直流pwm-m可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書(shū)</p><p>　　題 目：直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　系 名： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　課設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></

3、p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化1142 </p><p>　　題目: 直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真5 </p><p><b>　　一、初始條件：</b></p><p

4、>　　1.直流電機(jī)參數(shù)：UN＝110 V，IN＝2.9 A，nN＝2400 r/min ，Ra＝3.4Ω，電樞電感La=60.4mH，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2=0.014kgm2，PWM變換裝置放大系數(shù)Ks=45，PWM開(kāi)關(guān)頻率為8KHz。直流它勵(lì)，勵(lì)磁電壓110V，勵(lì)磁電流0.5A</p><p>　　2.主電路采用橋式可逆PWM變換器（H橋），進(jìn)線交流電源：三相380V</p><p>　

5、　3. 采用永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)，參數(shù)：23W，110V，0.21A，1900 r/min </p><p>　　4.可逆運(yùn)行，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)差，電流超調(diào)量小于5％，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10％。</p><p>　　二、要求完成的主要任務(wù): </p><p>　　1.PWM主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)</p&g

6、t;<p>　　3.集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5. ASR及ACR電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　6.仿真研究</b></p><p>　　三、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫要求</p><p><

7、b>　　1.內(nèi)容要求</b></p><p>　　一般要求包括如下內(nèi)容：</p><p><b>　　⑴ 目錄</b></p><p>　　編制課程設(shè)計(jì)的目錄，目錄的各級(jí)標(biāo)題按照章節(jié)順序排列，統(tǒng)一用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，一級(jí)標(biāo)題為1,2,3，二級(jí)標(biāo)題為1.1,1.2,1.3，三級(jí)標(biāo)題為1.1.1,1.1.2等。</p>

8、<p><b>　?、?緒論</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)正文前的引言。應(yīng)對(duì)課題研究的目的意義，研究現(xiàn)狀，課題研究?jī)?nèi)容，預(yù)期研究目標(biāo)等進(jìn)行綜合論述。</p><p><b>　?、钦?lt;/b></p><p>　　是課程設(shè)計(jì)的主體，根據(jù)任務(wù)書(shū)要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容完成設(shè)計(jì)任務(wù)。應(yīng)對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性和可行

9、性進(jìn)行論證，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路及控制驅(qū)動(dòng)電路，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程，給出仿真模型和仿真結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。電路圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。</p><p><b>　?、?結(jié)論</b></p><p>　　內(nèi)容總結(jié)，應(yīng)說(shuō)明完成的主要設(shè)計(jì)任務(wù)、存在的主要問(wèn)題及設(shè)計(jì)中的體

10、會(huì)。</p><p><b>　　⑸ 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　參考文摘不少于5篇，注意參考文獻(xiàn)的格式。</p><p><b>　　2. 格式要求</b></p><p>　?。?）紙張格式：要求統(tǒng)一用A4紙打印，頁(yè)面設(shè)置上空2.5cm，下空2.0cm，左空2.5cm，右空2.0cm&

11、lt;/p><p>　?。?）正文層次：統(tǒng)一用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，標(biāo)題一般不超過(guò)3級(jí)，格式左對(duì)齊，正文內(nèi)容層次序號(hào)為：1…….1.1……1.1.1…..。</p><p>　　（3）正文標(biāo)題；一級(jí)標(biāo)題為黑體小2號(hào)，二級(jí)標(biāo)題為黑體小三號(hào)，三級(jí)標(biāo)題為黑體四號(hào)，四級(jí)標(biāo)題為黑體小四號(hào)。</p><p>　?。?）正文內(nèi)容格式：宋體五號(hào)，1.25倍行距。</p><

12、;p>　?。?）參考文獻(xiàn)格式：按作者、文獻(xiàn)名、出版地、出版社和出版時(shí)間等順序書(shū)寫。如：</p><p>　　[1]劉國(guó)鈞，陳紹業(yè)．圖書(shū)館目錄．北京：高等教育出版社，1957．</p><p>　　[2] 戴軍，袁惠新.膜技術(shù)在含油廢水處理中的應(yīng)用.膜科學(xué)與技術(shù)，2002.</p><p>　　(6) 圖表要求：所有曲線、圖表、電路圖、流程圖、程序框圖、示意圖等

13、必須采用計(jì)算機(jī)輔助繪圖。圖序及圖名置于圖的下方；表序及表名置于表的上方；圖表采用阿拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編號(hào)。</p><p><b>　　3.裝訂順序</b></p><p>　　設(shè)計(jì)報(bào)告按照如下順序裝訂： </p><p>　　封面—任務(wù)書(shū)—目錄—正文—參考文獻(xiàn)—評(píng)分表。</p><p><b>　　四．時(shí)間安排：&

14、lt;/b></p><p>　　2017 年 6 月 26 日</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)幾年來(lái)發(fā)展很快，直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動(dòng)小，有很大的優(yōu)越性，在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)

15、用越來(lái)越廣泛。直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的不同主要在變流主電路上，采用了脈寬調(diào)制方式，轉(zhuǎn)速和電流的控制和晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。</p><p>　　直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)的PWM變換器有可逆和不可逆兩類，而可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。這里主要研究H型主電路雙極式的PWM_M調(diào)速系統(tǒng)以及仿真。</p><p>　　在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過(guò)程中，電氣自動(dòng)化在2

16、0世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組，以線性組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后的一次技術(shù)更新是設(shè)計(jì)思想和理論概念上的一個(gè)飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的接狗和性能也隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)是其中的

17、核心部分。</p><p>　　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，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電路調(diào)節(jié)器的輸入，在用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流在里面是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測(cè)部分中，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)速

18、環(huán)則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到了比較理想的檢測(cè)效果。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言5</b></p><p>　　1 直流電機(jī)PWM-M調(diào)速系統(tǒng)6</p><p>　　1.1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)6</p><p>

19、　　1.2橋式可逆PWM變換器6</p><p>　　1.3UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析7</p><p><b>　　2 電路設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　2.1 PWM主電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路9</p><p>　　2.3 電流反饋電路9</p

20、><p>　　2.4 集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.5驅(qū)動(dòng)電路10</p><p>　　2.6 ASR與ACR設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.6.1電流調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3 ASR與ACR設(shè)

21、計(jì)13</p><p>　　3.1 ACR設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1.1調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定13</p><p>　　3.2 ASR設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.1 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定16</p><p><b>　　4 系統(tǒng)仿真17</b></p><

22、p>　　4.1 Simulink仿真步驟17</p><p>　　4.2雙閉環(huán)仿真模型17</p><p>　　4.3仿真結(jié)果18</p><p><b>　　5 總結(jié)20</b></p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)21</b></p><p>　　1

23、直流電機(jī)PWM-M調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　1.1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。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，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)

24、品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測(cè)部分中，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)速環(huán)則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到了比較理想的檢測(cè)效果。主電路部分采用了以GTR為可控開(kāi)關(guān)元、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)?？刂芇WM脈沖波形，通過(guò)調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來(lái)控制H電路中對(duì)電機(jī)速度的控制。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如上圖所示，其中UPE是電力電子器件組成的變換器，其輸入接

25、三相交流電源，輸出為可控的直流電壓。對(duì)于中】小容量系統(tǒng)，多采用有IGBT或P_mosfet組成的PWN變換器；對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)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。</p><p>　　1.2橋式可逆PWM變換器</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如

26、圖2-1它們的關(guān)系是： 。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) ，時(shí)，電樞電流 沿回路1流通；當(dāng) 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)， 沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流， 。因此， 在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形。 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別是轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲

27、得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖1.2橋式可逆PWM變換器電路</p><p>　　1.3UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如下。</p><p>　　圖1.3PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形</p><p>

28、　　它們的關(guān)系是： 。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) ，晶 體 管 V T 1、 V T4 飽 和 導(dǎo) 通 而 V T 3、 V T2 截 止 ，這時(shí)。當(dāng)時(shí)，VT1、VT4截止，但VT3、VT4不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時(shí)。在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這時(shí)雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖1.2所示。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，,則的平均值為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈

29、沖相等，，平均輸出電壓為零，則電機(jī)停止。</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為</p><p>　　如果定義占空比p=ton/T,電壓系數(shù)y=Ud/Us</p><p>　　則在雙極式可逆變換器中y=2p-1，調(diào)速時(shí)，p的可調(diào)范圍為0~1相應(yīng)的y= -1~+1。當(dāng)p>1/2時(shí)， y為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)p=1/2時(shí)， y為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)

30、p=1/2， y=0，電機(jī)停止。但電機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不為零。</p><p>　　而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻 微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。雙極式控制的橋式可 逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)，</p><p&g

31、t;<b>　　1電流一定連續(xù)。 </b></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)有微震電流，能消除靜摩擦區(qū)。</p><p>　　4低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 </p><p><b>　　2 電路設(shè)計(jì)</b>

32、</p><p>　　2.1 PWM主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用可逆PWM變換器，圖2.1繪制了橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路原理圖，圖中的左半部分是由6個(gè)二極管組成的整流器，常采用不可控整流，把電網(wǎng)提供的交流電整流程直流電；中間部分是大電容濾波；右半部分是橋式PWM變換器。</p><p>　　當(dāng)可逆系統(tǒng)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，直流

33、PWM功率變換器把機(jī)械能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)，但由于二極管整流器導(dǎo)電的單向性，電能不可能通過(guò)整流器送回交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容充電，使電容兩端電壓升高，稱作泵升電壓。</p><p>　　圖2.1 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，測(cè)速電機(jī)為永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)，它與電動(dòng)機(jī)同軸安裝，從

34、而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un，與給定電壓Un 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，測(cè)速電路接線圖如圖所示，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。</p><p>　　圖2.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</p><p>　　2.3 電流反饋電路</p><p>　　在此課程設(shè)計(jì)中我們通過(guò)霍爾傳感器測(cè)量電流，

35、電流檢測(cè)電路原理圖如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3電流檢測(cè)電路</p><p>　　2.4 集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　PWM生成電路如圖2.4所示，SG3524生成的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)非門轉(zhuǎn)為兩路相反的PWM信號(hào)，為確保上下兩橋臂不會(huì)直通發(fā)生事故 ，中間加入電容驚醒邏輯延時(shí)，后面再加上非門和與門構(gòu)成的電路。</p><

36、p>　　圖2.4 PWM生成電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號(hào)發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中IGBT的開(kāi)關(guān)頻率，選擇適當(dāng)?shù)腞t、Ct值即可確定振蕩頻率。由初始條件知開(kāi)關(guān)頻率為8kHZ，可以選擇Rt=12k，Ct=0.01uf。</p><p>　　電路中的PWM信號(hào)由集成芯片SG3524產(chǎn)生，SG3524可為脈寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型SM

37、PS提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。由它構(gòu)成的PWM型開(kāi)關(guān)電源的工作頻率可達(dá)100kHZ，適宜構(gòu)成100-500w中功率推挽輸出式開(kāi)關(guān)電源。SG3524采用是定頻PWM電路，DIP-16型封裝。</p><p><b>　　2.5驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　IGBT 驅(qū)動(dòng)采用芯片 IR2110,IR2110 采用 14 端 DIP 封裝，引出端排列如圖 2.

38、5 所 示</p><p>　　圖2.5IR2110 管腳圖</p><p>　　它的各引腳功能如下：</p><p>　　腳 1(LO)是低端通道輸出； </p><p>　　腳 2(COM)是公共端；</p><p>　　腳 3(Vss)是低端固定電源電壓；</p><p>　　腳 5(U

39、s)是高端浮置電源偏移電壓；</p><p>　　腳 6(UB)是高端浮置電源電壓；</p><p>　　腳 7(HO)是高端輸出；</p><p>　　腳 9(VDD)是邏輯電路電源電壓；</p><p>　　腳 10(HIN) 、腳 11(SD) 、</p><p>　　腳 12(LIN)均是邏輯輸入；</p

40、><p>　　腳 13(Vss)是邏輯電路地電位端外加電源電壓，其值可以為 0V; 腳 4、腳 8、</p><p>　　腳 14 均為空端。 </p><p>　　IGBT 驅(qū)動(dòng)電路如圖 11 所示。IR2110 采用 HVIC 和閂鎖抗干擾 CMOS 工藝制作，具 有獨(dú)立的高端和低端輸出通道；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達(dá) 500V , du/dt=±

41、;50V/ns,在 15V 下的靜態(tài)功耗僅有 1.6mW;輸出的柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍為 10~ 20V,邏輯電源電壓范圍為 5~15V,邏輯電源地電壓偏移范圍為-5V~+5V。IR2110 采用 CMOS 施密特觸發(fā)輸入，兩路具有滯后欠壓鎖定。推挽式驅(qū)動(dòng)輸出峰值電流≥2A, 負(fù)載為 1000pF 時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)間典型值為 25ns。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時(shí)為 120ns,關(guān)斷 延時(shí)為 94ns。IR2110 的腳 10 可以承受 2A 的反向電流。

42、</p><p>　　圖2.5-2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖2.5-3 整體集成電路</p><p>　　2.6 ASR與ACR設(shè)計(jì)</p><p>　　2.6.1電流調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，具體結(jié)構(gòu)如下圖。 </p><p>　　圖2

43、.6.1 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　2.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，具體結(jié)構(gòu)如下圖。</p><p>　　圖2.6.2 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　3 ASR與ACR設(shè)計(jì)</p><p><b>　

44、　3.1 ACR設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。實(shí)際上，反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化旺旺比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，這樣在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)是，可以暫不考慮反電動(dòng)

45、勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，得到的電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖如下。</p><p>　　圖3.1-1 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U（s）/，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。Ts和Ton比Tl小得多，可以當(dāng)做小慣性群而近似的看做一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為：</p><p>　　則電流環(huán)結(jié)構(gòu)最終簡(jiǎn)化成

46、如下圖所示。</p><p>　　圖3.1-2 小慣性環(huán)節(jié)近似處理</p><p>　　3.1.1調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器在第二章中已給出，下面按設(shè)計(jì)要求計(jì)算電路中的各個(gè)參數(shù)。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</b></p><p><b>　　電流反饋

47、系數(shù)</b></p><p>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)之前，先根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，額定狀態(tài)運(yùn)行下</p><p><b>　　于是可得。</b></p><p><b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　1. 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts

48、=0.0017.</p><p>　　2.電流濾波時(shí)間常數(shù)Ton，三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms，因此Toi=2ms=0.002s。</p><p>　　3.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。</p><p><b>　　選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p>

49、<p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量小于5％，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型1型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。選用PI型電流調(diào)節(jié)器，檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：，可知是符合要求的。</p><p><b>　　計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。</p><p>　　電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取=0.5，因此&

50、lt;/p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b>

51、;</p><p>　　校驗(yàn)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</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p&

52、gt;<p>　　按所用的運(yùn)算放大器取Ro=40，各電阻和電容計(jì)算如下：</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為4.3%<5%,滿足設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　3.2 ASR設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)

53、節(jié)器ASR中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見(jiàn)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)最終簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)圖如下。</p><p>　　圖3.2.1 轉(zhuǎn)速環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2.1 調(diào)節(jié)器的

54、參數(shù)整定</p><p><b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　1.電流環(huán)時(shí)間常數(shù)=0.0074 S</p><p>　　2.轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s</p><p>　　3.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>

55、;　?。?）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件</b>&l

56、t;/p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　電流環(huán)專遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件滿足簡(jiǎn)化條件</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足條件</p><p>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻、電容。</p><p>　　按所用的運(yùn)算放大器取Ro=40，各電阻和電容計(jì)算如下：</p&

57、gt;<p><b>　　檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量</b></p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>　　4 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿

58、真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛用于線性系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Slimulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)簡(jiǎn)歷模型方塊圖的圖形用戶接口，更方便更直接。</p><p>　　4.1 Simulink仿真步驟</p><p&

59、gt;　　在MATLAB命令窗口中輸入simulink，點(diǎn)擊進(jìn)入。</p><p>　　打開(kāi)simulink工具箱，將所需模塊拖入編輯窗口并將其連接。</p><p>　　將涉及的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入哥哥模塊，運(yùn)行調(diào)試功能，如果無(wú)誤后就可以運(yùn)行系統(tǒng)。</p><p>　　運(yùn)行后便可以通過(guò)模擬示波器觀察波形</p><p>　　4.2雙閉環(huán)仿

60、真模型</p><p>　　圖4.2-1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的仿真模型</p><p>　　圖4.2-2電流調(diào)節(jié)器的仿真模型</p><p>　　圖4.2 雙閉環(huán)的仿真模型</p><p><b>　　4.3仿真結(jié)果</b></p><p>　　圖4.3-1轉(zhuǎn)速給定波形圖</p><p&

61、gt;　　圖4.3-2轉(zhuǎn)速波形圖</p><p>　　圖4.3-3電流給定波形圖</p><p>　　圖4.3-4電樞電流波形圖</p><p>　　圖4.3-5雙閉環(huán)仿真圖</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我的感受頗多，在正是開(kāi)始設(shè)計(jì)之前，我參考

62、了一些網(wǎng)上的資料，通過(guò)對(duì)這些設(shè)計(jì)方案來(lái)開(kāi)闊自己的思路，最后完成了自己的設(shè)計(jì)。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)的電力電子技術(shù)和電機(jī)與拖動(dòng)的一種檢驗(yàn)，更是對(duì)所學(xué)知識(shí)的大融合，站在新的高度看待新的問(wèn)題，而且也是對(duì)自己運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)是我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)的東西還很多。以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)

63、習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)久的事情。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器串級(jí)連接，轉(zhuǎn)速反饋環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流給定，其輸出限幅值即為最大電流給定值。調(diào)整限幅值或調(diào)整電流反饋系數(shù)就可方便的改變最大電流。在起、制過(guò)程中，速度調(diào)節(jié)器很快進(jìn)入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)與調(diào)試是先按

64、內(nèi)環(huán)后外環(huán)的順序進(jìn)行的，因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)過(guò)程中可以認(rèn)為外環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)幾乎沒(méi)有影響，而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個(gè)組環(huán)節(jié)。從快速起動(dòng)系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典型1型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)與掌握了電力系統(tǒng)拖動(dòng)的基本原理及其應(yīng)用，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法有了較深入的了解。同時(shí)也掌握了不少軟件的應(yīng)用比如MATLAB。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

65、gt;</p><p>　　[1]阮毅、陳伯時(shí)。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。北京：機(jī)械工藝出版社，2000</p><p>　　[2]李發(fā)海，王巖電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)。第二版。北京：清華大學(xué)出版社2001</p><p>　　[3]張世銘，王振和。直流調(diào)速系統(tǒng)。武漢：華中理工大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[4]胡壽松，自動(dòng)控制原理，長(zhǎng)沙：國(guó)防科

66、技大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[6]王福永。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)PID的設(shè)計(jì)，蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào).2001：VOL.21N0.5 35—39</p><p>　　[7]王可恕,IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)。國(guó)外電子元器件，1996</p><p>　　[10]吳雄。絕緣柵雙極晶體管及其應(yīng)用。電子與自動(dòng)化，1994</p><p>　　[11]阮