【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的 工作原理 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是建立在單閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)上的，實際的調(diào)速系統(tǒng)除要求對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整外 , 很多生產(chǎn)機械還提出了加快啟動和制動過程的要求 ,這就需要一個電流截止負反饋系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，如圖 所示，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，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)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)。為了獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器一般都采用 PI調(diào)節(jié)器。 徐海學(xué)院 11 級《電力拖動與運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計 第 4 頁 本設(shè)計中選擇的拓撲結(jié)構(gòu)及其依據(jù) 主電路拓撲結(jié)構(gòu)的選擇與依據(jù) 模擬系統(tǒng)具有物理概念清晰、控制信號流向直觀等優(yōu)點，便于學(xué)習(xí)入門，但其 控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路和所用的器件上，因而線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受 到器件的性能、 溫度等因素的影響。 單片機作為工業(yè)用機它以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高、速度疑、并且體積小，價 格便宜被廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中。 系統(tǒng)引入微機控制后，用軟件取代硬件電路，減少了所用設(shè)備的數(shù)量，降低了 系統(tǒng)在使用過程中由于元件老化和接觸不良等因素造成的故障率，從而使系統(tǒng)的可 靠性大大提高．又由于用軟件編程實現(xiàn)各種調(diào)節(jié)規(guī)律，在不改動硬件設(shè)備的情況下 可任意改變系統(tǒng)參數(shù)和控制程序，易于系統(tǒng)的優(yōu)化等優(yōu)點，微機在調(diào)速系統(tǒng)上的應(yīng) 用必將越來越廣泛．所以本次設(shè)計采用雙閉環(huán)直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)。 主電路 采用直流 PWM 變換器，與 VM 系統(tǒng)相比，直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)在許多 方面有較大的優(yōu)越性 ： ，需用的功率器件少； ，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小； ，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬； ，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強； ，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不 大， 因而裝置效率較高； ，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 綜上 所 述，本設(shè)計 選用 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。 徐海學(xué)院 11 級《電力拖動與運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計 第 5 頁 主電路拓撲結(jié)構(gòu) 圖 數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 電力半導(dǎo)體器件的選型及其依據(jù) 逆變器功率元件（ IPM）的選擇 （ 1） 額定電流的選擇 在選用智能功率模塊時，需要考慮到電機的過載要求，安全裕度等要求，從逆 變部分的主電路可以看出，流過一只 IGBT 管子的最大電流應(yīng)當?shù)扔陔妱訖C定子一 相的最大電流，所以功率元件的電流額定為： I IPMn?????～ 2?? ?m?????～ 2???s? m 其中 ?????????????????:為電流的過載倍數(shù) ,這里取 ?? Ism:額定電流這里為 （ ~2）：為安全裕量 所以帶入試驗用電機的相關(guān)數(shù)據(jù)得到，電流額定為： 徐海學(xué)院 11 級《電力拖動與運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計 第 6 頁 Ι ipmn? ( ~ 2)?? ~ ??(2)額定電壓的選擇 直流電源由 380V 的三相交流 電直接整流得到，所以直流側(cè)電壓為 U d?? ??U 2 ?156?? ?V???其中 U 2 為交流電相電壓的有效值， 為考慮到大電容濾波后的電感升高系數(shù)。 功率元件的電壓額定為 Un?≥ d?? ?? ??V???所以在實際的應(yīng)用中選擇 IGBT 的型號為 1MBH60D100 額定電流 60A 額定功率為 260W 有續(xù)流二極管 ,可以滿足要求。 整流部分元件 的選擇 三相全波整流橋參數(shù)的計算 整流部分采用不可控整流，整流二極管的電流額定為 ??VT ,直流側(cè)的最大電流為 Im,根據(jù)電力電子學(xué)的相關(guān)知識，三相全控橋通過二極管的電流有效值 IVT 和直流側(cè)電流 Im 的關(guān)系為 mVT I31I ? 再根據(jù)二極管的通態(tài)平均電流與電流的有效值的關(guān)系為 VTI? 所以綜上二極管的電流的額定電流即二極管的通態(tài)平均電流為（考慮到安全裕度）， ~ )3~2()3~2(I ?????? mND I 考慮到濾波電容充電電流 的影響，需要有更大的電流裕量 ,取 ?ND =25A 電壓額定：二極管兩端斷態(tài)重復(fù)峰值電壓為，交流電源的線電壓。 所以電壓額定為： U ND?? (2?～ 3)U m?? (2?～ 3)?2?380?? 1072?～ 1596??V?? 選用 UND ? 1600V 為了減小主電路的體積，使之易于安裝，選用 25A /1600V 的二極管兩單元模塊三個構(gòu)成整流橋。 直流濾波電解電容及其依據(jù) 由于通過整流橋后的直流是含有脈動的 直流，必須通過電容加以濾波。 根據(jù)二極管的最大整流平均 IF 和最高反向工作電壓 UR 分別應(yīng)滿足： IF IO(AV) 247。 2≈ 247。 2= (A) 徐海學(xué)院 11 級《電力拖動與運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計 第 7 頁 UR 2 U2= 2 160=352 (V) 選用 2ZC 系列的大功率硅整流二極管，型號和參數(shù)如下所示： 在設(shè)計主電路時，濾波電容是根據(jù)負載的情況來選擇電容 C 值，使 RC≥ (3～ 5)T/2,且有 Udmax= 156=(V) 2 C≥ , 即 C≥ 15000uF 故此，選用型號為 CD15 的鋁電解電容，其額定直流電壓為 400v， 22020 uF 驅(qū)動電路的原理圖及其原理說明 具有制動作用的不可逆 PWM 變換器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)，電動機電樞回路中的電流始終是連續(xù)的；而且，由于電流可以反向，系統(tǒng)可以實現(xiàn)二象限運行，有較好的靜、動態(tài)性能。 可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有 T型和 H型兩種，其基本電路如圖 23所示，圖中（ a）為 T型 PWM變換器電路，（ b）為 H型 PWM變換器電路。 圖 可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式 T型電路由兩個可控電力電子器件和與兩個續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡單，構(gòu)成系統(tǒng)時便于引出反饋，適用于作為電壓低于 50V 的電動機的可控電壓源；但是 T型電路需要正負對稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電源電壓下，其輸出電壓的幅值為 H 型電路的一半。 H 型電路是實際上廣泛應(yīng)用的可逆 PWM 變換器電路，它由四個可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個徐海學(xué)院 11 級《電力拖動與運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計 第 8 頁 續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極 性電源，所需電力電子器件的耐壓相對較低，但是構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動機電樞兩端浮地。在本次設(shè)計中我們選擇的是 H型。 電壓、電流和溫度等傳感器的具體型號 為有效的監(jiān)控直流電機的運行情況，需要用于與電路相匹配的傳感器如（電流傳感器，電壓傳感器，溫度傳感器等） 電流傳感器：供應(yīng)電流互感器 型號為 JC600W32 電壓傳感器： 型號為 PT02V450/ 溫度傳感器： 型號為 FDYH2020WS 主回路中的保護電路 發(fā)生故障時， 必須進行保護，以避免故障進一步擴大。故障保護一般分為硬 件和軟件兩級保護。 （ 1） 硬件保護 快速封鎖功率變換器 UPE 的驅(qū)動信號，并將 UPE 與供電電源斷開。 （ 2） 軟件保護 進入故障保護中斷程序，鎖存故障信號，禁止 UPE 驅(qū)動信號輸出，通過外圍電路顯 示故障類型，并同時產(chǎn)生聲、光等報警信號。 硬件保護起作用后，故障隨之消失，如果沒有軟件保護，系統(tǒng)將重新投入運行， 再次導(dǎo)致故障出現(xiàn)。因此，只有硬件保護是不夠的，必須設(shè)置軟件保護。 交流側(cè)過壓過流保護 在變壓器副邊并聯(lián)電阻和電容 ，可以把變壓器鐵芯釋放的磁場的能量轉(zhuǎn)換為電場能量