【正文】 速系統(tǒng)性能測試 ........................................................................ 19 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ............................................................................................................ 19 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和工作原理 ................................................................................ 20 測試內(nèi)容 ............................................................................................................ 20 總 結(jié) .......................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 28 附 錄 ................................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 沈陽理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 1 緒 論 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過程中，電氣自動(dòng)化在 20 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，以線形組件運(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)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。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)是其中的核心部分。 現(xiàn)代的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以及集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過合理的簡化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運(yùn)算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò) （調(diào)節(jié)器），和由 R、 C等元件構(gòu)成的無源校正網(wǎng)絡(luò)相比 ,又可以實(shí)現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律 ,于是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 目前，隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日臻成熟并日漸成為實(shí)際應(yīng)用的主流，但這并不意味著傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)完全退出了實(shí)際應(yīng)用的舞臺(tái)。相反，近幾年交流變頻調(diào)速在控制精度的提高上遇到了瓶頸，于是直流調(diào)速的優(yōu)勢就顯現(xiàn)了出來。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。譬如在對控制精度有較高要求的造紙，轉(zhuǎn)臺(tái)，輪機(jī)定位等系統(tǒng)中 仍離不開直流調(diào)速裝置，因此加強(qiáng)對直流調(diào)速系統(tǒng)的研究還是很有必要的。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 2 第一章 簡要介紹及設(shè)計(jì) 方案 PWM 簡介 脈寬調(diào)制 器 UPW 采用美國硅通用公司（ Silicon General）的第二代產(chǎn)品 SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成 PWM 控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得廣泛使用。 PWM 系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ： 1） PWM 調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。 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。 3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到 1： 10000 左右。 4） 如果可以與快速響應(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)抗擾能力強(qiáng)。 5） 功率開關(guān)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。 6） 直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 變頻調(diào)速很快為廣大電動(dòng)機(jī)用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法，在一些中小容量的動(dòng)態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。由此可見，變頻調(diào)速是非常值得自動(dòng)化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中， PWM 調(diào)速方式尤為大家所重視，這是我們選取 它作為研究對象的重要原因。 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)已知參數(shù) 拖動(dòng)設(shè)備：直流電動(dòng)機(jī)： WPN 185? VUN 220? AIN ? Nrn min/1600? ，過載倍數(shù) ?? 。 負(fù)載：直流發(fā)電機(jī)： WPN 100? VUN 220? AIN ? Nrn min/1500? 機(jī)組：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 22 NmGD ? 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 3 設(shè)計(jì)指標(biāo) D＝４，穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差。 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n=1500r/min, 負(fù)載電流 。 電流超調(diào)量 %10?i? ，空載起動(dòng)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10?n? 。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 直流脈寬（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 —— 主電路設(shè)計(jì)。 直流脈寬（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè) 計(jì)與研究 —— 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)【 ASR ACR】。 直流脈寬（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 —— 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。 直流脈寬（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 —— 保護(hù)電路設(shè)計(jì)。 其中以 4 為主要研究內(nèi)容 現(xiàn)行方案的討論與比較 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U、改變電動(dòng)機(jī)主磁通 ? 、改變電樞回路電阻 R。 改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合 使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。 改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。 由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點(diǎn)太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動(dòng)系統(tǒng)。離子拖動(dòng)系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點(diǎn)，而且縮短了響應(yīng)時(shí)間。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直 流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4 由于以上種種原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。 選擇 IGBT 的 H 橋型主電路的理由 IGBT 的優(yōu)點(diǎn)： 1)IGBT 的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 2)在相同電壓和電流定額的情況下， IGBT 的安全工作區(qū)比 GTR 大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。 3)IGBT 的通態(tài)壓降比 VDMOSFET 低，特別是在電流較大的區(qū)域。 4)IGBT 的輸入阻抗高，其輸入特性與電力 MOSFET 類似。 5)與電力 MOSFET 和 GTR 相比， IGBT 的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高， 同時(shí)可保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。 在眾多 PWM 變換器實(shí)現(xiàn)方法中，又以 H 型 PWM 變換器更為多見。這種電路具備電流連續(xù)、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)以 H型 PWM 直流控制器為主要研究對象。 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由 同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用 PI 控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載 動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。 在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干