直流双极式可逆PWM调速系统设计..doc

武汉理工大学华夏学院信息工程系 课 程 设 计 任 务 书 课程名称： 运动控制系统 指导教师： 班级名称： 开课系、教研室： 自动控制 题目2: 直流双极式可逆PWM调速系统设计 初始条件： 1.直流电机参数： PN＝10 KW，UN＝220 V，IN＝55 A， nN＝1000 r/min ，Ra＝0.4Ω，直流它励励磁电压220V，电流1.6A 2.进线交流电源：三相380V 3.采用永磁式测速发电机，参数为：23W，110V，0.21A，1900 r/min， 要求完成的主要任务: 1.ASR及ACR电路设计 2.转速反馈和电流反馈电路设计 3.集成脉宽调制电路设计（如3524） 4.驱动电路设计（如IR2110） 5.PWM主电路设计 课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，杜绝抄袭，雷同现象。满足如下要求： 1．可逆运行，转速和电流稳态无差，电流超调量小于5％，转速超调量小于10％。 2. 对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。 3. 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。 4. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。 指导教师签名： 2016年11月 19 日 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，形成了脉宽调制变换器—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电路，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脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。 与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性： 1）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，稳态精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。 4）若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。 5）功率开关器件工作在开关状态，道通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高。 6）直流电流采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高。 由于有以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能中，已完全取代了V-M系统。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。 1.2 双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。 图1 双闭环调速系统的结构简化图 1.3 桥式可逆PWM变换器的工作原理 脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。 桥式可逆PWM变换器电路如图2所示。这时电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图2桥式可逆PWM变换器电路 双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如图3所示。 图3 PWM变换器的驱动电压及输出电压、电流波形 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。 1.4 PWM调速系统的静特性 由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下 . 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