【正文】 可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H型）電路，如圖3—5所示。圖3—5 橋式可逆PWM變換器雙極式控制可逆PWM變換器的4個驅(qū)動電壓波形如圖3—6所示。圖3—6 雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形 它們之間的關(guān)系是：Ug1=Ug4=Ug2=Ug3。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0≤tton時，Uab= Us，電樞電流id沿回路1流通；當(dāng)ton≤tT時，驅(qū)動電壓反相，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，Uab=Us。因此，Uab在一個周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來。圖3—6也繪出了雙極式控制時的輸出電壓和電流波形。相當(dāng)于一般負(fù)載的情況，脈動電流的方向始終為正；相當(dāng)于輕載情況，電流可在正負(fù)方向之間脈動，但平均值仍為正，等于負(fù)載電流。電動機的正反轉(zhuǎn)則體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負(fù)脈沖的寬度上。當(dāng)正脈沖較寬時，tonT/2,則Uab的平均值為正，電動機正轉(zhuǎn)，反之，則反轉(zhuǎn)；如果正、負(fù)脈沖相等，t=T/2,平均輸出電壓為零，則電動機停止。圖3—6所示的波形是電動機正轉(zhuǎn)時的情況。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為： 若占空比ρ和電壓系數(shù)γ的定義與不可逆變換器相同，則在雙極式是可逆變換器中：γ=2ρ1就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。調(diào)速時，ρ的可調(diào)范圍為0~1，相應(yīng)的，γ=（1）~（+1）。當(dāng)ρ1/2時，γ為正，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)ρ1/2時，γ為負(fù)，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)ρ=1/2時，γ=0，電動機停止。但電動機停止時電樞電壓并不等于零，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。這個交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動機的損耗，這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點：1) 電流一定連續(xù)；2) 可使電動機在四象限運行；3) 電動機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；4) 低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達1：20000左右；5) 低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。為了克服上述缺點，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能會略有降低[4，8]。第四章 直流電動機數(shù)學(xué)模型的建立 數(shù)學(xué)模型的建立建立電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法的要點是：首先列寫出電動機主電路電壓平衡方程式，軸上力矩平衡方程式和勵磁電路電壓平衡方程式等基本關(guān)系式，加以整理，然后進行拉普拉斯變換，根據(jù)此變換，即可求出電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)的表達式[1，10]。圖4—1上圖為一他勵直流電動機的等效電路，其中： E分別為電動機電樞端電壓和反電勢； 電動機電樞電流和勵磁電流； 電樞電路電阻和電感； 勵磁電路電阻和電感；電動機的勵磁電壓；ω電動機的角速度；J電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量； 電動機轉(zhuǎn)矩和負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩。 寫出平衡方程式、拉普拉斯變換由上圖可寫出下列基本關(guān)系式： E= (1+) =JSω = E= Te=其中: 為電樞電路時間常數(shù)； 為勵磁電路時間常數(shù)；p為電動機磁極對數(shù)；M為勵磁繞組和電樞繞組的互感； 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖將S=d/dt看作算子，則上述諸式也就是它們的拉氏變換。所以由上式可畫出直流電動機的結(jié)構(gòu)。如圖4—2所示。圖4—2如果將討論的問題限制在穩(wěn)態(tài)工作點附近的小偏差情況，經(jīng)過化簡，可得此時系統(tǒng)的增量方程為： 為簡化起見，式中表示增量的下標(biāo)1已刪去。由諸式可畫出直流電動機在獨立電樞電壓和磁場控制下的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖431) 當(dāng)電動機磁場恒定時，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化為下圖形式：其傳遞函數(shù)為： 或?qū)懗桑?式中: 固有振蕩頻率 ζ=衰減系數(shù)或阻尼比 = = == C電勢系數(shù)或轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電動機的電氣機械時間常數(shù)當(dāng)ζ〈1時，輸出響應(yīng)是振蕩的；當(dāng)ζ≥1時，輸出響應(yīng)是非振蕩的；當(dāng)ζ2,即Tm4Ta時，傳遞函數(shù)可寫成如下形式： 次式表明，在外施階躍電壓作用下，首先產(chǎn)生由于時間常數(shù)而滯后的電樞電流，然后下一步輸出因滯后的響應(yīng)速度。2) 略去電樞電感，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化為：其傳遞函數(shù)為： 其中： 3) 當(dāng)負(fù)載中含有隨轉(zhuǎn)速成比例變化的粘性摩擦負(fù)載，即時，結(jié)構(gòu)圖如下：其中轉(zhuǎn)矩系數(shù)4) 忽略電樞電感但需要計入粘性摩擦負(fù)載時動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：由上圖可得直流電動機的傳遞函數(shù)： 以上四種的討論都是就恒定磁場他勵直流電動機而言，而永磁直流電動機只不過是用永久磁鐵代替了恒定他勵電動機達到勵磁繞組，故兩者具有相同的等效電路，如下圖：當(dāng)永磁電動機用于伺服系統(tǒng)時，常常要考慮帶有粘性負(fù)載的情況。此時，用下列諸式描述起其動態(tài)過程：①②③由①、②可得： ④令為電動機的電氣機械時間常數(shù)， 為電動機的電氣時間常數(shù)，由③、④式可得：⑤式④、⑤分別是以電樞電流和電樞電壓為輸入，以角速度ω為輸出時，永磁電動機的傳遞函數(shù)，這兩種表達式可根據(jù)組成控制系統(tǒng)時的具體情況來選用，通常把永磁直流電動機作為電流變換裝置，選取式④較好，因為相對于式⑤，式④只有一個極點。 顯然，若忽略不計粘性摩擦負(fù)載，則KL=0，此時，永磁電動機的傳遞函數(shù)式⑤與前描述式 相同，若電樞電感也可忽略不計，則式⑤與前述式 相同。 本設(shè)計中電動機部分的數(shù)據(jù)采集和計算已知：電動機部分[9，10]：電動機電樞端電壓 =220V，電動機的電樞電流 =，電樞電路電阻 =，轉(zhuǎn)速n=1600r/min,額定功率=185w，電樞電路電感=，極對數(shù)p=2，電磁轉(zhuǎn)矩M=,角速度ω=1600*2π/60=,頻率W=50HZ； 勵磁部分：勵磁電壓=220V，勵磁電流=,勵磁電路電阻=,勵磁電路電感=。轉(zhuǎn)動慣量J=*m。經(jīng)計算：= =所以得出結(jié)論：電動機磁場恒定時，= (2) 略去電樞電感時， =（4）忽略電樞電感但需要計入粘性摩擦負(fù)載時 =其中，是由負(fù)載決定的。 圖5—1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖結(jié) 論通過這次設(shè)計，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。具體的說，第一，了解了調(diào)速的發(fā)展史的同時，進一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來的發(fā)展動態(tài)；第二，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動態(tài)特性；第三，ASR、ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計算；第四，直流電動機數(shù)學(xué)模型的建立，參數(shù)的計算；第六，PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆PWM的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形；第七，運用MATLAB仿真系統(tǒng)對所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行的仿真，與此同時，進一步熟悉了MATLAB的相關(guān)功能，掌握了其使用方法?？傊谠O(shè)計過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識，而且學(xué)會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學(xué)到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。論文的主要工作如下。1. 掌握電機傳動的工作原理及應(yīng)用。2. 設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)。包括：可控硅整流電路，觸發(fā)電路設(shè)計；電流調(diào)節(jié)器設(shè)計；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計。3. 建立數(shù)學(xué)模型，計算其參數(shù)。4. 進行數(shù)字仿真，驗證其設(shè)計。5. 完成相關(guān)實驗。致 謝感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師麻鴻儒老師以及在我做畢業(yè)設(shè)計過程中給予我較大幫助的輔導(dǎo)老師，沒有他們的幫助，我是無法順利的完成這次設(shè)計的，再次向輔導(dǎo)老師表示感謝。畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校期間最后一個重要的綜合性實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生全面運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識基本技能，對實際問題進行設(shè)計和研究的綜合訓(xùn)練。正是有了這次設(shè)計，讓我在大學(xué)四年的最后一個學(xué)期過的豐富而又充實，我應(yīng)該拿出作畢業(yè)設(shè)計的這份精神和態(tài)度去面對以后工作中所面臨的難題，為以后的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。參 考 文 獻[1]，2002[2] 2003[3]章燕申,[4]王兆安,，2002[5]張柳芳,. 新探平頂山師專,[6],2003.[7]王果,[8]徐月華,[9]麻鴻儒,刑大成,譚敦生,[10]馬葆慶,[11]—,2003[12],1998[13]WANG Weihong,ZHANG Jinggan The Application of MATLAB Language in Teaching theDoubleclosedloop Timing System JOURNAL OF EEE 2003,25(3)[14],“Current control techniques for threephase voltagesource PWM converters:A Survey,”IEEE Industrial Electronics, 1998，45（5）691703附 錄表一 各種整流電路是失控時間（f=50HZ）整流電路形式最大失控時間Tsmax/ms平均失控時間Ts/ms單相半波20 10單相橋式（全波） 10 5三相半波 三相橋式 表二 典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系（KT=）表三