毕业设计论文 直流双极式可逆PWM调速系统设计.doc

目录 1 任务分析 1 1.1 概述 1 1.2 双闭环调速系统的结构图 2 1.3 桥式可逆PWM变换器的工作原理 2 1.4 PWM调速系统的静特性 4 2 电路设计 6 2.1给定及偏移电源 6 2.2 双环调节器电路 7 2.2.1 电流调节器 7 2.2.2 转速调节器 7 2.3 信号产生电路 8 2.4 驱动电路 10 2.5转速及电流检测电路 11 3 调节器的参数整定 12 3.1 电流调节器参数的计算 12 3.2 转速调节器参数的计算 14 3.3 参数的校验 15 3.3.1 电流参数的校验 15 3.3.2 转速参数的校验 15 3.3.3 校验退饱和转速超调量 16 4 心得体会 17 参考文献 18 直流双极式可逆PWM调速系统设计 1 任务分析 1.1 概述 采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成脉宽调制变换器—直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，脉宽调制，是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。1所示。 图1 双闭环调速系统的结构1.3 桥式可逆PWM变换器的工作原理的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图 桥式可逆PWM变换器电路 图 PWM变换器的驱动电压波形他们的关系是：。在一个开关周期内，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，，平均输出电压为零，则电动机停止。 双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为 如果定义占空比，电压系数 则在双极式可逆变换器中 调速时，的可调范围为0～1相应的。当时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机反转；当时，，电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零， 而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点： 1）电流一定连续。 2）可使电动机在四象限运行。 3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。 4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 . 按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是，平均电流用表示，平均转速，而电枢电感压降的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成 则机械特性方程式 2 电路设计 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图4所示。PWM变换器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压。由于电容容量较大，突加电源时相当于短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管，为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间传入电阻Rz，合上电源后，用延时开关将Rz短路，以免在运行中造成附加损耗。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这式电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rx消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通。 图 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路5所示： 图5 给定及偏移电源电路 2.2 双环调节器电路 为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，决定调节器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。 2.2.1 电流调节器 由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。 图 转速反馈电路。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。 图 转速反馈电路、进行逻辑延时，后面再加上非门和与门构成的电路。 图PWM生成电路、值即可确定振荡频率。由初始条件知开关频率为10kHz，可以选择，。 电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG3524可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型SMPS(固定频率开关电源)提供全部控制电路