【正文】 ........................................... 17 ........................................................................................................................ 18 電路特點 ............................................................................................................................. 18 4總 結(jié) ............................................................................................................................................ 19 5參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................... 20 武漢工程大學(xué)課程設(shè)計 1 1 緒論 直流調(diào)速系統(tǒng)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)域中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論和實踐上都比較成熟，而且基于以上優(yōu)點，直流調(diào)速系統(tǒng)的研究依然有很大的現(xiàn)實意義。早期直流傳動采用有接點控制，通過開關(guān)設(shè)備切換直流電動機電樞（直流電機電樞為轉(zhuǎn)子）或磁場回路電阻實現(xiàn)有級調(diào)速（有級調(diào)速說白了就是掛擋）。其特點是利用了直流電動機的轉(zhuǎn)速與輸入電壓有著簡單的比例關(guān)系的原理，通過調(diào)節(jié)直流發(fā)電機的勵磁電流或汞弧整流器的觸發(fā)相位來獲得可變 的直流電壓供給直流電動機，從而方便地實現(xiàn)調(diào)速。 1957 年晶閘管問世后，采用晶閘管相控裝置的可變直流電源一直在直流傳動中占主導(dǎo)地位。正在逐步推廣應(yīng)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。 自 19 世紀(jì) 80 年代起至 19 世紀(jì)末以前，工業(yè)上傳動所用的電動機一直以直流電動機為唯一方式。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(yīng)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(xué)課程設(shè)計 2 態(tài)性能。隨著電力電子學(xué)與電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使得采用半導(dǎo)體變流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。 課題研究意義 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)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。首先，應(yīng)掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；然后，在建立該系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，從起動和抗擾兩個方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個調(diào)節(jié)器的作用；第三，研究一般調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法，和經(jīng)典控制理論的動態(tài)校正方法相比，得出該設(shè)計方法的優(yōu)點，即計算簡便、應(yīng)用方便、容易掌握；第四，應(yīng)用工程設(shè)計方法解 決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題等等。直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，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(jié)構(gòu)，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(shè)計監(jiān)控、故障自診斷、故障自動復(fù)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。 通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及武漢工程大學(xué)課程設(shè)計 3 相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工 作場合，提高其使用效率。 設(shè)計任務(wù)和要求 1． 題目 ： PWM 可逆直流調(diào)速 系統(tǒng) 的設(shè)計 2． 要求 設(shè)計一個 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制 PWM 可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 。速度檢測采用光電編碼器（光電脈沖信號發(fā)生器），且其輸出的 A、 B 兩相脈沖經(jīng)光電隔離辯相后獲得每 轉(zhuǎn) 1024 個脈沖角度分辨力和方向信號。 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(shù)指標(biāo)：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(zhuǎn)速時） 。 武漢工程大學(xué)課程設(shè)計 4 （ 2） 完成系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計（包括電路原理圖設(shè)計、參數(shù)計算、元器件選型） 1） 主 電路 的設(shè)計； 2） PWM 脈沖信號產(chǎn)生電 路的設(shè)計； 3）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計 ； 4）轉(zhuǎn)速、電流檢測電路的設(shè)計； 5） 保護 電路的設(shè)計； 6）輔助電源電路的設(shè)計。 （ 2）完成電路參數(shù)計算及其元器件的選型。 武漢工程大學(xué)課程設(shè)計 5 2 系統(tǒng)組成及基本原理 直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起、制動性能，可以在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，較快的動態(tài)響應(yīng)過程，并且低速運轉(zhuǎn)時力矩大這些極好的運行性能和控制特性，盡管它不如交流調(diào)速系統(tǒng)那樣結(jié)構(gòu)簡單、制造和維護方便、價格便宜。當(dāng)然近年來，隨著計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)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)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在 PWM 驅(qū)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。因此， PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 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(yīng)用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。 從生產(chǎn)機械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。 在上式 中， ?K 是常數(shù)，電流 I 是由負(fù)載決定的，因此，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)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。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱勵磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。 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(zhuǎn)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。在電動機轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號減小到近于零，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù)，還能夠?qū)σ螂娋W(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(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時，迅速使電流恢復(fù)到原來值，從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運行。兩者之間實行嵌套連接，如圖 。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 +Un *A S R+A C R U P E MT GnU i*Ui+UnT AIUd+Id 圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 其中： ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器， ACR— 電流調(diào)節(jié)器， T— 測速發(fā)電機， TA— 電流互感器，UPE— 電力電子變化裝置， *nU — 轉(zhuǎn)速給定電壓， nU — 轉(zhuǎn)速反饋電壓， *iU — 電流給定電壓 ，iU — 電