学位论文_直流脉宽(pwm)调速系统设计与研究——保护电路设计.doc

直流脉宽 PWM 调速系统设计与研究 ——保护电路设计 摘 要 本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。在此基础上，本文将做出SG3525单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。：直流调速 PWM ；SG3525 ；调节器的设计 目 录 绪 论 1 第一章 简要介绍及设计方案 2 1.1 PWM简介 2 1.2 直流调速系统的方案设计 2 1.2.1 设计已知参数 2 1.2.2 设计指标 3 1.2.3设计内容 3 1.2.4 现行方案的讨论与比较 3 1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由 4 1.2.6 采用转速电流双闭环的理由 4 第二章 直流脉宽调速系统主电路设计 5 2.1 主电路结构设计 5 2.2 参数设计 6 第三章 调节器设计ASR,ACR 8 3.1 电流调节器设计 8 3.2 转速调节器设计 9 3.3 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定 9 第四章 触发电路 10 4.1触发控制电路设计 10 第五章 保护电路 11 5.1 整流电路中的保护电路 11 5.2 PWM电路中的保护电路 11 5.2.1 主电路中的熔断器负责过流保护 11 5.2.2 缓冲电路 12 5.3反馈及保护电路设计 12 5.3.1转速检测装置选择 12 5.3.2电流检测单元 13 第六章 调试 14 6.1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 14 6.1.1实验内容 14 6.1.2 实验系统组成和工作原理 14 6.1.3 实验方法 14 6.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试 18 6.2.1 实验内容 18 6.2.2 实验系统的组成和工作原理 19 6.2.3 测试内容 19 总 结 26 参考文献 27 附 录 28 绪 论 在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。 现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由 R、C等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。 目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。 第一章 简要介绍及设计方案 1.1 PWM简介 脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。 PWM系统在很多方面具有较大的优越性 ： 1）?PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少。 2）?开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 3）?低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。 4）?如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 5）?功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。 6） 直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 变频调速很快为广大电动机用户所接受，成为了一