　4）校驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率: </b></p><p><

87、b>　?。?-7）</b></p><p>　　（1）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><b>　?。?-9）</b></p><p>

88、<b>　　滿足近似條件；</b></p><p>　　（2）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><p><b>　?。?-11）</b></p>

89、<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><p><b>　?。?-13）</b></

90、p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</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><p>　　，取 （3-15）</p><p>　　，

91、取 （3-16）</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) </p><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

92、 </p><p>　　2）選擇轉(zhuǎn)速調(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><b>　?。?-17）</b>

93、;</p><p>　　3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　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(kāi)環(huán)增益：</b></p><p><b>　?。?-1

94、9）</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　4）近似校驗(yàn)</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速截止頻率為：</b></p>

95、<p><b>　　（3-21）</b></p><p>　?。?）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件： </p><p><b>　　（3-22）</b></p><p><b>　　現(xiàn)在</b></p><p><b>　?。?-23）</b><

96、/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><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　現(xiàn)在</b></p><p><b>　?。?-25）</b&

97、gt;</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　調(diào)節(jié)器輸入電阻 ，則</p><p>　　，取200 （3-26）</p><p>　　，取0.2 （3-27）</p><p&

98、gt;　　，取0.5 （3-28）</p><p><b>　　6）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量</b></p><p>　　當(dāng)h=5時(shí)，查表得，=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于這是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。</p><p>　　設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載

99、系數(shù)z=0。</p><p><b>　?。?-29）</b></p><p><b>　　當(dāng)h=5時(shí)，</b></p><p><b>　?。?-30）</b></p><p><b>　　而</b></p><p><b&

100、gt;　?。?-31）</b></p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　（3-32）</b></p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>　　4.電路圖總體設(shè)計(jì)</b></p&

101、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.陳伯時(shí) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第2版） 機(jī)械工業(yè)出版社 1991.4</p><p>　　2.孫樹(shù)樸 李明 王勉華。電力電子技術(shù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 2000.7</p><p>　　3.曲學(xué)基 于明揚(yáng)。電力電子整流技術(shù)與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社 2