直流电机的直流斩波调速课程设计.doc

摘 要 长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。R 即可改变端电压，达到调速目的。这种传统的调压调速方法效率低。 目前,市场上用的最多的IGBT直流斩波器,它是属于全控型斩波器，它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。该斩波器既能为煤矿窄轨电机车配套的调速装置，针对不同的负载对象，做一些少量的改动又可用于其它要求供 电电压可调的直流负载上。与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比，具有明显的优点。目 录 第一章系统工作原理…………………………………………………………… 1 1.1结构与调速原理…………………………………………………………………………1 1.2速方案选择………………………………………………………………………………1 1.3调速电路方案……………………………………………………………………………2 1.4控制方案选择……………………………………………………………………………2 第二章主电路的设计与分析………………………………………………………3 2.1主电路的各个部分电路…………………………………………………………………3 2.1.1整流电路………………………………………………………………………………3 2.1.2斩波调速电路…………………………………………………………………………4 2.1.3保护电路设计…………………………………………………………………………5 2.2电路参数及选型…………………………………………………………………………7 第三章控制电路的设计与分析………………………………………………………………8 3.触发电路的设计与分析……………………………………………………………………9 3.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析……………………………………………………9 3.2.1欠压锁定功能…………………………………………………………………………9 3.2.2系统的故障关闭功能…………………………………………………………………9 3.2.3软起动功能…………………………………………………………………………9 3.2.4波形的产生及控制方式分析…………………………………………………………10 3.3延时、驱动电路的设计…………………………………………………………………10 3.4ASR和ACR调节器设计…………………………………………………………………11 3.4.1ASR（速度调节器）…………………………………………………………………11 3.4.2ACR（电流调节器）…………………………………………………………………12 第四章总电路图……………………………………………………………………………14 总结…………………………………………………………………………………………15 致谢…………………………………………………………………………………………16 参考文献……………………………………………………………………………………17 第一章 系统工作原理 直流电机斩波调速控制系统的原理框图如图1.1所示： 图1.1 原理框图 1.1 结构与调速原理 直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。 直流电机斩波调速原理是利用可控硅整流调压来达直流电机调速的目的，利用交流电相位延迟一定时间发出触发信号使可控硅导通即为斩波，斩波后的交流电经电机滤波后其平均电压随斩波相位变化而变化。为了达到控制直流电机目的，在控制回路加入了速度、电压、电流反馈环路和PID调节器来防止电机由于负载变化而引起的波动和对电机速度、电压、电流超常保护。 调速方案选择 随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在