【正文】 要求，首先滿足主要方面的性能指標(biāo)要求，而適當(dāng)降低其他方面的指標(biāo)。此外，當(dāng)系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。動態(tài)性能指標(biāo)代表了系統(tǒng)發(fā)生過渡過程時的性能，動態(tài)指標(biāo)分跟隨指標(biāo)和抗擾動指標(biāo)。： 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性對于一個調(diào)速系統(tǒng)，電動機(jī)要不斷處于起動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及突加突減負(fù)載的過渡過程，此時，必須研究相關(guān)電機(jī)運(yùn)行的動態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定性、快速性、動態(tài)誤差等。 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)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。本系統(tǒng)是基于PWM 控制的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。 功率因數(shù)高。 調(diào)速范圍寬。 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。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。確保了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。 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), 可減少對電源的污染。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可使電機(jī)的速度達(dá)到并保持一穩(wěn)定值。 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。 直流電機(jī)斬波調(diào)速原理是利用可控硅整流調(diào)壓來達(dá)直流電機(jī)調(diào)速的目的，利用交流電相位延遲一定時間發(fā)出觸發(fā)信號使可控硅導(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。各換向片間互相絕緣。換向器是一種機(jī)械整流部件。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場的主要部件，由永磁體或帶有直流勵磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個帶換向器的電樞。（2） 要求達(dá)到的性能指標(biāo)：，電流超調(diào)量，轉(zhuǎn)速無靜差，且空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。勵磁回路采用三相橋式晶閘管變流裝置供電，構(gòu)成勵磁電流閉環(huán)系統(tǒng)控制。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對電路及各元件參數(shù)的計算和器件的選型，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)計算。另一方面，需要指出的是電氣傳動與自動控制有著密切的關(guān)系，調(diào)速傳動的控制裝置主要是各種電力電子變流器，它為電動機(jī)提供可控的直流電流，并成為弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的媒介。 隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和時間上都比較成熟，并且從閉環(huán)控制的角度來看，它有是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這是，起動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。在實際工作中，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)的允許過載能力。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。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)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要起制動，突加負(fù)載動態(tài)性能速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。它具有動態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(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態(tài)性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。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)。目前,市場上用的最多的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)。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管—電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱VM系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比，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。某軋機(jī)直流電動機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計目錄摘要………………………………………………………………4第一章 緒 論…………………………………………5第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定…………………………6…………………………………………6……………………………………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)計與分析………………………11………………………………………………11 整流電路…………………………………………………16 勵磁回路的選擇…………………………………………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…………………………………………23第四章 PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計…………25 PWM信號發(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)計算…………………………32 整流變壓器容量計算……………………………………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第六章 主電路保護(hù)電路設(shè)計………………………………34 IGBT的保護(hù)設(shè)計………………………………………………34 主電路過電流保護(hù)電路…………………………………………36…………………………………………………36…………………………………………………39………………………………………………41第七章 勵磁回路元件計算和選擇………………………………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………………………47 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計…………………………………………47…………………………………………51心得體會…………………………………………………………57參考文獻(xiàn)…………………………………………………………58摘 要直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能，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領(lǐng)域中得到應(yīng)用。本文首先明確了設(shè)計的任務(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)速原理后依次對晶閘管相控整流調(diào)速系統(tǒng)的主電路，保護(hù)電路，檢測電路和觸發(fā)電路進(jìn)行了設(shè)計，并且計算了相關(guān)參數(shù)。該斬波器既能為煤礦窄軌電機(jī)車配套的調(diào)速裝置，針對不同的負(fù)載對象，做一些少量的改動又可用于其它要求供 電電壓可調(diào)的直流負(fù)載上。關(guān)鍵字：雙閉環(huán)控制 單項全控橋 三相橋式 IGBT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)，動態(tài)性能。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)傳動系統(tǒng)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。但它只在超過臨界電流值以后強(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態(tài)波形。最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行。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過程。所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生活中有舉足輕重的作用。本設(shè)計報告首先根據(jù)設(shè)計要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)形式。第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 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)。技術(shù)數(shù)據(jù)：（1） 直流電動機(jī)數(shù)據(jù)：電動機(jī)型號：Z262, 220V，1500rpm，允許過載倍數(shù)，電樞回路電阻，系統(tǒng)運(yùn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量。 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。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。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。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。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個整體。換向器質(zhì)量對運(yùn)行可靠性有很大影響。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)器來防止電機(jī)由于負(fù)載變化而引起的波動和對電機(jī)速度、電壓、電流超常保護(hù)。其基本原理是用改變電機(jī)電樞(定子)電壓的接通和斷開的時間比(占空比)來控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時，其速度增加；電機(jī)斷電時，其速度減低。最近幾年來，隨著微電子技術(shù)和計算機(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。為使整個系統(tǒng)能正常安全地運(yùn)行, 設(shè)計了過流、過載、過壓、欠壓保護(hù)電路, 另外還有過壓吸收電路。 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法兩類。如: 由交流電源供電, 使用晶閘管進(jìn)行相控調(diào)壓。PWM 驅(qū)動裝置與傳統(tǒng)晶閘管驅(qū)動裝置比較, 具有下列優(yōu)點(diǎn): 需用的大功率可控器件少, 線路簡單。 電流波形系數(shù)好, 附加損耗小?？梢詮V泛應(yīng)用于現(xiàn)代直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中。 此設(shè)計采用雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣的飽和輸出Uim＊，這時電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護(hù)。這對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行是很有意義的。跟隨指標(biāo)與抗擾指標(biāo)都表征系統(tǒng)過渡過程的性能，之所以要分別列出，是由于同一個調(diào)速系統(tǒng)，其跟隨指標(biāo)和抗擾動指標(biāo)并不相同，不同的生產(chǎn)機(jī)械對這兩類指標(biāo)的要求也是不一樣的。一般來說，總是希望最大超調(diào)和最大動態(tài)速降小一點(diǎn)，振蕩次數(shù)少一些，調(diào)整時將及恢復(fù)時間短一點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)誤差小一點(diǎn)，即希望能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快。直流系統(tǒng)中調(diào)速范圍D、靜差率S、和額定轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：在直流電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以作為最高轉(zhuǎn)速，若額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速降落為，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低轉(zhuǎn)速時的靜差率，即：則最低轉(zhuǎn)速為：而調(diào)速范圍為：由上式可見，要求s值要求越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。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。不可逆PWM變換器分為無制動作用和有制動作用兩種。電源電壓一般由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控整流電路提供。 簡單的不可逆PWM變換器電路 （a）原理圖 （b）電壓和電流波形圖電力晶體管VT的基極由頻率為f，其脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓驅(qū)動。電動機(jī)電樞兩端的平均電壓為 ，式中，——PWM電壓的占空比，又稱負(fù)載電壓系數(shù)。 圖31（b）繪出了穩(wěn)態(tài)時電動機(jī)電樞的脈沖端電壓、平均電壓和電樞電流的波型。由于VT在一個周期內(nèi)具有開關(guān)兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也分為兩階段，即在期間， ； 在期間。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率都較高，至少是1～4kHz，因此電流的脈動幅值不會很大，再影響到轉(zhuǎn)速n和反電動勢E的波動就更小，在分析時可以忽略不計，視這種簡單不可逆PWM電路中電動機(jī)的電樞電流不能反向，因此系統(tǒng)沒有制動作用，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。這種電路組成的PWM調(diào)速系統(tǒng)可在第I、II兩個象限中運(yùn)行。當(dāng)電動機(jī)工作在電動狀態(tài)時，在一個周期內(nèi)平均電流就為正值，電流分為兩段變化。此時，電源電壓加到電動機(jī)電樞兩端，電流沿圖中的回路１流通。因此，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)時，一般情況下實際上是電力晶體管VT1和續(xù)流二極管