直流转速闭环脉宽PWM调速系统设计.doc

第1章 方案确定 2 第2章 ASR计算设计 4 2.1基本参数计算： 4 2.2 ASR参数计算： 4 2.3 转速参数的校验 5 第3章 调速系统MATLAB仿真 7 3.1 利用Matlab的Power System 工具箱仿真电机估计测量Tl和Tm 7 3.2 利用Matlab的Power System 工具箱仿真并调节控制器参数 11 第4章 硬件电路设计 14 4.1 主电路设计 14 4.2 测量电路 14 4.2.1转速检测电路 14 4.2.2 转速反馈电路 15 4.3 控制电路 16 4.3.1 集成PWM电路（TL494控制） 16 4.3.1.1 TL494的内部结构和工作原理 16 4.3.1.2 L494的引脚说明 17 4.3.2集成PWM电路(SG3524) 18 4.3.2.1 SG3524的内部结构和工作原理 18 4.4 基于EXB841的IGBT驱动电路 20 4.4.1 EXB841简介及工作原理 20 4.4.2 IGBT驱动 21 4.5辅助回路设计 23 4.5.1 电源设计 23 附1 总电路图 24 附2 元器件表 26 第5章 心得体会 27 参考文献 28 第1章 方案确定 脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation),就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间t对脉冲的宽度进行调制的技术。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术等领域最广泛应用的控制方式。本文利用集成PWM控制器设计了一个基于PWM控制的直流调速系统，本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运行，又使系统具有较高的动、静态性能。 在当今的社会生活中，电子科学技术的运用越来越深入到了各行各业之中，并得到了长足的发展和进步，自动化控制系统更是的到了广泛的应用，其中一项重要的应用就是——自动调速系统。相较于交流电动机，直流电动机结构复杂、价格昂贵、制造困难且不容易维护，但由于直流电动机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强，适宜在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自调速系统中的重要形式。而伴随着电力电子技术的不断发展，开关速度更快、控制更容易的全控性功率器件MOSFET和IGBT成为主流，PWM表现出了越大的优越性：主电路线路简单，需用的功率器件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；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；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。本设计采用PWM技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速相比，既减少了对电源的污染，而且使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的维护、维修变得更加简单了，但动、静态性能却提高了。 该系统调速精度与调速范围要求不是很高，但与传统的晶闸管可控调速系统相比 ，它具有调速范围宽、快速性能好、功率因数高、结构简单等优点，使之以广泛应用于各行各业的直流调速系统当中。 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。总体方案简化图如图1.1所示。 图1.1 双闭环调速系统的结构简化图 用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。 第2章 ASR计算设计 初始条件： 1.直流电机参数：240V， 37.5Kw， 1750 r/min ，电枢电阻Ra＝0.1113Ω 电机过载倍数λ＝1.5. 2.主电路采用三相全控桥，进线交流电源：三相 380V。 ASR选用PI调节器，其传递函数为 2.1 基本参数计算： ①直流电机额定电流 ②直流电机在额定磁通下的电动势系数V/rpm ④转速反馈系数 ⑤电力电子变换器平均失控时间 ⑥机电时间常数0.04 ⑦电枢回路电磁时间常数 ⑧电流滤波时间常数 ⑨电流环小时间常数之和