【正文】 這次 實驗沒有想象中方的簡單，但是收獲也不小，明白了小器件的大用處，我們所學的到社會上任然用得著。而對于 D 觸發(fā)器大家都不陌生。 武漢工程大學課程設計 19 4 總 結 本次課程設計我主要負責保護電路這一塊，起初以為過電流保護這一塊不難，結果上網(wǎng)查找資料之后才發(fā)覺過電流保護這一塊并不是想象中的那么簡單。該電路所用的主要元件是運放 (組成比較器 0和 D)觸發(fā)器 (組成雙穩(wěn)態(tài)電路 ),控制點是直接控制輸出端 , 它們翻轉速度均比較快 , 所以保護的速度快、靈敏度高。 武漢工程大學課程設計 16 圖 穩(wěn)壓管原理圖 或門的選取 本次設計采用的或門為 74LS32 其參數(shù)值如下 ： 表 24 74LS32參數(shù)值 電源電壓： 5V 輸入高電平電壓： 2V 輸入低電平電壓： 輸出高電平電流： 800uA 輸出低電平： 16mA 輸入嵌位電壓： 輸出高電平電壓： 輸出低電平電壓： 最大輸入電壓時輸入點流 ： 輸入高電平電流： 20uA 輸入低電平電流： 輸出最小短路電流： 20mA 輸出最大短路電流： 100mA 工作環(huán)境溫度： 0～ 70C 輸出由低到高傳輸延遲時間： 22nm 輸出由高到低傳輸延遲時間： 22nm 武漢工程大學課程設計 17 三極管的選取 本次實驗選取小功率的 9011 三極管 表 25 在 25℃條件下參數(shù) 參數(shù)符號 數(shù)值 單位 VCBO 50 V VCEO 30 v VEBO v IC 30 mA IB 10 mA PC 400 mW Tj 150 ℃ Tstg 55～ 150 ℃ 參數(shù)的計算及電阻的選取 由系統(tǒng)的各部分參數(shù)可得，該系統(tǒng)的過載電流為 IN =，已知該系統(tǒng)的檢測電流裝置的檢測范圍是 0~50A，而其霍爾元件的分壓電阻上的電壓為 RIK（其中分壓電阻R=100Ω ， I為測得電流， K為霍爾原件的放大系數(shù) K=）。 穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用 PN結的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。當/SD=1 且 /RD=0 時 ,不論輸入端 D為何種狀態(tài)，都會使 Q=0， Q非 =1，即觸發(fā)器置 0；當 /SD=0且 /RD=1 時， Q=1， Q非 =0，觸發(fā)器置 1,SD 和 RD 通常又稱為直接置 1和置 0 端。 圖 過電流保護電路 電路結構元器件的選擇 運算放大器 LM74 運算放大器使用說明及應用物理量的感測在一般應用中，經(jīng)常使用各類傳感器將位移、角度、壓力、與流量等物理量轉換為電流或電壓信號，之后再由量測此電壓電流信號 間接推算出物理量變化，以達成感測、控制的目的。當電流信號形成的輸入電壓 W1 確定的定值電壓 , 即保護值時 , 運算放大器輸出高電平 , 使 D 觸發(fā)器迅速翻轉 , Q 端輸出 / 10, 并記憶故障信號。 方案的論證 保護電路把從電流、電壓采樣回路中所采取的電流和電壓信號 , 經(jīng)判斷后 , 控制或封鎖整流橋觸發(fā)脈沖 , 使得三相全控整流橋輸出電壓為零 , 切斷了逆變橋電源的供給 , 從而起到了保護整機的作用。顯而易見這種短路電流對可控硅及其元件的危害是很大的。當晶閘管中頻靜止電源用于金屬熔煉時 , 由于負載為時變性元件 , 變化大 , 情況比較復雜 , 若保護不可靠 , 速度慢 , 故障一旦出現(xiàn) , 晶閘管立即被損壞的現(xiàn)象常有發(fā)生。 或門 2輸出高電平 , 輸出端為 / 10, 封鎖了觸發(fā)脈沖輸出 , 這樣整流橋失去觸發(fā)脈沖而輸出電壓為 / 00, 因此起到了保護作用。同理 或門 2 輸出為 / 00, 輸出的控制端 為 / 00, 有整流觸發(fā)脈沖輸出。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中， 4 個開關器件可能都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，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、下橋臂的驅動脈沖 之間，應設置邏輯延時。但電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的。圖 所示的波形是電動機正轉時的情況。 圖 也繪出了雙極式控制時的輸出電壓和電流波形。 M4321V D 3V D 4V D 2V D 1U g 3U g 4U g 2U g 1V T 4V T 3V T 2V T 1+ U s 圖 PWM變換器 武漢工程大學課程設計 10 雙極式控制可逆 PWM 變換器的 4 個驅動電壓波形如圖 所示。在無緩沖電路的情況下，絕緣柵雙極晶體管 V 開通時電流迅速上升， dtdi 很大，關斷時 dtdu 很大，并出現(xiàn)很高的過電壓。 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。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù)，還能夠對因電網(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)定于某一轉速下運行。 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。 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。 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)是目前應用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。在 PWM 驅動控制的調(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。當然近年來，隨著計算機技術、電力電子技術和控制技術的發(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)。 （ 2）完成電路參數(shù)計算及其元器件的選型。 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 % （額定轉速時） 。 設計任務和要求 1． 題目 ： PWM 可逆直流調(diào)速 系統(tǒng) 的設計 2． 要求 設計一個 轉速、電流雙閉環(huán)控制 PWM 可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 。直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向實用化，其主要特點是：①常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化系統(tǒng)結構，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便；②動態(tài)參數(shù)調(diào)整方便；③系統(tǒng)可以方便的設計監(jiān)控、故障自診斷、故障自動復原程序，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。 課題研究意義 轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 是性能很好，應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。然而，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對變速傳動裝置是一項基本的要求，現(xiàn)代應用的許多變速傳動系統(tǒng)，在滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級）調(diào)速的同時，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬武漢工程大學課程設計 2 態(tài)性能。正在逐步推廣應用的微機控制的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)具有高精度、寬范圍的調(diào)速控制，代表著直流電氣傳動的發(fā)展方向。其特點是利用了直流電動機的轉速與輸入電壓有著簡單的