畢業(yè)設(shè)計(jì)----matlab對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-10-30 20:27 本頁(yè)面
【正文】 23 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 引言 …………………………………………………………………………… ..33 雙閉環(huán)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 …………………………………… ...33 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 ………………………………… ..36 總結(jié) ………… …………………………………………………………………………… ..39 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… ..40 致謝 ……………………………………………………………………………………… ..41 共 23 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第一章 引言 直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 調(diào)速系統(tǒng)包括直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類。由于直流電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和磁通之間的耦合較弱，使直流電動(dòng)機(jī)具有良好的機(jī)械特性，能夠在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，啟動(dòng)、制動(dòng)性能良好，故其在 20 世紀(jì) 70 年代以前一直在高精 度、大調(diào)速范圍的傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯示出來(lái)。由于換向 從 20 世紀(jì) 80 年代起，在電氣傳動(dòng)自動(dòng)化領(lǐng)域中出現(xiàn)了一個(gè)革命性的變化，這就是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。眾所 供 PWM 直流調(diào)速的研究背景 和發(fā)展?fàn)顩r 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說(shuō)，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 控制技術(shù) 已居世界先進(jìn)水平。但由于造價(jià)較高，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用局限性較大，在較短的時(shí)間內(nèi)難以取代較為落后的直流調(diào)速。相對(duì)而言 ， PWM 直流 調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，功率元件少，開(kāi)關(guān)頻率高，其控制水平從 1000Hz 可達(dá)到 4000Hz，電機(jī)電流連續(xù)，低速性能好，諧波少，穩(wěn)態(tài)精度高，脈動(dòng)小，損耗和發(fā)熱都 較小，調(diào)速范圍寬，調(diào)速系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng) 。 直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于 70 年代中期 .最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng) ,例如自動(dòng)跟 步研究，在調(diào)速精度要求較高的場(chǎng)合，對(duì)解決傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速精度低、穩(wěn)定性差的 難題，具有廣泛的意義和價(jià)值。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本文共分為 四 章，主要針對(duì) 直流調(diào)速 系統(tǒng)的 PWM 控制進(jìn)行相關(guān)研究。第一章主要 概述了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究 背景與 發(fā)展 現(xiàn)狀 ；第二章 介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的 理論基礎(chǔ)，簡(jiǎn)要介紹了 調(diào)速 的原理和結(jié)構(gòu)；第三章 介紹了脈寬調(diào)制原理及對(duì) 目前常用的各種 PWM 變換器 進(jìn)行 了 分析；第四章 對(duì)基于 PWM 控制技術(shù)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) ，并 運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件 對(duì)其進(jìn)行了仿真研究；最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。 共 23 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的概述 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)歷不同的三 個(gè)階段： 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 如圖 21，旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ GM 系統(tǒng)）由交流電動(dòng)機(jī)（異步機(jī)或同步機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G 實(shí)現(xiàn)變流，由 G 給需要的直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié)G 的勵(lì)磁電流 fi 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。這種調(diào)速系統(tǒng)在60 年代曾廣泛使用，但該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，因此設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，安裝須打地基，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)不方便。 圖 21 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ GM 系統(tǒng)） 靜止式可控整流器調(diào)速系統(tǒng) 自從晶閘管（俗稱“可控硅”）問(wèn)世，到了 60 年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng) 共 23 頁(yè) 第 7 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ VM 系統(tǒng)）。如圖 22， VT 是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 cU 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓 dU ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。和旋轉(zhuǎn)變 的散熱條件。另外，由諧波與無(wú) 功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，因此必須添置無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 圖 22 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（ VM 系統(tǒng)） 直流斬波器或脈寬調(diào)速 圖 23 直流斬波器 — 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形 2）開(kāi)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)速范圍寬。 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)抗繞能力強(qiáng)。 5）開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而 全取代了 V— M 系統(tǒng)。 電機(jī)基本調(diào)速方法 由電機(jī)學(xué)基本理論可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程式為 共 23 頁(yè) 第 8 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Φ —?jiǎng)?lì)磁磁通（ Wb）； eK —由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； 由上式可見(jiàn)，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案可有以下三種。 電樞串電阻調(diào)速 圖 24 調(diào)阻調(diào)速特性曲線 如 圍窄，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，只用于一些要求不高的場(chǎng)合。 弱磁調(diào)速 圖 25 磁調(diào)速特性曲線 普 也增大。弱磁調(diào)速雖然能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但其調(diào)速范圍太小，特性較軟，因而只是在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍升 速時(shí)才采用。 調(diào)壓調(diào)速 共 23 頁(yè) 第 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 26 調(diào)壓調(diào)速特性曲線 如圖 26，額定勵(lì)磁保持不變，理想空載轉(zhuǎn)速 0n 隨 U減小而減小，各特性線斜率不變，由此可 動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛采用。 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三個(gè)方面： 1） 調(diào)速 2） 備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。 為了進(jìn)行定 maxminDnn? （ 22） 2） 靜差率 ： 負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 Nn? ，與理想空載轉(zhuǎn)速 0n 之比，稱作靜差率 s ，即 N0ns n?? （ 23） 一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的 。對(duì)于同樣硬度的特
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