【文章內(nèi)容簡介】 復原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性；④可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能；⑤ 可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的精度；⑥容易與上一級計算機交換信息；⑦具有信息存儲、數(shù)據(jù)通信的功能；⑧成本較低。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此，應(yīng)首先著重研究直流調(diào)速系統(tǒng)，這樣才可在掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論下更好的對交流調(diào)速系統(tǒng)進行研究和探索。 通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及武漢工程大學課程設(shè)計 3 相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工 作場合，提高其使用效率。并以此為基礎(chǔ)，再對交流調(diào)速系統(tǒng)進行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個生產(chǎn)領(lǐng)域。 設(shè)計任務(wù)和要求 1． 題目 ： PWM 可逆直流調(diào)速 系統(tǒng) 的設(shè)計 2． 要求 設(shè)計一個 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制 PWM 可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 。 電動機控制電源采用 H型 PWM 功率放大器，其占空比變化為 0～ ～ 1 時，對應(yīng)輸出電壓為 264V～ 0～ 264V，為電機提供最大電流 25A。速度檢測采用光電編碼器（光電脈沖信號發(fā)生器），且其輸出的 A、 B 兩相脈沖經(jīng)光電隔離辯相后獲得每 轉(zhuǎn) 1024 個脈沖角度分辨力和方向信號。電流傳感器采用霍爾電流傳感器，其原副邊電流比為 1000： 1，額定電流 50A。 已知： （ 1）直流電動機： PN = 3 kW， nN = 1500 r/min， UN = 220 V， IN = A， 電樞回路總電阻 R=， 電磁時間常數(shù) Tl=， 機電時間常數(shù) Tm=， 電動勢系數(shù)Ce=（ )； （ 2） H 型 PWM 功率 變換器 ：工作頻率 為 2kHz，采用單極性 /雙極性工作方式 ； （ 3） 直流電源電壓： 264V； （ 4） 主要技術(shù)指標：調(diào)速范圍 為 01500 r/min， 電流過載倍數(shù) 為 倍 ， 速度控制精度 % （額定轉(zhuǎn)速時） 。 3． 內(nèi)容 （ 1） 完成系統(tǒng)理論與仿真分析 1）進行系統(tǒng)參數(shù)計算，完成轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計； 2）利用 Matlab/Simulink 建立系統(tǒng)的仿真模型， 對整個調(diào)速系統(tǒng) 的動態(tài)性能（給定輸入的跟隨性能和負載與電網(wǎng)電壓擾動下的抗擾性能）進行仿真分析 。 武漢工程大學課程設(shè)計 4 （ 2） 完成系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計（包括電路原理圖設(shè)計、參數(shù)計算、元器件選型） 1） 主 電路 的設(shè)計； 2） PWM 脈沖信號產(chǎn)生電 路的設(shè)計； 3）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計 ； 4）轉(zhuǎn)速、電流檢測電路的設(shè)計； 5） 保護 電路的設(shè)計； 6）輔助電源電路的設(shè)計。 （ 3） PCB 板的設(shè)計、制作與調(diào)試（根據(jù)時間選做） ： 本文主要是在分析系統(tǒng)組成原理的基礎(chǔ)上，完成 過電流保護電 路 的設(shè)計 ，具體任務(wù)如下： （ 1）通過分析設(shè)計要求確定 電路的結(jié)構(gòu)。 （ 2）完成電路參數(shù)計算及其元器件的選型。 （ 3）畫出電路電氣原理圖。 武漢工程大學課程設(shè)計 5 2 系統(tǒng)組成及基本原理 直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起、制動性能，可以在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，較快的動態(tài)響應(yīng)過程，并且低速運轉(zhuǎn)時力矩大這些極好的運行性能和控制特性，盡管它不如交流調(diào)速系統(tǒng)那樣結(jié)構(gòu)簡單、制造和維護方便、價格便宜。但是長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)重要地位。當然近年來，隨著計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流 調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，在許多場合正逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)。但是就目前來看，在紡織印染、造紙印刷、數(shù)控機床、光纜線纜設(shè)備、包裝機械、電工機械、食品加工機械、橡膠機械、生物設(shè)備、焊接切割、輕工機械、物流輸送設(shè)備、機車車輛、通訊設(shè)備、雷達設(shè)備，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理 PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào) 整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此， PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。本系統(tǒng)通過 PWM 控制芯片 SG3525 實現(xiàn)對直流電機的平滑調(diào)速。 直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以由晶閘管 — 直流電動機（ V— M）組成的直流調(diào)速系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。它在理論上實踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 從生產(chǎn)機械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。直流電動機的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式 表示 ???eKIRUn （ ） 式 中： n—— 電動機轉(zhuǎn)速； 武漢工程大學課程設(shè)計 6 U—— 電樞 供電電壓； I—— 電樞電流； R—— 電樞回路總電阻，單位為 ? ； ?K —— 由電機機構(gòu)決定的電勢系數(shù)。 在上式 中， ?K 是常數(shù)，電流 I 是由負載決定的，因此，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可以有三種方法： （ 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （ 2）減弱勵磁磁通 ?； （ 3）改變電樞回路電阻 R。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱勵磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。 雙閉環(huán)調(diào)速的過程和工作原理 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程和原理：電動機在啟動階段，電動機的實際轉(zhuǎn)速（電壓）低于給定值，速度調(diào)節(jié)器的輸入端存在一個偏差信號，經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅 值，速度調(diào)節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài)，速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調(diào)節(jié)器，此時則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號，直流電壓迅速上升，電流也隨即增大直到等于最大給定值，電動機以最大電流恒流加速啟動。電動機的最大電流（堵轉(zhuǎn)電流）可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。在電動機轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號減小到近于零，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用。對負載引起的轉(zhuǎn)速波動，速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號將隨時通過速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓 ，使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化，從而校正和補償電動機的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù)，還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動引起的電動機電樞電流的變化進行快速調(diào)節(jié)，可以在電動機轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時，迅速使電流恢復到原來值，從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運行。 武漢工程大學課程設(shè)計 7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套連接，如圖 。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制 電力電子變換器 UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 +Un *A S R+A C R U P E MT GnU i*Ui+UnT AIUd+Id 圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 其中： ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器， ACR— 電流調(diào)節(jié)器， T— 測速發(fā)電機， TA— 電流互感器，UPE— 電力電子變化裝置， *nU — 轉(zhuǎn)速給定電壓， nU — 轉(zhuǎn)速反饋電壓， *iU — 電流給定電壓 ，iU — 電流反饋電壓。 主電路圖 H 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖所示。 PWM 逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容 C0 濾波，以獲得恒定的直流電壓 Ud =264V，由于電容量較大，突加電源時相當短路，勢必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間