双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计

武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书1课程设计任务书学生姓名：张珊专业班级：电气1004指导教师：李向明工作单位：自动化学院题目:直流双极式可逆PWM调速系统设计初始条件：1.直流电机参数：PN＝10KW，UN＝220V，IN＝55A，nN＝1000r/min，Ra＝0.4Ω，直流它励励磁电压220V，电流1.6A2.进线交流电源：三相380V3.采用永磁式测速发电机，其参数：23W，110V，0.21A，1900r/min，要求完成的主要任务:1.ASR及ACR电路设计2.转速反馈和电流反馈电路设计3.集成脉宽调制电路设计4.驱动电路设计5.PWM主电路设计课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。满足如下要求：1．可逆运行，转速和电流稳态无差，电流超调量小于5％，转速超调量小于10％。2.对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。3.画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。4.画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。时间安排：2013.5.27－2013.5.28收集课程设计相关资料2013.5.29－2013.6.03系统设计2013.6.04－2013.6.05撰写课程设计及答辩指导教师签名：2013年5月26日武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书2目录1、总体方案设计.............................................................................................................................31.1设计分析...........................................................................................................31.1.1双闭环调速系统的结构图......................................................................................31.1.2调速系统起动过程的电流和转速波形..................................................................31.1.3H桥双极式逆变器的工作原理..............................................................................41.1.4H桥式可控直流脉宽调速系统主电路设计..........................................................52、电路设计.....................................................................................................................................72.1电流调节器和转速调节器的设计...................................................................72.1.1电流调节器.............................................................................................................82.1.2转速调节器.............................................................................................................92.2给定基准电源..................................................................................................92.3信号产生电路................................................................................................102.4驱动电路设计................................................................................................112.4.1IGBT基极驱动电路原理.....................................................................................112.4.2基于EXB841驱动电路设计...............................................................................122.5锯齿波信号发生电路....................................................................................132.6转速检测电路................................................................................................132.7电流检测电路................................................................................................143、调节器的参数整定...................................................................................................................143.1电路基本数据................................................................................................143.2设计指标.........................................................................................................153.3电流环的设计.................................................................................................153.4转速环的设计................................................................................................174、电流环和转速换的仿真...........................................................................................................194.1电流环的仿真设计.........................................................................................194.2转速环的仿真设计........................................................................................20心得体会.........................................................................................................................................21参考文献.........................................................................................................................................22武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书3双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计1、总体方案设计1.1设计分析1.1.1双闭环调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图1-1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。图1-1双闭环调速系统结构图1.1.2调速系统起动过程的电流和转速波形如图1-2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书4图1-2理想启动的转速电流波形1.1.3H桥双极式逆变器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。H形双极式逆变器电路如图1-3所示。这时电动机M两端电压ABU的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。图1-3H形双极式逆变器电路他们的关系是：1423ggggUUUU。在一个开关周期内，当0ontt时，晶体管1VT、4VT饱和导通而3VT、2VT截止，这时ABsUU。当onttT时，1VT、4VT截止，但3VT、2VT不能立即导通，电枢电流di经2VD、3VD续流，这时ABsUU。ABU在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书5宽时，2onTt，则ABU的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，2onTt，平均输出电压为零，则电动机停止。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为21ononondsstTttUUUTTT如果定义占空比ontT，电压系数dsUU则在双极式可逆变换器中21调速时，的可调范围为0～1相应的1~1。当12时，为正，电动机正转；当12时，为负，电动机反转；当12时，0，电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区。1.1.4H桥式可控直流脉宽调速系统主电路设计H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图1-4所示。PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容C1滤波，以获得恒定的直流电压sU。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻R2消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值