直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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1、word格式文檔專業(yè)整理word格式文檔武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院信息工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師：班級(jí)名稱：開(kāi)課系、教研室：自動(dòng)控制題目2:直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：1.直流電機(jī)參數(shù)：PN＝10KW，UN＝220V，IN＝55A，nN＝1000r/min，Ra＝0.4Ω，直流它勵(lì)勵(lì)磁電壓220V，電流1.6A2.進(jìn)線交流電源：三相380V3.采用永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)，參數(shù)為：23W，110V，0.21A，1900r/min，要求完成的主要任務(wù):1.ASR及ACR電路設(shè)計(jì)2

2、.轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)3.集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)（如3524）4.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（如IR2110）5.PWM主電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。滿足如下要求：1．可逆運(yùn)行，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)差，電流超調(diào)量小于5％，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10％。2.對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。3.畫出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程。4.畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。指導(dǎo)教師簽名：2016年11月19日專業(yè)

3、整理word格式文檔直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1任務(wù)分析1.1概述采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開(kāi)關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。脈寬調(diào)制變換器是把脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的一種直流斬波電路，脈寬調(diào)制，是利用電力電子開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的脈沖序列，并通過(guò)控制脈沖的寬度或周期達(dá)到變壓的目的。與V-M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。2）開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)

4、熱都較小。3）低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右。4）若是與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。5）功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，道通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適中時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。6）直流電流采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。由于有以上優(yōu)點(diǎn)直流PWM系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，特別是在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能中，已完全取代了V-M系統(tǒng)。為達(dá)到更好的機(jī)械特性要求，一般直流電動(dòng)機(jī)都是在閉環(huán)控制下運(yùn)行。經(jīng)常采用的閉環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流截止負(fù)反饋

5、。1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖專業(yè)整理word格式文檔直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖1.3橋式可逆PWM變換器的工作原理脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成

6、頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。橋式可逆PWM變換器電路如圖2所示。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。圖2橋式可逆PWM變換器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖3所示。專業(yè)整理word格式文檔圖3PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓及輸出電壓、電流波形雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為如果定義占空比，電壓系數(shù)，則在雙極式可逆變換器中調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為0～1相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，專業(yè)

7、整理word格式文檔，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)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(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。1.4PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特性由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單，電壓平衡方程如下.按電壓平衡方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期

8、內(nèi)的電壓都是，平均電流用表示，平均轉(zhuǎn)速，而電樞電感壓降的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。于是其平均值方程可以寫成則機(jī)械特性方程式專業(yè)整理word格式文檔2電路設(shè)計(jì)橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖4所示。PWM變換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，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。由于電容容量較大，突加電源時(shí)相當(dāng)于短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間傳入電阻Rz，合上電源后，用延時(shí)開(kāi)關(guān)將R