PWM直流双闭环调速系统设计.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑PWM直流双闭环调速系统设计 1) 电流调理器 由于电流检测中往往含有交流分量，为使其不影响调理器的输入，需加低通滤波此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数Toi?0.001s，以滤平电流检测信号为准为了平衡反应信号的延迟，在给定通道上参与同样的给定滤波环节，使二者在时间上合作恰当 图7 含给定滤波与反应滤波的PI型电流调理器 2) 转速调理器 转速反应电路如图8所示，由测速发电机得到的转速反应电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数Ton?0.005s根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也参与一致时间常数的给定滤波环节 含给定滤波与反应滤波的PI型电转速调理器 2.3 信号产生电路 本设计采用集成脉宽调制器SG3524作为脉冲信号发生的核心元件根据主电路中IGBT的开关频率，选择适当的Rt、Ct值即可确定振荡频率 电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG3524采用是定频PWM电路,DIP-16型封装。

由SG3524构成的根本电路如图8所示，由15脚输入+15V电压，用于产生+5V基准电压在6、7引脚之间接入外部阻容元件构成PI调理器，可提高稳态精度12、13引脚通过电阻与+15V电压源相连，供内部晶体管工作，由电流调理器输出的操纵电压作为2引脚输入，通过其电压大小调理12、13引脚的输出脉冲宽度，实现脉宽调制变换器的功能实现 SG3524管脚图 SG3524引脚接线图 主要参数：输入电压Uimax：40V 输出电流：500mA 好散功率：1W 2.4 基于EXB841驱动电路设计 驱动电路中V5起养护作用，制止EXB841的6脚承受过电压，通过VD1检测是否过电流，接VZ3的目的是为了变更EXB模块过流养护起控点，以降低过高的养护阀值从而解决过流养护阀值太高的问题R1和C1及VZ4接在+20V电源上保证稳定的 电压VZ1和VZ2制止栅极和射极展现过电压，Rge是防止IGBT误导通 针对EXB841存在养护盲区的问题，可如图12所示将EXB841的6脚的超快速恢复二极管VDI换为导通压降大一点的超快速恢复二极管或反向串联一个稳压二极管，也可采取对每个脉冲限制最小脉宽使其大于盲区时间，制止IGBT过窄脉宽下的低输出大功耗状态。

针对EXB841软关断养护不成靠的问题，可以在EXB841的5脚和4脚间接一个可变电阻，4脚和地之间接一个电容，都是用来调理关断时间，保证软关断的稳当性针对负偏压缺乏的问题，可以考虑提高负偏压一般采用的负偏压是-5V，可以采用-8V的负偏压(当然负偏压的选择受到IGBT栅射极之间反向最大耐压的限制)，输人信号被接到15脚，EXB841正常工作驱动IGBT. EXB841驱动IGBT设计图 主要参数： 电源电压：20V 最大输出功率：47mA 最高工作频率：10kHz 2.5 锯齿波信号发生电路 *锯齿波信号发生器SG的输出信号Us与操纵信号UC在PWM转换器（SG3524） 中举行对比，PWM输出幅度恒定、宽度变化的方波脉冲序列，即PWM波SG电路可有UJT或者PUT构成UJT锯齿波信号发生器根本电路如图14所示 锯齿波信号发生电路 2.6转速及电流检测电路 1）转速检测电路 转速检测电路如图15所示与电动机同轴安装一台测速发电机，从而引出与被调量转速成正比的负反应电压Un，与给定电压U*n相对比后，得到转速偏差电压?Un输送给转速调理器。

测速发电机的输出电压不仅表示转速的大小，还包含转速的方向，测速电路如图15所示，通过调理电位器即可变更转速反应系数 转速检测电路 2） 电流检测电路 通过霍尔传感器测量电流的电流检测电路原理如图16所示 闭环霍尔电流传感器的工作原理 霍尔电流传感器的布局如图13所示用一环形导磁材料作成磁芯，套在被测电流流过的导线上，将导线中电流感生的磁场聚集起来，在磁芯上开一气隙，内置一个霍尔线性器件，器件通电后，便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流 闭环霍尔电流传感器主要有以下特点： 1）可以同时测量任意波形电流，如：直流、交流、脉冲电流； 2）副边测量电流与原边被测电流之间完全电气隔离，绝缘电压一般为 2kV～12kV； 3）电流测量范围宽，可测量额定1mA～50kA电流； 4）跟踪速度di/dt>50A/μs； 5）线性度优于0.1％IN； 6）响应时间<1μs； 7）频率响应0～100kHz 三．调理器的参数整定 本设计为双闭环直流调速系统 电路根本数据如下： 1)PWM装置放大系数Ks?4.8; 2)电枢回路总电阻R=8Ω; 3)电磁时间常数Tl?0.015s; 4)机电时间常数Tm?2s; 5)调理器输入电阻R0?40k?; 设计指标： 1)静态指标：无静差； 2)动态指标：电流超调量?i%?5%；空载起动到额定转速时的转速超调量 ?n%?30%。

计算反应关键参数： ??U?nmnnom?10200?0.05V(rmin) ??Uim*?Inom?102?3.7?1.35VA 3.1电流调理器的设计 1）确定时间常数 PWM装置滞后时间常数：Ts?0.001s电流滤波时间常数:Toi?0.01s T?i?Ts?Toi?0.002s(Ts和Toi一般都比Tl小得多,可以当作小惯性群近似地看作 是一个惯性环节) 2）选择电流调理器布局 根据设计要求：?i?5%，而且 TlT?i ?0.0150.002?7.5?10 电力拖动课程设计 姓名： 学号： 班级： PWM直流双闭环调速系统的工程设计 一． 设计分析 1.1双闭环调速系统的布局图 直流双闭环调速系统的布局图如图1所示，转速调理器与电流调理器串极 联结，转速调理器的输出作为电流调理器的输入，再用电流调理器的输出去操纵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确定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以变更平均输出电压的大小，以调理电机转速，达成设计要求。

双闭环调速系统的布局图 1.2 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图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 Id n Id n Idm Idm Idcr n n IdL IdL O (a) t O (b) t (a)带电流截止负反应的单闭环调速系统起动过程 (b)梦想快速起动过程 调速系统起动过程的电流和转速波形 1.3 H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确定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调理电机转速 H形双极式逆变器电路如图3所示这时电动机M两端电压UAB的极性随开 关器件驱动电压的极性变化而变化 H形双极式逆变器电路 双极式逆变器的四个驱动电压波形如图4所示 Ug1Ug4tOtonUg3TUg2tOUABUstOtonT-Usidid1id2tO H形双极式逆变器的驱动电压波形 他们的关系是：Ug1?Ug4??Ug2??Ug3。

在一个开关周期内，当0?t?ton时，晶体管VT1、VT4饱和导通而VT3、VT2截止，这时UAB?Us当ton?t?T时， VT1、VT4截止，但VT3、VT2不能立刻导通，电枢电流id经VD2、VD3续流，这时 UAB??UsUAB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表达在驱动电压正、负脉冲的宽窄上 当正脉冲较宽时，ton?T2，那么UAB的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时， T2那么反转；假设正负脉冲相等，ton?，平均输出电压为零，那么电动机中断 双极式操纵可逆PWM变换器的输出平均电压为 Ud?tonTtonTUs?T?tonT?2t???on?1?Us ?T?UdUs假设定义占空比??，电压系数?? 那么在双极式可逆变换器中 ??2??1 调速时，?的可调范围为0～1相应的???1~?1当??动机正转；当??1212时，?为正，电 时，?为负，电动机反转；当??12时，??0，电动机中断 但电动机中断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操纵的缺点但它也有好处，在电动机中断时依旧有高频微震电流，从而消释了正、反向时静摩擦死区 双极式操纵的桥式可逆PWM变换器有以下优点： 1）电流确定连续 2）可使电动机在四象限运行 3）电动机中断时有微震电流，能消释静摩擦死区 4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的稳当导通 1.4 PWM调速系统的静特性 由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式对比简朴，电压平衡方程如下 Us?Rid?Ldiddtdiddt?E (0?t?ton). Us?Rid?L?E (ton?t?T) 按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是Ud??Us，平均电流用Id表示，平均转速n?E/Ce，而电枢电感压降Ldiddt的平均值在稳态时应为零于是其平均值方程可以写成 ?Us?RId?E?RId?Cen 那么机械特性方程式 n??UsCe?RCeId?n0?RCeId 二． 电路设计 H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图5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C0滤波，以获得恒定的直流电压Us由于直流电源靠二极管整流器供电，不成能回馈电能，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Rz消耗掉这些能量，在泵升电压达成允许值时接通VTz H桥式直流脉宽调速系统主电路 四单元IGBT模块型。