【正文】 。 和反 電動(dòng)勢(shì) E 的作用下飽和導(dǎo)通，由 E－ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。在錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的情況。 降低。 如果電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行中要降低轉(zhuǎn)速，可將控制電壓減小，使 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 沿回路 2 經(jīng)二極管 VD2 續(xù)流，在 VD2 兩端產(chǎn)生的壓降給 VT2 施加反壓，使 VT2 不可能導(dǎo)通。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端，電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為負(fù)， VT2 截止。 期間， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。分為兩段變化。 。這種電路組成的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)可在第 I、 II 兩個(gè)象限中運(yùn)行。 13 圖 具有制動(dòng)作用的不可逆 PWM 變換電路 圖 （ a）所示為具有制動(dòng)作用的不可逆 PWM 變換電路，該電路設(shè)置了兩個(gè)電力晶體管 VT1 和 VT2，形成兩者交替開(kāi)關(guān)的電路，提供了反向電流的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。不能反向，因此系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)作用，只能做單向限運(yùn)行，這種電路又稱為“受限式”不可逆 PWM 電路。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率都較高，至少是 1～ 4kHz，因此電流的脈動(dòng)幅值不會(huì)很大，再影響到轉(zhuǎn)速 n和反電動(dòng)勢(shì) E的波動(dòng)就更小，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)，視 n 和 E 為恒值。 。 ； 在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由于 VT 在一個(gè)周期內(nèi)具有開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也分為兩階段，即在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 脈動(dòng)的，其平均值等于負(fù)載電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的波型。 、 平均電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，式中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為負(fù)， VT 截止，電樞失去電源，經(jīng)二極管VD 續(xù)流。 為正， VT 飽和導(dǎo)通，電源電壓通過(guò) VT 加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 驅(qū)動(dòng)。電容 C 的作用是濾波，二極管VD在電力晶體管 VT關(guān)斷時(shí)為電動(dòng)機(jī)電樞回路提供釋放電儲(chǔ)能的 續(xù)流回路。電源電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 11 不可逆 PWM變換器分為無(wú)制動(dòng)作用和有制動(dòng)作用兩種。 PWM 變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。 直流系統(tǒng)中調(diào)速范圍 D、靜差率 S、和額定轉(zhuǎn)速 Nn 之間的關(guān)系：在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào) 速系統(tǒng)中，一般以 Nn 作為最高轉(zhuǎn)速，若額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速降落為 Nn? ，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即： snsns NNN??????? )1(nnm i n 則最低轉(zhuǎn)速為： NNnnn??????m in0 m inNnnS 而調(diào)速范圍為： )1(nnDm i nm i nm a xsnsnnn NNN?????? 由上式可見(jiàn)，要求 s 值要求越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。一般來(lái)說(shuō)，總是希望最大超調(diào)和最大動(dòng)態(tài)速降小一點(diǎn)，振蕩次數(shù)少一些，調(diào)整時(shí)將及恢復(fù)時(shí)間短一點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)誤差小一點(diǎn)，即希望能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快。 跟隨指標(biāo)與抗擾指標(biāo)都表征系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的性能，之所以要分別列出，是由于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，其跟隨指標(biāo)和抗 擾動(dòng)指標(biāo)并不相同，不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)這兩類指標(biāo)的要求也是不一樣的。這對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行是很有意義的。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣的飽和輸出 Uim＊ ，這時(shí)電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。 此設(shè)計(jì)采用雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示?？梢詮V泛應(yīng)用于現(xiàn) 代直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中。 電流波形系數(shù)好 , 附加損耗小 。 PWM 驅(qū)動(dòng)裝置與傳統(tǒng)晶閘管驅(qū)動(dòng)裝置比較 , 具有下列優(yōu)點(diǎn) : 需用的大功率可控器件少 , 線路簡(jiǎn)單 。如 : 由交流電源供電 , 使用晶閘管進(jìn)行相控調(diào)壓 。 控制方案選擇 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法兩類。為使整個(gè)系統(tǒng)能正常安全地運(yùn)行 , 設(shè)計(jì)了過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路 , 另 外還有過(guò)壓吸收電路。最近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。其基本原理是用改變電 機(jī)電樞 (定子 )電壓的接通和斷開(kāi)的時(shí)間比 (占空比 )來(lái)控制馬達(dá)的速 7 度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，其速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，其速度減低。為了達(dá)到控制直流電機(jī)目的，在控制回路加入了速度、電壓、電流反饋環(huán)路和 PID 調(diào)節(jié)器來(lái)防止電機(jī)由于負(fù)載變化而引起的波動(dòng)和對(duì)電機(jī)速度、電壓、電流超常保護(hù)。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可 靠性有很大影響。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整體。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分 組成，其間有一定的氣隙。 技術(shù)數(shù)據(jù)： （ 1） 直流電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)：電動(dòng)機(jī)型號(hào)： Z262, 220V， ， 1500rpm， rVC e min/ ??，允許過(guò)載倍數(shù) ??，電樞回路電阻?? ，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量22 mNGD ??。 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 采用轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路采用三相全控橋不可逆系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)報(bào)告首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)形式。所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生活中有舉足輕重的作用。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能的得到的最快起動(dòng)過(guò)程。最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行。但它只在超過(guò)臨界電流值以后強(qiáng)烈的復(fù)返快作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的 前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)。 關(guān)鍵字：雙閉環(huán)控制 單項(xiàng)全控橋 三相橋式 IGBT 4 第一章 緒 論 許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)性能。該斬波器既能為煤礦窄軌電機(jī)車配套的調(diào)速裝置，針對(duì)不同的負(fù)載對(duì)象，做一些少量的改動(dòng)又可用于其它要求供 電電壓可調(diào)的直流負(fù)載上。 本文首 先明確了設(shè)計(jì)的任務(wù)和要 求，在了解了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理后依次對(duì)晶閘管相控整流調(diào)速系統(tǒng)的主電路，保護(hù)電路，檢測(cè)電路和觸發(fā)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且計(jì)算了相關(guān)參數(shù)。 1 目錄 摘要 ???????????????????????? 4 第一章 緒 論 ???????????????? 5 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 ?????????? 6 系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 ???????????????? 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 ?????????????? 7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 ???????????? ? 10 第三章 主電路的 設(shè)計(jì)與分析 ????????? 11 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?????????????????? 11 整流電路 ??????????????????? 16 勵(lì)磁回路的選擇 ???????????????? 17 晶閘管的觸發(fā)電路 ?????????????? 19 KJ004 的工作原理 ?????????????? 21 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)???????????????? 23 第四章 PWM 控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) ???? 25 PWM 信號(hào)發(fā)生器 ???????????????? 25 SG3525 引腳各端子功能 ?????????????? 27 第五章 主 電路元部件及參數(shù)計(jì)算 ?????????? 32 整流變壓器容量計(jì)算 ?????????????? 32 IGBT 管的參數(shù) ?????????????????? 33 三相全控橋整流二極管選擇 ???????????? 34 濾波電容 C1 的 選擇 ?????????????? 34 2 第六章 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì) ???????????? 34 IGBT 的保護(hù)設(shè)計(jì)?????????????????? 34 主電路過(guò)電流保護(hù)電路???????????????? 36 ?? ????????????????? 36 ??????????????????? 39 ?????????????????? 41 第七章 勵(lì)磁回路元件計(jì)算和選擇 ???????????? 42 變壓器的選擇???????????????????? 42 整流元件晶閘管的選型???????????????? 46 第八章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ????????? 47 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ???????????????? 47 ??? ????????????? 51 心得體會(huì) ?????????????????????? 57 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………… 58 3 摘 要 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。晶閘管問(wèn)世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管 — 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 VM 系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。 目前 ,市場(chǎng)上用的最多的 IGBT 直流斬波器 ,它是屬于全控型斬波器，它的主導(dǎo)器件采用國(guó)際上先進(jìn)的電力電子器件 IGBT，由門極電壓控制，從根本上克服了晶閘管斬波器及 GTR 斬波器的缺點(diǎn)。與可控硅脈沖調(diào)速方式和電阻調(diào)速方式相 比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。而直流電調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣，靜差率小，穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。采用轉(zhuǎn)速反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)性能速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流的限制條件下，充分利用電 機(jī)的允許過(guò)載能力。這是，起動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。 5 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和時(shí)間上都比較成熟，并且從閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它有是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。另一方面，需要指出的 是電氣傳動(dòng)與自動(dòng)控制有著密切的關(guān)系，調(diào)速傳動(dòng)的控制裝置主要是各種電力電子變流器，它為電動(dòng)機(jī)提供可控的直流電流，并成為弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的媒介。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，重在對(duì)電路及各元 件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器，整流元件， 保護(hù)電路以及電流轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。勵(lì)磁回路采用三相橋式晶閘管變流裝置供電，構(gòu)成 勵(lì)磁電流閉環(huán)系統(tǒng)控制。 （ 2） 要求達(dá)到的性能指標(biāo)：%5,20 ?? SD，電流超調(diào)量%5?l?，轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，且空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量%10n。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。換向器是一種機(jī)械整流部件。各換向片間互相絕緣。 直流電機(jī)斬波調(diào)速原理是利用可控硅整流調(diào)壓來(lái)達(dá)直流電機(jī)調(diào)速的目的，利用交流電相位延遲一定時(shí)間發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使可控硅導(dǎo)通即為斬波，斬波后的交流電經(jīng)電機(jī)濾波后其平均電壓隨斬波相位變化而變化。 調(diào)速方案選擇 隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法，其中 PWM(脈寬調(diào)制 )是常用的一種調(diào)速方法。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可使電機(jī)的速度達(dá)到并保持一穩(wěn)定值。 調(diào)速電路方案 本電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制方式 , 與晶閘管調(diào)速相比 , 技術(shù)先進(jìn) , 可減少對(duì)電源的污染。確保了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步 , 發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。 使用硅整流器將交流電整流成直流或由蓄電池等直流電源供電 , 再由 PWM 斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓等。 調(diào)速范圍寬 。 功率因數(shù)高。本系統(tǒng)是基于 PWM 控制的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。 8 圖 轉(zhuǎn)速、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特