基于fpga直流電機(jī)的pwm控制轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　袃膄芀薇蝿膃莂莀蚅膂肂薅蟻膁芄蒈羀膀莆蚃袆膀葿蒆螂腿膈螞蚈羋芀蒅羆芇莃蝕袂芆蒅蒃螈芅膅蚈螄袂莇薁蝕袁葿螇罿袀腿蕿裊衿芁螅螁袈莄薈蚇羈蒆莁羆羇膆薆袁羆莈荿袇羅蒀蚄螃羄膀蕆蠆羃節(jié)蚃羈羂莄蒅襖羂蕆蟻螀肁膆蒄蚆肀艿蠆薂聿蒁蒂羈肈膁螇袇肇芃薀螃肆蒞螆蠆肆蒈蕿羇肅膇莁袃膄芀薇蝿膃莂莀蚅膂肂薅蟻膁芄蒈羀膀莆蚃袆膀葿蒆螂腿膈螞蚈羋芀蒅羆芇莃蝕袂芆蒅蒃螈芅膅蚈螄袂莇薁蝕袁葿螇罿袀腿蕿裊衿芁螅螁袈莄薈蚇羈蒆莁羆羇膆薆袁羆莈荿袇羅蒀蚄螃

2、羄膀蕆蠆羃節(jié)蚃羈羂莄蒅襖羂蕆蟻螀肁膆蒄蚆肀艿蠆薂聿蒁蒂羈肈膁螇袇肇芃薀螃肆蒞螆蠆肆蒈蕿羇肅膇莁袃膄芀薇蝿膃莂莀蚅膂肂薅蟻膁芄蒈羀膀莆蚃袆膀葿蒆螂腿膈螞蚈羋芀蒅羆芇莃蝕袂芆蒅蒃螈芅膅蚈螄袂莇薁蝕袁葿螇罿袀腿蕿裊衿芁螅螁袈莄薈蚇羈蒆莁羆羇膆薆袁羆莈荿袇羅蒀蚄螃羄膀蕆蠆羃節(jié)蚃羈羂莄蒅襖羂蕆蟻螀肁膆蒄蚆肀艿蠆薂聿蒁蒂羈肈膁螇袇肇芃薀螃肆蒞螆蠆肆蒈蕿羇肅膇莁袃膄芀薇蝿膃莂莀蚅膂肂薅蟻膁芄蒈羀膀莆蚃袆膀葿蒆螂腿膈螞蚈羋芀蒅羆芇莃蝕袂芆蒅蒃螈芅膅蚈螄

3、袂莇薁蝕袁葿螇罿袀腿蕿裊衿芁螅螁袈莄薈蚇羈蒆莁羆羇膆薆袁羆莈荿袇羅蒀蚄螃羄膀蕆蠆羃節(jié)蚃羈羂莄蒅襖羂蕆蟻螀肁膆蒄蚆肀艿蠆薂聿蒁蒂羈肈膁螇袇肇芃薀</p><p>　　莁葿羄膈芇薈肆羈薆薇螆膆蒂薆羈罿蒈薅肁芅莄薅螀肈芀薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莀蟻螇肄芆蝕衿芀膂蠆肂肂薁蠆螁莈蕆蚈袃膁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈羂蒄螄袀膇莀螃羂羀芆螃螞膆節(jié)螂襖肈薀螁羇芄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋袈袁肅薇袇羃芀蒃袇肆肅荿袆螅艿蒞蒂羈膂芁蒁肀莇蕿蒁蝿膀蒅蒀

4、袂蒞莁葿羄膈芇薈肆羈薆薇螆膆蒂薆羈罿蒈薅肁芅莄薅螀肈芀薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莀蟻螇肄芆蝕衿芀膂蠆肂肂薁蠆螁莈蕆蚈袃膁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈羂蒄螄袀膇莀螃羂羀芆螃螞膆節(jié)螂襖肈薀螁羇芄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋袈袁肅薇袇羃芀蒃袇肆肅荿袆螅艿蒞蒂羈膂芁蒁肀莇蕿蒁蝿膀蒅蒀袂蒞莁葿羄膈芇薈肆羈薆薇螆膆蒂薆羈罿蒈薅肁芅莄薅螀肈芀薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莀蟻螇肄芆蝕衿芀膂蠆肂肂薁蠆螁莈蕆蚈袃膁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈羂蒄螄袀膇莀螃羂羀芆螃螞膆節(jié)螂襖肈薀螁羇芄蒆螀

5、聿肇莂蝿蝿節(jié)羋袈袁肅薇袇羃芀蒃袇肆肅荿袆螅艿蒞蒂羈膂芁蒁肀莇蕿蒁蝿膀蒅蒀袂蒞莁葿羄膈芇薈肆羈薆薇螆膆蒂薆羈罿蒈薅肁芅莄薅螀肈芀薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莀蟻螇肄芆蝕衿芀膂蠆肂肂薁蠆螁莈蕆蚈袃膁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈羂蒄螄袀膇莀螃羂羀芆螃螞膆節(jié)螂襖肈薀螁羇芄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋袈袁肅薇袇羃芀蒃袇肆肅荿袆螅艿蒞蒂羈膂</p><p>　　基于FPGA直流電機(jī)的PWM控制轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p&g

6、t;　　Based on FPGA direct current machine’s PWM </p><p>　　control rotational speed closed loop department</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電樞電壓的直流調(diào)速是運(yùn)用最廣泛的一種調(diào)速方法，而

7、PWM控制技術(shù)具有主電路簡(jiǎn)單、開關(guān)頻率高、電流容易連續(xù)諧波少、低速性能好、穩(wěn)速精度、高調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，所以直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性，是應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中運(yùn)用EDA技術(shù)，基于FPGA可編程邏輯控制器件，用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)PWM控制。本設(shè)計(jì)主要采用IGBT管是因?yàn)樗髂芰繌?qiáng)、開關(guān)速度快、熱

8、穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)電路功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。因?yàn)殡p極式控制電路在工作時(shí)，可能4個(gè)開關(guān)器件都處于開關(guān)狀態(tài)，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，要設(shè)置邏輯延時(shí)。本設(shè)計(jì)主要完成了H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)和過流保護(hù)環(huán)節(jié)等的電路設(shè)計(jì)以及參數(shù)的計(jì)算，并按雙閉環(huán)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)的設(shè)計(jì)。</p><p&

9、gt;　　關(guān)鍵詞：直流電機(jī)，雙閉環(huán)控制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)，IGBT</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the electric drive system, the most widespread one velocity modulation method is adjusts the armature voltage

10、the direct-current velocity modulation utilizes, but the PWM control technology has the main circuit to be simple, the turn-on frequency is high, the electric current easy continual overtone to be few, low-speed performa

11、nce good, steady fast precision, high governor deflection wide and so on merits, therefore directs current the PWM velocity modulation system's application to be day b</p><p>　　KEY WORDS: DC motor, doubl

12、e-loop control, PWMDC converter system，IGBT</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p><b>　　

13、§1.1概述3</b></p><p>　　§1.2 論文主要工作：3</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　§2.1調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3</p><p>　　§2.1.1.單閉環(huán)速度調(diào)節(jié)3</p><p>　　§2.1.2.

14、速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)4</p><p>　　第三章 各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)10</p><p>　　§3.1 穩(wěn)壓電源及給定器的設(shè)計(jì)10</p><p>　　§3.1.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)10</p><p>　　§3.1.2 給定器的設(shè)計(jì)11</p><p>　　§3.

15、2 零速封鎖器DZS的設(shè)計(jì)11</p><p>　　§3.3 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)12</p><p>　　§3.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計(jì)15</p><p>　　§3.5 速度變換器FBS的設(shè)計(jì)17</p><p>　　§3.6 主電路的設(shè)計(jì)18</p><p>

16、　　§3.7 電流反饋與過流保護(hù)FBC+FA的設(shè)計(jì)21</p><p>　　§3.7.1 直流電流互感器的介紹21</p><p>　　§3.7.2 過流保護(hù)工作原理為：22</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24<

17、/b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　外文文獻(xiàn)資料26</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)的研究與意義</p><p>　　本文的研究是基于PWM波的，

18、脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　PWM系統(tǒng)在多方面具有較大的優(yōu)越性：</p><p>　　1） 主電路線路簡(jiǎn)單，需要用的功率器件少。</p><p>　　2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。</p

19、><p>　　3) 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右。</p><p>　　4） 若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能量強(qiáng)。</p><p>　　5） 開關(guān)功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。</p><p>　　6）直流電源采用不控整流時(shí)，

20、電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。</p><p>　　本文采用的是雙極式控制的橋式PWM變換器，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1) 電流一定連續(xù)。</p><p>　　2) 可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。</p><p>　　3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)。</p><p>　　4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速

21、范圍可達(dá)1：20000左右。</p><p>　　5）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。</p><p>　　雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，要設(shè)置邏輯延時(shí)。</p><p>　　本文中主要選用IGBT

22、管，其主要優(yōu)點(diǎn)是通流能量強(qiáng)，開關(guān)速度快，熱穩(wěn)定性好，所需 驅(qū)動(dòng)電路功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　本文根據(jù)直流電機(jī)的控制原理，設(shè)計(jì)PWM以及主電路及其過流過壓保護(hù)，主電路采用雙極式控制方式，通過計(jì)算選用合適的二極管對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù)。PWM控制技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而

23、形狀相通的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時(shí)候，效果基本相通。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電樞電壓的直流調(diào)速是應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)速方法，除了利用晶閘管整流器獲得可調(diào)直流電壓外，還可利用其它電力電子元件的可控性能，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變，大小可調(diào)的直流電壓，用以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。</p><p><b>　　第一章 緒論</b><

24、/p><p><b>　　§1.1概述</b></p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的電氣傳動(dòng)裝置之一。廣泛的應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切割機(jī)床等很多領(lǐng)域的自動(dòng)控制中。他通常采用三相全橋式整流電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，比如：晶閘管、各種線性運(yùn)算電路的等。雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但

25、是元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜，通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，從而致使系統(tǒng)的運(yùn)行特征也隨著變化，所以系統(tǒng)的可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。直流調(diào)速系統(tǒng)是由功率晶閘管、轉(zhuǎn)速電路、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路、積分電路、電流反饋電路、以及過流保護(hù)電路組成。通常指人為的或自動(dòng)的改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。機(jī)械特性上通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)的

26、機(jī)械特性和工作特性的機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。</p><p>　　§1.2 論文主要工作：</p><p><b>　　課題的主要工作：</b></p><p><b>　　①穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)；</b></p><p>　?、谥绷麟姍C(jī)的主電路的設(shè)計(jì)，測(cè)速電路的設(shè)計(jì)；&

27、lt;/p><p>　　③電流變換與過流保護(hù)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中首先比較了各種控制電路的優(yōu)點(diǎn)，再據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求選擇合適的控制電路。</p><p>　　§2.1調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)可以采用多種方式：閉環(huán)速度調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)速、電流雙

28、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)等。在本章中重點(diǎn)比較了各個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn)，進(jìn)而為選擇合適的調(diào)速系統(tǒng)打好基礎(chǔ)。</p><p>　　§2.1.1.單閉環(huán)速度調(diào)節(jié)</p><p>　　反饋控制的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能大大地減少轉(zhuǎn)速降落。但是單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也存在許多的問題

29、，例如：① 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠好。② 環(huán)內(nèi)的任何擾動(dòng)，只有等到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)降落大。③ 系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制起動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即最佳過渡過程?？梢婋姍C(jī)在整個(gè)起動(dòng)過程中，電流及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩不能維持恒值，電機(jī)就不能以恒加速起動(dòng)，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。最佳起動(dòng)過程:在電機(jī)

30、最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值。</p><p>　　為了獲得近似理想的過渡過程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合在一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分來加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　§2.1.2.速度、電流雙

31、閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　下面就具體談?wù)勊俣取㈦娏麟p閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：</p><p><b>　　整體思路</b></p><p>　　在控制系統(tǒng)中如果采用比例積分調(diào)節(jié)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有足夠的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足穩(wěn)態(tài)性能，達(dá)到消除穩(wěn)態(tài)速差的地步。也就是說，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，采用比例積分調(diào)節(jié)

32、器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)則是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。</p><p

33、>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。兩者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接。</p><p>　　圖2-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG-測(cè)速發(fā)電機(jī) </p><p>　　TA-電流互感器 UPE-電力電

34、子變換器</p><p>　　-轉(zhuǎn)速給定電壓 -轉(zhuǎn)速反饋電壓 -電流給定電壓 -電流反饋電壓</p><p>　　圖2-1為閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)，具有兩個(gè)閉合回路：內(nèi)回路為電流環(huán)，稱為副回路；外回路為速度環(huán)，稱為主回路。主、副回路各有其調(diào)節(jié)器和測(cè)量變送器。主回路中的速度調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，主回路的測(cè)量變送器為速度反饋裝置；副回路中的電流調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，副回路的測(cè)量變送器為電流反

35、饋裝置。主調(diào)節(jié)器與副調(diào)節(jié)器以串聯(lián)的方式進(jìn)行共同控制，故稱為串級(jí)控制。由于主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，因而串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是一個(gè)恒值控制系統(tǒng)。而副回路可以看作是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)外部擾動(dòng)亦有一次擾動(dòng)和二次擾動(dòng)之分：被副回路包圍的擾動(dòng)，稱為二次擾動(dòng)，例如圖所示系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓波動(dòng)形成的擾動(dòng)△Ud；處于副回路之外的擾動(dòng)，稱為一次擾動(dòng)，例如同系統(tǒng)中由負(fù)載變化形成的擾動(dòng) 。串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比單回路控制系統(tǒng)多一個(gè)副回路，因而對(duì)進(jìn)入副回

36、路的二次擾動(dòng)有很強(qiáng)的抑制能力。其系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　ASR： 速度調(diào)節(jié)器 ACR： 電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　2．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性</p><p>　　為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2-3所示，它根據(jù)原理圖可以很方

37、便的畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種情況：飽和--達(dá)到限幅值，不飽和—輸出未達(dá)到限幅值。 PI調(diào)節(jié)器限幅特征：一旦PI調(diào)節(jié)器限幅（即飽和），其輸出量為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反極性的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；即飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的關(guān)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)器處于斷開。而輸出未達(dá)限幅時(shí)，調(diào)節(jié)器才起調(diào)節(jié)作用，使輸入偏差電壓在調(diào)節(jié)過

38、程中趨于零，而在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。</p><p>　　圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　α-轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) β-電流反饋系數(shù)</p><p>　　實(shí)際上,正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。</p><p>　　1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和</p>

39、<p>　　這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此</p><p><b>　　由第一個(gè)關(guān)系式可得</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　從而得到圖2-4所示靜特性的CA段。與此同時(shí)，由于ASR不飽和，，從上述第二關(guān)系式可知。著就是說，CA段特性

40、從理想空載狀態(tài)的=0一直延續(xù)到=,而一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和</b></p><p>　　這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)</p><p>　　=/β=

41、 （2-2）其中，最大電流是設(shè)計(jì)者選定的，取決于電動(dòng)機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。式（2-2）所描述的靜特性對(duì)應(yīng)于圖2-4中的AB段，它是一條垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于n,則，ASR將退出飽和狀態(tài)。</p><p>　　雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性如下圖2-4所示： </p><p>　　圖2-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性&l

42、t;/p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性特點(diǎn):</p><p>　　1） n0-A ①系統(tǒng)處正常負(fù)載運(yùn)行，ASR不飽和，起調(diào)節(jié)作用，達(dá)到轉(zhuǎn)速無靜差，保證系統(tǒng)具有很硬的靜特性;</p><p>　?、陔娏髡{(diào)節(jié)器起輔助調(diào)節(jié)作用，負(fù)載電流大小與電流給定值 成正比，兩調(diào)節(jié)器輸入偏差電壓都為零，</p><p>　　2） AB段 電機(jī)在起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)

43、時(shí)，ASR飽和，電流達(dá)到最大值，此時(shí)轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)成為恒電流無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大電流給定作用下，依靠電流環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而獲得很好的下垂特性（AB段），起到了過流保護(hù)作用。 </p><p>　　3） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。在起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載電流達(dá)到后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)器作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)

44、保護(hù)。</p><p>　　另外，雙閉環(huán)系統(tǒng)只能抑制起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)的過電流，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生其他故障引起過電流時(shí)，系統(tǒng)不能保護(hù)，需另設(shè)過電流保護(hù)電路。</p><p>　　3. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程如圖2-5所示。由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了不飽和、飽和、退保和三種情況，

45、整個(gè)動(dòng)態(tài)過程分成圖中表明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)階段。</p><p>　　第Ⅰ階段（0~）是電流上升階段。突加給定電壓后，經(jīng)過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用， 、、都跟著上升，但是在沒有達(dá)到負(fù)載電流以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)≥后，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓=-的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升。直到，，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這以階段

46、的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快就進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。</p><p>　　第Ⅱ階段（~）是恒流升速階段，是起動(dòng)過程中的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本時(shí)保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí),電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)（見圖2-4）,對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量。為了克服這擾動(dòng)

47、,和也必須基本上按線性增長(zhǎng),才能保持恒定.當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí),要使其輸出量按線性增長(zhǎng),其輸出偏差電壓=-必須維持在一定值,也就是說, 應(yīng)略低于(見圖2-5)。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過程中ACR不應(yīng)飽和，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也需留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。</p><p>　　第Ⅲ階段（以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值=時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小

48、到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，ASR輸入偏差變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài), 和很快下降。但是，只要仍大于負(fù)載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到=時(shí)，轉(zhuǎn)矩=，則dn/dt=0,轉(zhuǎn)速n才能達(dá)到峰值（t=時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在~時(shí)間內(nèi)，＜，直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一段振蕩過程。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速

49、調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使盡快地跟隨其給定值，或者說，電流環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有以下三個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　1） 飽和非線性控制。隨著ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同的情況下表現(xiàn)不同的線性系統(tǒng)，只能采用分段線性化的方法來分析，不能簡(jiǎn)單地用線性控制理論來分析整個(gè)起動(dòng)過程，也不能簡(jiǎn)單地用線性控制

50、理論來籠統(tǒng)地設(shè)計(jì)這樣的控制系統(tǒng)。</p><p>　　2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，轉(zhuǎn)速必然超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，對(duì)于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來抑制超調(diào)。</p><p>　　3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。在設(shè)備允許條件下實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間的控制稱作“時(shí)間最優(yōu)控制”對(duì)于電力拖動(dòng)系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)允許過載能力限制下的恒流起動(dòng)，就是時(shí)間最優(yōu)控制。但由于在起動(dòng)過程Ⅰ

51、、Ⅲ兩個(gè)階段中電流不能突變，實(shí)際起動(dòng)過程與理想起動(dòng)過程相比還有一些差距，不過這兩段時(shí)間只占全部起動(dòng)時(shí)間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。采用飽和非線性控制的方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制是一種很有實(shí)用價(jià)值的控制策略，在各種多患控制系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)有。</p><p>　　圖2-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速和電流波形</p><p>　　第三章 各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)</p&

52、gt;<p>　　§3.1 穩(wěn)壓電源及給定器的設(shè)計(jì)</p><p>　　已知的參數(shù)：直流電機(jī) =200W；=48V; =3.7A;=200r/mi；電樞電阻=6.5歐；電樞回路電阻R=8歐；允許電流過載倍數(shù)=2；電動(dòng)系數(shù)=0.12V·min/r；電磁時(shí)間常數(shù) =0.015s；機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.2s;電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.001s；轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)=0.005s;調(diào)節(jié)器輸入輸出

53、電壓==10V;調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40千歐。電力晶體管的開關(guān)頻率f=1kHz,PWM環(huán)的放大系數(shù)Ks=4.8。</p><p>　　§3.1.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題要求正負(fù)15V的直流電壓，故選用集成芯片7815和7915來實(shí)現(xiàn)課題的要求，具體電路如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 穩(wěn)壓電源電路原理圖</p&

54、gt;<p>　　用此電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　§3.1.2 給定器的設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題要求只需給定一個(gè)正的15V電壓即可，給定器原理圖如下：</p><p>　　圖3-2 給定器原理圖</p><p>　　§3.2 零速封鎖器DZS的設(shè)計(jì)</p>&

55、lt;p>　　零速封鎖器的作用是當(dāng)給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓均為零時(shí)（即在停車狀態(tài)下），封鎖各調(diào)節(jié)器，保證電機(jī)不會(huì)爬行。具體電路如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3零速封鎖器原理圖</p><p>　　圖中放大器選用LF353，封鎖器的具體工作原理為：</p><p>　　當(dāng)電路正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)放大器的輸出總有一個(gè)為低電平，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過集成片4001的

56、與非 門以及 兩個(gè) 非 門后，輸出為高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，封鎖器輸出為-15V，ACR及ASR的場(chǎng)效應(yīng)管截止。</p><p>　　當(dāng)給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓均為零時(shí)（即停止工作），兩個(gè)放大器輸出均為低電平，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過集成片4001的 與非 門以及 兩個(gè) 非 門后，輸出為低電平，此時(shí)三極管不導(dǎo)通，封鎖器的輸出電壓接近0V，ACR及ASR的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，封鎖各調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)封鎖功能。</p><

57、p>　　§3.3 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1 確定時(shí)間參數(shù)</b></p><p>　　因?yàn)槲覀冞x用的電力晶體管的開關(guān)頻率為f=1kHz,所以</p><p><b>　　=0.001s</b></p><p>　　所以可得電流環(huán)小時(shí)間常熟之和為：<

58、;/p><p>　　即=0.001s+0.001s=0.002s.</p><p>　　2 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　我們首先考慮的是把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖（3-4c）我們選用型系統(tǒng)。再從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許點(diǎn)數(shù)電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，

59、而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即選用典型系統(tǒng)。</p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響</p><p>　　等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)</p><p><b>　　小慣性環(huán)節(jié)近似處理</b></p><p>　　圖3-4 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及簡(jiǎn)化</p><

60、p>　　圖3-4 c)表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型系統(tǒng)，應(yīng)采取P型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比列系數(shù)；</p><p>　　——電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象

61、的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，取=，檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能。</p><p>　　==7.5，由表（1）可知各項(xiàng)指標(biāo)均可接受。</p><p>　　表（1） 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系</p><p>　　3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超常時(shí)間常數(shù)==0.015s</p><p>　　

62、電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%時(shí)，查資料可知應(yīng)取=0.5，而=4.8，因此 =/R</p><p>　　=0.5/=0.5/0.002=250。</p><p><b>　　==10/3.7</b></p><p>　　=[250×0.015×（6+8.5）]/（4.8×10/3.7）=4.63</p>

63、<p><b>　　4 檢驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率為</b></p><p><b>　　==250</b></p><p>　　① 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件為：</p><p>　　= 1/（3×0.001）

64、=333.3></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　② 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件為：</p><p>　　3=3×=54.77<</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　?、?/p>

65、 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　　==333.3></b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　5 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p><p>　　由運(yùn)算放大器取=40KΩ，各電阻和電容值分別為：</p><

66、p>　　====/2=20KΩ;</p><p>　　==4.63×40KΩ=185.2KΩ，取190KΩ；</p><p>　　===0.015s/190Ω=0.078µF，取0.1µF；</p><p>　　===0.1µF，取0.1µF。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖

67、3-5所示</p><p>　　圖3-5 電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　§3.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1 確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　?、?電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù),有電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，取=0.5,，則</p><p>　　=2=2

68、5;0.002s=0.004s</p><p>　?、?轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)</p><p>　　有已知得=0.005s</p><p>　?、?轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取</p><p>　　=+=0.004s+0.005s=0.009s</p><p>　　2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p>

69、<p>　　和電流調(diào)節(jié)器一樣，我們選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　= （3-2）</p><p>　　3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　=h=

70、5×0.009s=0.045s</p><p>　　有式=得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</p><p><b>　　==59.3</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α===0.05 (3-3）</p><p>　　電流反饋系數(shù)β==

71、 (3-4)</p><p>　　= (3-5)</p><p>　　由式(3-3)(3-4)(3-5)可得</p><p>　　=[(5+1)×10/3.7×0.12×0.2]/[2×5×0.05×(8+6.

72、5) ×0.009]=5.4</p><p>　　4 檢驗(yàn)近似條件</p><p>　　① 轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為</p><p>　　===59.3×0.045=26.7</p><p>　?、?電流環(huán)傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)化條件為</p><p>　　==117.9> 滿足近似條件</p&g

73、t;<p>　?、?轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理的條件為</p><p>　　==74.5> 滿足近似條件</p><p>　　5 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電阻和電容 </p><p>　　由電流調(diào)節(jié)器計(jì)算，取=40KΩ，則</p><p>　　==5.4×40KΩ=216 KΩ 取220 KΩ；</p

74、><p>　　==/2=20 KΩ 取20 KΩ；</p><p>　　==45/220=0.205µF 取0.2µF；</p><p>　　====0.5µF 取0.47µF。</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-6所示</p><p&

75、gt;　　圖3-6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　§3.5 速度變換器FBS的設(shè)計(jì)</p><p>　　其原理圖如下圖4-7所示</p><p>　　圖3-7 速度變換器FBS原理圖 </p><p>　　速度變換器為速度檢測(cè)變換環(huán)節(jié)，將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變換成適于控制單元并與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓，作為速度反饋。<

76、;/p><p>　　§3.6 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　1 整流變壓器的參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　?、?副邊電壓的計(jì)算</b></p><p><b>　　==48V</b></p><p><b>　　考慮占空比為90%</b&g

77、t;</p><p>　　則=48V/0.9=53.3V</p><p>　　取=1.2，則=/1.2=53.3V/1.2=44.4V</p><p><b>　　考慮10%的裕量</b></p><p>　　=1.1×44.4V=48.9V</p><p>　?、?一、二次電流計(jì)算&l

78、t;/p><p><b>　　取===3.7A</b></p><p>　　變比 K==220V/48.9V=4.5</p><p>　　==3.7A/4.5=0.82A</p><p><b>　　考慮空載電流，取</b></p><p>　　=1.05×0.82A=

79、0.86A</p><p>　　③ 變壓器容量的計(jì)算</p><p>　　==220V×0.86A=189.9VA 取190VA</p><p>　　==48.9V×3.7A=181VA</p><p>　　S===185.5VA</p><p>　　2 整流元件的選擇</p&g

80、t;<p>　　二極管承受的最大反向電壓為</p><p>　　==×48.9V=69.2V 考慮3倍裕量，則</p><p>　　=3=3×69.2V=207.6V 取220V</p><p>　　該電路整流輸出接有大電流，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍按電感負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，只是電流裕量可以適當(dāng)取大些即可。

81、</p><p>　　==×3.7A=1.85A</p><p>　　==×3.7A=2.62A</p><p>　　=/1.57=2×2.62A/1.57=3.33A 取5A</p><p>　　查元件參數(shù)表，我們選用2CZ13D型號(hào)的二極管。</p><p>　　3 濾波電容的選

82、擇</p><p>　　濾波電容一般根據(jù)放電常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，電容量也越大，一般吧做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000µF以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故取2200µF，耐壓值 1.5=1.5×69.2V=103.8V 取110V。</p><p>　　4 IGBT的選擇</p><p>　　取=53.3V，取3倍裕量，3=15

83、9.9V，因IGBT大部分為耐壓600V以上的，因此滿足我們的要求。由于IGBT是以最大值標(biāo)注，且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關(guān)系，故應(yīng)選用大于4倍額定負(fù)載電流的IGBT為宜。為此我們選用50A的IGBT，并配以相應(yīng)的散熱器即可。查元件參數(shù)表，我們選用2MBI50L-060型號(hào)的IGBT管。</p><p>　　5 保護(hù)元件的選用</p><p>　?、?變壓器二次側(cè)熔斷器的選擇&

84、lt;/p><p>　　由于變壓器最大二次側(cè)電流為3.7A，故我們選用5A的熔芯即可滿足要求。</p><p>　?、?IGBT保護(hù)電路的選擇</p><p><b>　　a 電容的選擇</b></p><p>　　一般按布線電感磁場(chǎng)能量全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量估算，即</p><p>　　=

85、 （3-6）</p><p><b>　　得 =</b></p><p>　　式中，——主回路布線電感；</p><p>　　—— IGBT關(guān)斷時(shí)集電極電流；</p><p>　　——緩沖電容器電壓穩(wěn)壓值，由IGBT安全工作區(qū)確定；</p><p&

86、gt;<b>　　——直流電源電壓。</b></p><p>　　可有實(shí)測(cè)確定。這里可按5~20µH估算。為保證可靠，可取稍低于IGBT耐壓值為宜，這里取=300V計(jì)算。取=、=53.3V，</p><p>　　所以===0.084µF 取0.1µF，耐壓值為400V。</p><p><b>　　b

87、 緩沖電阻的計(jì)算</b></p><p>　　要求IGBT關(guān)斷信號(hào)到來之前，將緩沖電容器所積蓄的電荷放完，以關(guān)斷信號(hào)之前放電90%為條件，器計(jì)算公式如下：</p><p>　?。?-7） </p><p>　　不能太小，過小會(huì)使IGBT開通時(shí)集電極初始電流增大，因此在滿足上式的情況下，希望盡可能選取大的電阻值。式中f為開關(guān)

88、頻率，IGBT最大開關(guān)頻率為30K，實(shí)際使用在10K以內(nèi)，這里取f=1K。則有</p><p>　　=1.7KΩ 取=1.5 KΩ</p><p><b>　　吸收電阻的功率為</b></p><p>　　=f=0.28W 取=0.5W</p><p>　　即選用功率為0.5W、1.5KΩ的電阻即可滿足要求。<

89、/p><p>　　c 緩沖電路二極管的選用</p><p>　　因用于高頻電路中，故選用快速恢復(fù)二極管，以保證IGBT導(dǎo)通時(shí)很快關(guān)斷。電流定額可按IGBT通過電流的1/10試選，我們選用的IGBT電流為50A，故我們選5A的二極管，查二極管的數(shù)據(jù)，我們選用DSF4012ST。</p><p>　　6 續(xù)流二極管的選用</p><p>　　我們

90、選用的直流電機(jī)的最大電流為3.7A，故我們選用5A、耐壓值為300V的二極管，查二極管的參數(shù)，我們選用2CZ13D型號(hào)二極管。</p><p>　　主電路電路圖如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8 主電路電路圖</p><p>　　§3.7 電流反饋與過流保護(hù)FBC+FA的設(shè)計(jì)</p><p>　　§3.7.1 直

91、流電流互感器的介紹</p><p>　　直流電流互感器是根據(jù)飽和電抗器原理制成的。它的作用是直接將直流電流轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓信號(hào)，把控制電路和主電路隔離開來。</p><p>　　直流互感器有兩個(gè)環(huán)形鐵芯、疊在一起，載流導(dǎo)線貫穿其中，形成互感器的原邊，每個(gè)鐵芯各繞一個(gè)副邊繞組，其接線圖如圖4-9所示。兩個(gè)副邊繞組反極性相連，接在交流輔助電源上，副邊的交流電流在兩個(gè)環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生的磁通相

92、反，對(duì)被測(cè)載流導(dǎo)體無感應(yīng)作用，這樣副邊電流變化對(duì)主回路無影響。被測(cè)直流電路電流越大，兩個(gè)環(huán)形鐵芯被直流磁化的程度越深，流過直流互感器副邊的交流電流有效值越大。副邊電流經(jīng)整流后，在負(fù)載電阻上得到的電壓越高，從而按比例把直流電流I變換成直流電壓信號(hào)。</p><p>　　圖3-9 直流電流互感器原理圖</p><p>　　§3.7.2 過流保護(hù)工作原理為：</p>&l

93、t;p>　　電流檢測(cè)為交流側(cè)的直流電流互感器反映電流大小的信號(hào)經(jīng)直流電流互感器后加至和上，的可動(dòng)觸點(diǎn)輸出作為電流反饋信號(hào)，反饋強(qiáng)度由調(diào)節(jié)，的可動(dòng)觸點(diǎn)與過流保護(hù)電路相連，輸出過流信號(hào)，動(dòng)作電流的大小由調(diào)節(jié)。當(dāng)主電路電流超過某以數(shù)值后,導(dǎo)通,截止,導(dǎo)通，使繼電器K動(dòng)作，關(guān)閉主電源開關(guān)，并使小電珠發(fā)亮，表示以跳閘。正常工作時(shí)，截止，繼電器K不帶電。</p><p>　　SB為復(fù)位按鈕，當(dāng)過流動(dòng)作后，如過流故障排除

94、，則需按下SB按鈕以解除，恢復(fù)正常工作。過流保護(hù)電路圖如圖3-10所示.</p><p>　　圖3-10過流保護(hù)電路圖 膀螞羂肈蒞薈羈膀膈蒄羈羀莄蒀羀肂芆螈罿膅蒂蚄羈芇芅薀羇羇蒀蒆薄聿芃莂蚃膁蒈蟻螞袁芁蚇蟻肅蕆薃蝕膅莀葿蠆羋膂螇蠆羇莈蚃蚈肀膁蕿螇膂莆蒅螆袂腿莁螅羄莄螀螄膆膇蚆螃艿蒃薂螃羈芆蒈螂肁蒁莄螁膃芄蚃袀袃葿薈衿羅節(jié)蒄袈肇蒈莀袇芀芀蝿袇罿膃蚅袆肁荿薁裊膄膂蕆襖袃莇莃羃羆膀螞羂肈蒞薈羈膀膈蒄羈羀莄蒀

95、羀肂芆螈罿膅蒂蚄羈芇芅薀羇羇蒀蒆薄聿芃莂蚃膁蒈蟻螞袁芁蚇蟻肅蕆薃蝕膅莀葿蠆羋膂螇蠆羇莈蚃蚈肀膁蕿螇膂莆蒅螆袂腿莁螅羄莄螀螄膆膇蚆螃艿蒃薂螃羈芆蒈螂肁蒁莄螁膃芄蚃袀袃葿薈衿羅節(jié)蒄袈肇蒈莀袇芀芀蝿袇罿膃蚅袆肁荿薁裊膄膂蕆襖袃莇莃羃羆膀螞羂肈蒞薈羈膀膈蒄羈羀莄蒀羀肂芆螈罿膅蒂蚄羈芇芅薀羇羇蒀蒆薄聿芃莂蚃膁蒈蟻螞袁芁蚇蟻肅蕆薃蝕膅莀葿蠆羋膂螇蠆羇莈蚃蚈肀膁蕿螇膂莆蒅螆袂腿莁螅羄莄螀螄膆膇蚆螃艿蒃薂螃羈芆蒈螂肁蒁莄螁膃芄蚃袀袃葿薈衿羅節(jié)蒄袈肇蒈莀