直流脈寬(PWM)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與研究——保護(hù)電路設(shè)計(2)

1、摘要木文基于pw的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并設(shè)計出應(yīng)用于直流電動機(jī)的雙 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。首先描述了變頻器的發(fā)展歷程，提出了 pwm調(diào)速方法的優(yōu)勢，指岀 了未來pwm調(diào)速方法的發(fā)展前景，點出了研究pwm調(diào)速方法的意義。應(yīng)用于直流電機(jī)的 調(diào)速方式很多，其屮以pwm變頻調(diào)速方式應(yīng)用最為廣泛，而pwm變頻器屮，ii型pwm變 頻器性能尤為突出，作為本次設(shè)計的基礎(chǔ)理論，本文將對pwm的理論進(jìn)行詳細(xì)論述。在 此基礎(chǔ)上，木文將做出sg3525單片機(jī)控制的h型pwm變頻調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計，然后 對各個部分分別進(jìn)行論證，力圖在每個組成單元上都達(dá)到最好的系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速；pwm ； sg3525

2、 ；調(diào)節(jié)器的設(shè)計引言1.簡要介紹及設(shè)計方案1.1 pwm簡介1.2直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計1.2.1設(shè)計已知參數(shù)1.2. 2設(shè)計指標(biāo) 1.2.3設(shè)計內(nèi)容 1.2.4現(xiàn)行方案的討論與比較 1.2.5選擇igbt的h橋型主電路的理由1.2.6采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由2.直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計2.1主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計2. 2參數(shù)設(shè)計3. 調(diào)節(jié)器設(shè)計asr, acr 113.1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計113.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計123.3轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器、電流反饋調(diào)節(jié)器的整定124. 觸發(fā)電路134. 1觸發(fā)控制電路設(shè)計135. 保護(hù)電路155.1整流電路中的保護(hù)電路155.2 pwm電路中的保護(hù)電路 155. 2.1

3、主電路中的熔斷器負(fù)責(zé)過流保護(hù)錯誤!未定義書簽。5. 2.2緩沖電路1553反饋及保護(hù)電路設(shè)計 165. 3. 1轉(zhuǎn)速檢測裝置選擇165. 3.2電流檢測單元176.調(diào)試186. 1晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定186. 1. 1實驗內(nèi)容186.1.2實驗系統(tǒng)組成和工作原理186. 1.3實驗方法186.2雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)性能測試226. 2. 1實驗內(nèi)容226. 2. 2實驗系統(tǒng)的組成和工作原理226. 2. 3測試內(nèi)容23結(jié)論 錯誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)32引言在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過程中，電氣自動化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的 技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功

4、率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組， 以線形組件運算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計 算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系 統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計思想和理論概念上 的一個飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個電氣自動化系統(tǒng)中，電 力拖動及調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分?，F(xiàn)代的電力拖動控制系統(tǒng)都是由慣性很小的品閘管、電力品體管或其他電力電子器 件以及集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過合理的簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以用低階近 似。而以運算放犬器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò)（調(diào)節(jié)器），和由r、c等

5、元件構(gòu)成的無源校 正網(wǎng)絡(luò)相比，又可以實現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律，于是就有可能將各種各 樣的控制系統(tǒng)簡化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前，隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已h臻成熟并h漸 成為實際應(yīng)用的主流，但這并不意味著傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)完全退出了實際應(yīng)用的 舞臺。相反，近幾年交流變頻調(diào)速在控制精度的提高上遇到了瓶頸，于是直流調(diào)速的優(yōu) 勢就顯現(xiàn)了出來。肓流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。譬如在對控制精 度有較高要求的造紙，轉(zhuǎn)臺，輪機(jī)定位等系統(tǒng)中仍離不開直流調(diào)速裝置，因此加強(qiáng)對直 流調(diào)速系統(tǒng)的研究述是很有必要的。1簡要介紹及設(shè)計方案1.1 pwm簡

6、介脈寬調(diào)制器upw采用美國硅通用公司(s訂icon general)的第二代產(chǎn)品sg3525, 這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成pwm控制器。由于它簡單、可靠及使 用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試，故獲得廣泛使用。pwm系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性:1) pwm調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。2) 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。3) 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到1： 10000左右。4) 如果可以與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾 能力強(qiáng)。5) 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率

7、適當(dāng)時，開關(guān)損耗 也不大，因而裝置效率較高。6) 直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。變頻調(diào)速很快為廣大電動機(jī)用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法，在一些 中小容量的動態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。由此可見，變頻調(diào)速 是非常值得自動化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中，pwm調(diào)速方式尤為大家所重視, 這是我們選取它作為研究對象的重要原因。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計1.2.1設(shè)計已知參數(shù) 1、拖動設(shè)備：直流電動機(jī)：p =185w u =220v i =aa «= 1600r/minn,nnn2、負(fù)載：直流發(fā)電機(jī)：p =100wnu =220v i

8、=0.5a 二 1500" min nnn3、機(jī)組：轉(zhuǎn)動慣量gd2 = 0.065nm21.2. 2設(shè)計指標(biāo)1、d= 4 ,穩(wěn)態(tài)時無靜差。2、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=1500r/min,負(fù)載電流0. 8ao3、電流超調(diào)量刁 10%,空載起動到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量巧 10% o1.2.3設(shè)計內(nèi)容1、氏流脈寬(pwm)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與研究一一主電路設(shè)計。2、直流脈寬(pwm)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與研究一一調(diào)節(jié)器設(shè)計【asr acro3、直流脈寬(pwm)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與研究一一觸發(fā)電路設(shè)計。4、直流脈寬(pwm)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與研究一一保護(hù)電路設(shè)計。其中以4為主要研究內(nèi)容1.2.4現(xiàn)行方案的討論與比較直流電動機(jī)

9、的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓u、改變電動機(jī)主磁通、改變 電樞回路電阻r。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性 能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓 調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速 的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門 的可控直流電源，常用的可控直流電源有三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器、直流 斬波器或脈寬調(diào)制變換器。由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替

10、 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離了拖動系統(tǒng)。離子拖動系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點, 而且縮短了響應(yīng)時間。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直流 調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。由于以上原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。1.2.5選擇igbt的h橋型主電路的理由igbt的優(yōu)點：dtgbt的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。2) 在相同電壓和電流定額的情況下，igbt的安全工作區(qū)比gtr大，而且具有耐脈沖 電流沖擊的能力。3) 1gbt的通態(tài)壓降比vdmosfet低，特別是在電流較大的區(qū)域。4) igbt的輸入阻抗高，其輸入特性與電力mosfet類似。5) 與電力mosfet

11、和gtr相比，tgbt的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時可 保持開關(guān)頻率高的特點。在眾多pwm變換器實現(xiàn)方法中，乂以h型pwm變換器更為多見。這種電路具備電流 連續(xù)、電動機(jī)四象限運行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點。本次設(shè)計以h型pwm直 流控制器為主要研究對象。1.2.6采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善 系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用pi控制器時，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度課差為零。 但是如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等， 單閉環(huán)系統(tǒng)就難以

12、滿足要求。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基木要求：一是能夠快速啟動制動；二是能 夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動，必須使直流電動機(jī) 在起動過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流 保持最大允許值時，電動機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電 流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。2直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計2. 1主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計直流脈寬調(diào)速電路原理圖如圖2. 1所示，其屮直流斬波電路可看成降壓型變換器 和升壓型變換器的串聯(lián)組合，采用tgbt作為自關(guān)斷器件，利用集成脈寬調(diào)制控制sg3525 產(chǎn)牛的脈寬

13、調(diào)制信號作為驅(qū)動信號，由兩個igbt及其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。朋o d 寺訂厶三$右is iffl閒工作工程如下：單相220v交流電經(jīng)橋式整流電路，濾波電路變成直流電壓加在p、 n兩點間，直流斬波電路上端接p點，下端接n點，中點公共端（com） o若使com端與電 機(jī)電樞繞組a端相接，b端接n,可使電機(jī)正轉(zhuǎn)。若t2截止，t1周期性地通斷，在t1 導(dǎo)通的t。時間內(nèi)，形成電流回路pt1 - ab-n,此時uab>0, ab>0；在t1截止時 由于電感電流不能突變，電流ab經(jīng)d2續(xù)流形成回路為a-b-d2-a,仍有uab>0, 1ab>o, 電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)（第一象限

14、），tl, d2構(gòu)成一個buck變換器。若t1截止，t2 周期性地通斷，在t2導(dǎo)通的t。時間內(nèi)，形成電流冋路at2 - b_a；在t2截止時， 由于電感電流不能突變，電流ab經(jīng)d1續(xù)流形成回路為ad1 一 pn a,此時uab>0, 1ab>o,電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)制動狀態(tài)（第二象限），t2, d1構(gòu)成一個boost變換器。只要改 變tl, t2導(dǎo)通時間的大小，即改變給tl, t2所加門極驅(qū)動信號脈沖的寬度，即可改變 uab和iab的大小調(diào)控直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。若使com端與電機(jī)電樞繞組a端相接, b端接n,可使電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動或制動狀態(tài)（t, ii象限），若使com端與b相接而a

15、 端接n,可使電機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動或制動狀態(tài)（ii, iv象限）。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)電機(jī)電樞 繞組的連接通過狀態(tài)開關(guān)進(jìn)行切換。這樣僅用兩個開關(guān)器件就可實現(xiàn)電機(jī)的四象限運 行。電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)測速發(fā)電機(jī)以及fbs （轉(zhuǎn)速變換器）輸出到asr（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器），作為asr 的輸入并和給定屯壓比較，組成系統(tǒng)的外環(huán)，asr的輸出作為acr（屯流調(diào)節(jié)器）的輸入 并和主電路電流反饋信號進(jìn)行比較作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。由于電流調(diào)節(jié)器的輸出接到sg3525 的第2腳，r2為限流電阻，所以要求電流調(diào)節(jié)器再通過一個反號器的輸出電壓的極性必 須為正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸岀作為電流調(diào)節(jié)器的給定則又要求其輸岀電壓信號為止，最后 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定選

16、擇了負(fù)極性的可調(diào)電壓。asr和acr均采用pi調(diào)節(jié)器，利用電流負(fù) 反饋與速度調(diào)節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)能夠快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小, 具有較好的加速特性。在這里用sx74ls14構(gòu)成的反相器可以滿足要求。2. 2參數(shù)設(shè)計（1） igbt參數(shù)tgbt （insulated gate bipolor transistor）絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有 m0s門極的高速開關(guān)性能和雙極動作的高耐壓、大電流容量的兩種特點。其開關(guān)速度 可達(dá)lms,額定電流密度100a/cm2,電壓驅(qū)動，自身損耗小。其符號和波形圖如圖2-6 所示。設(shè)計中選的1gbt管的型號是1rgpc50u,它的參數(shù)如下：

17、管子類型：xm0s場效應(yīng)管極限電壓vm： 600v極限電流im： 27 a耗散功率p： 200 w額定電壓u： 220v額定電流i： 1.2ac峰值igbt符號及波形（&）符號 他）派形圖2. 6 igbt信號及波形圖(3)緩沖屯路參數(shù)h橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。igbt的緩沖電路功能側(cè)重于開關(guān) 過程中過電壓的吸收與抑制，這是由于igbt的工作頻率可以高達(dá)30-50khz；因此很小的 電路電感就可能引起頗大的di/dt>lc ,從而產(chǎn)生過電壓，危及1gbt的安全。逆變器中 igbt開通時出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的igbt負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ) 管上反

18、并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)屯流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的igbt 上形成逆變橋臂的瞬時貫穿短路，使ic出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖 電路，或放大igbt的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實驗得出緩沖電路電阻r二10kq；電容7075“凡(3)泵升電路參數(shù)泵升電路由一個電容量大的電解電容、一個電阻和一個vt組成。泵升電路中電解電 容選取c=2000 pf ；電壓u=450v； vt選取trgpc50u型號的igbt管；電阻選取r二20q。3. 調(diào)節(jié)器設(shè)計asr, acr3.1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計本設(shè)計因為8 i% 25%且tl/ts 1 =23. 98/6. 7<10o所以按典i系

19、統(tǒng)設(shè)計，選pi調(diào)節(jié)器,220v如圖3. 2所示，為電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖。圖3. 2電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖3. 2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時，可把已設(shè)計好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)。為此, 需求出它的等效傳遞函數(shù)：(321)(3. 2. 2)/二 wm)一 %u；(s)02 幾s + 1近似條件:(3. 2. 2)如圖3. 3所示，為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖。圖3. 3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖3. 3轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器、電流反饋調(diào)節(jié)器的整定把電機(jī)、220v直流電源接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開環(huán)。把正給定接入脈寬發(fā)生單元，調(diào) 節(jié)給定，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1600rpm,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器中的rp1,使3端輸岀的電壓為

20、 -4vo加大負(fù)載，使屯機(jī)的屯樞屯流穩(wěn)定在1.3a,調(diào)節(jié)屯流反饋調(diào)節(jié)器，使屯流反饋調(diào) 節(jié)器3端輸出的電壓為+4v。4.觸發(fā)電路4. 1觸發(fā)控制電路設(shè)計集成脈寬調(diào)制控制器sg3525是控制電路的核心，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適 合于各種開關(guān)電源、斬波器的控制。本實驗電路中用sg3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為 igbt的驅(qū)動信號。22ov2其中：g：給定器；dzs：零速封鎖器；asr：速度調(diào)節(jié)器；acr電流調(diào)節(jié)器：gt：觸發(fā)裝置；fbs： 速度變換器；fa：過流保護(hù)器；fbc：電流變換；api： t組脈沖放大器；圖4.1系統(tǒng)原理圖sg3525 介紹：sg3525脈寬調(diào)制型控制器是美國通用電氣公

21、司的產(chǎn)品，作為sg3524的改進(jìn)型，更 適合于運用mos管作為開關(guān)器件的dc/dc變換器，它是采用雙級型工藝制作的新型模擬 數(shù)字混合集成電路，性能優(yōu)異，所需外圍器件較少。它的主要特點是:輸出級采用推挽 輸出，雙通道輸出，占空比0-50%可調(diào).每一通道的驅(qū)動電流最大值可達(dá)200ma,灌拉電 流峰值可達(dá)500mao可肓接驅(qū)動功率mos管，工作頻率高達(dá)400khz,具有欠壓鎖定、過 壓保護(hù)和軟啟動等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、pwm比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動級，軟啟動及關(guān)斷電路等組成，可止常工作的溫度范 圍是0-700co基準(zhǔn)屯壓為5.1 v 士 1%,工作屯壓范圍很

22、寬，為8v到35v.圖4.2控制電路圖第五章保護(hù)電路5.1整流電路中的保護(hù)電路本設(shè)計采用晶閘管交流過壓保護(hù)電路作為整流電路屮的保護(hù)電路，其電路圖如下50o 10w220v23ct5a/500 空?2cp262cp26 i200 0a2cp26"_2uf 600v3ct5a/500v圖5.1晶閘管交流過壓保護(hù)電路電路圖當(dāng)電路出現(xiàn)過電壓時，穩(wěn)壓管vdw導(dǎo)通，使晶閘管（vt1或vt2）導(dǎo)通，由支路屮電阻 消耗電能。這種保護(hù)措施在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓吋最多工作半個周期，在一個周期結(jié)束時, 晶閘管自行關(guān)斷。5.2 pwm電路中的保護(hù)電路5. 2. 1緩沖電路圖5. 3緩沖電路h橋電路中采用了緩沖電路

23、，由電阻和電容組成。tgbt的緩沖電路功能側(cè)重于開關(guān) 過程中過電壓的吸收與抑制，這是由于igbt的工作頻率可以高達(dá)30-50khz；因此很小 的電路電感就可能引起頗大的l%,從而產(chǎn)生過電壓，危及igbt的安全。逆變器屮igbt dt開通時出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的igbt負(fù)載屯流上疊加了橋臂屮互補(bǔ)管 上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的igbt 上形成逆變橋臂的瞬時貫穿短路，使-出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流屯感，即串聯(lián)緩沖 電路，或放大igbt的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實驗得出緩沖電路電阻r二10kq；電容c = 0.75“f。5. 3反饋及保護(hù)電路設(shè)計

24、5. 3. 1轉(zhuǎn)速檢測裝置選擇選測速發(fā)電機(jī)永磁式zys231/110型，額定數(shù)據(jù)為p二23.1w, u=110v, 1=0. 21a,n=1900r/mino測速反饋電位器rp2的選擇考慮測速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時，其電流約為額定值的20%,這樣，測速發(fā)電機(jī)電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小。測速發(fā)電機(jī)工作最高電壓訶 1000x110=57.洌ntn1900測速反饋電位器阻值r = u = 57,89 =1378qrp' 20%/麗 0.2x0.21此時rp2所消耗的功率為prp、= utm x20%itn =57.89x0.2x0.21 = 2.4w為了使電位器溫度不要很高，實選瓦數(shù)應(yīng)

25、為消耗功率的一倍以上，故選rp2為4w, 取 2000 qo5. 3. 2電流檢測單元木系統(tǒng)要求電流檢測不但要反映電樞電流的大小而且還要反映電流極性，所以選用 霍爾電流傳感器。6.調(diào)試6. 1晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定6. 1. 1實驗內(nèi)容1、測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻r；2、測定晶閘管肓流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時間常數(shù)td；3、測定直流電動機(jī)電勢常數(shù)ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)cm；4、測定品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)tm；5、測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性dh (uct)；6、測定測速發(fā)電機(jī)特性(n)o6.1.2實驗系統(tǒng)組成和工作原理本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接

26、由給定電壓ug作為 觸發(fā)器的移相控制電壓，改變ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和 轉(zhuǎn)速，以滿足實驗要求。6.1.3實驗方法1、電樞回路電阻r的測定電樞回路總電阻r=(u2-u1)/(1112)如把電機(jī)電樞兩端短接，可得rl+rn= (l 2-it 1)/(1，1v 2)則電機(jī)的電樞電阻為屆二斤- (rl+rn)同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻rl。測試結(jié)果如下表：表6. 1電流和電樞電壓u(v)64821(a)0.90. 45表6. 2電流勵磁電壓1 (v)85941(a)0.90.45表6. 3電流和內(nèi)阻電壓u(v)7690ka)0.90. 45代入以上公式計算得

27、：r二40 q ；ra=20 q；rif& 9 q ；rn二11. iq2、主電路電磁時間常數(shù)的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)td,電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升 其電流變化曲線如圖2. 5所示。當(dāng)t =帀時，有w = zrf(l-e_,) = 0.632zrfmcl-31的給定電位器rp1逆吋針調(diào)到底，使uct=0o合上主電路電源開關(guān)。電機(jī)不加勵磁。調(diào)節(jié)uct,監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機(jī)電樞電流為(5090) %inom0然后保持uct不 變，突然合上主電路開關(guān)，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測量出當(dāng)屯流上 升至63. 2%穩(wěn)定值吋的吋間，即為

28、電樞冋路的電磁時間常數(shù)tdo實驗測試曲線圖6.1：圖6.1實驗測試曲線3、屯動機(jī)屯勢常數(shù)ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)cm的測定將電動機(jī)加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓ud,測得相應(yīng)的n,即可由下 式算出 ce=ke>= (ud2-udl)/(n2nl)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時)cm的單位為n. m/a,可由ce求出cm=9. 55ce實驗測試結(jié)果如下表：表6. 4ud (v)22320717913077n(r/min)151013951200863500將實驗結(jié)果代入公式計算得:ce=o. 15； cm=9. 55ce=l. 39；4、系統(tǒng)機(jī)屯時間常數(shù)tm的測定系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)可由下式計算tm =

29、 (g£>2 x r) / 375cmm由于tm»td,也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即 hq + tmswud當(dāng)電樞突加給定電壓時，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)63.2%穩(wěn)態(tài)值時，所 經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)。測試時電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除。mcl31的給定電位器rp1逆時針調(diào)到底，使uct二0。合上主電路電源開關(guān)。調(diào)節(jié)uct,將電機(jī)空載起動至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/mino然后保持uct不變，斷開主電路開關(guān)，待電機(jī)完全停止后，突然合上主電路開關(guān)，給電樞加電壓，用示波器拍攝過渡過程曲線，如圖6. 2：圖6. 2過渡過程曲線5測速發(fā)屯機(jī)特性ut

30、g=f(n)的測定實驗線路如圖6. 3所示ic131li0*151mcl33200fthfbs)n-3t示波我加jf汶電蘇vi 1滾電癥沃rph電陰直蛉可送冴jel-03中90(©并聯(lián)ir1ux二45瞰，支)圖6. 3 屯動機(jī)加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)屯路的控制屯壓uct,分別讀取對應(yīng)的utg,n的數(shù)值 若干組，即可描繪出特性曲線寸怡丿。表6. 5n (r/min)1551131612301106921u (v)6. 335. 365.014. 503. 746. 2雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)性能測試6. 2. 1實驗內(nèi)容1、pwm控制器sg3525性能測試;2、控制單元調(diào)試；3、系統(tǒng)

31、開環(huán)調(diào)試；4、系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試；5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性測試；6、h型pwm變換器不同控制方式時的性能測試。6.2.2實驗系統(tǒng)的組成和工作原理在中小容量的直流傳動系統(tǒng)中，采用自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)速系統(tǒng)比相控系統(tǒng)具有更 多的優(yōu)越性，因而日益得到廣泛應(yīng)用。雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖2. 11所示。圖屮可逆pwm變換器主電路系采用 mosfet所構(gòu)成的h型結(jié)構(gòu)形式，upw為脈寬調(diào)制器，dld為邏輯延吋環(huán)節(jié)，gd為mos管 的柵極驅(qū)動電路，fa為瞬時動作的過流保護(hù)。脈寬調(diào)制器upw采用美國硅通用公司(silicon general)的第二代產(chǎn)品sg3525, 這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成

32、pwm控制器。由于它簡單、可靠及使 用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試，故獲得廣泛使用。6.2.3測試內(nèi)容測試11. sg3525性能測試（1）用示波器觀察“1”端（即sg3525的5腳）的電壓波形，波形（2v, 50 ns）如圖6. 4 為：圖6. 4脈寬控制器三角波（2）用示波器觀察“2”端（即sg3525的13腳）的電壓波形（10v, 50 u s）,波形如圖6. 5 為：圖6. 5邏輯延時矩形波占空比50%（3）用導(dǎo)線將“g”的“1”和“upw”的“3”相連，分別調(diào)節(jié)正負(fù)給定，記錄“2”端輸出的最大占空比（占空比=50%, 10v, 25 us）的波形如圖6. 6為:n11-

33、nov-14 08:56lodfsrvolts/divn t【0d m pos: 0.000$probe 10x voltageinvertwz<56v &77958khz圖6. 6最大占空比時的波形90%最小占空比（占空比=10%, 10v, 25 us）的波形如圖圖6. 7為:圖6. 7最小占空比時的波形10%2. 控制電路的測試(1) 邏輯延時時間的測試如圖6. 8在上述實驗的基礎(chǔ)上，分別將正、負(fù)給定均調(diào)到零，用示波器觀察“dijt 的“1”和“2”端的輸出波形(10v, 10 us),并記錄延時時間:-4undo autosetm pos:autosetjlrrl圖6-7

34、邏輯延時時間測試tcl= 3. 8 u s(2) 同一橋臂上下管子驅(qū)動信號列區(qū)時間測試分別將“隔離驅(qū)動”的g和主回路的g相連，用雙蹤示波器(10v, 5 us),分別測量vvt1. gs和vvt2. gs以及vvt3. gs和vvt4. gs的死區(qū)時間：如下圖 tdvtl. vt2= 1.6ms圖6-8死區(qū)時間波形波tdvt3. vt4= 3.6ms（注意：由于在學(xué)院的實驗室中，只有mel-03的三相可調(diào)電阻掛箱，而沒有mel-13的 測功機(jī)掛箱，所以在下列幾項實驗中提到的額定負(fù)載都是由mel-03掛箱的可調(diào)電阻串 聯(lián)直流發(fā)電機(jī)m03來得到的）測試21.開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試（1）電流反饋系數(shù)的調(diào)試a.

35、 將正、負(fù)給定均調(diào)到零，合上主控制屏電源開關(guān)，接通直流電機(jī)勵磁電源。b. 調(diào)節(jié)正給定，電機(jī)開始起動直至達(dá)1500r/min。c. 給電動機(jī)拖加負(fù)載，即逐漸減小發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻，直至電動機(jī)的電樞電流為1a。d. 調(diào)節(jié)“fba”的電流反饋電位器，用萬用表測量“9”端電壓達(dá)2v左右。（2）速度反饋系數(shù)的調(diào)試在上述實驗的基礎(chǔ)上，再次調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的1500r/min，調(diào)節(jié)mcl-31 （或mcl-111 型主控制屏）的“fbs”電位器，使速度反饋電壓為5v左右。（3）系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性測定參照速度反饋系數(shù)調(diào)試的方法，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)moor/min, s4開關(guān)撥向“正給定”， 改變可調(diào)電阻加載旋鈕（或直流發(fā)電機(jī)

36、負(fù)載電阻rd）,在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)測取6 個點，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流發(fā)電機(jī)電流id,特性曲線見圖6. 8。表6. 6 開環(huán)機(jī)械特性（n=14oor/minn(r/min)141213901380137213651362134813371(a)0.40.450.50.550.60.650.70.75表6. 7開環(huán)機(jī)械特性(n=1 ooor/m i n)n(r/min)10009859739829499309299111(a)0.30.350.40.450.50.550.60.7表6. 8開環(huán)機(jī)械特性(n=500r/m i n)n(r/min)502490484466457449432415

37、1(a)0.20.250.30.350.40.450.50.6圖6-8開環(huán)機(jī)械特性曲斷開主電源，s4開關(guān)撥向“負(fù)給定”，然后按照以上方法，測出系統(tǒng)的反向機(jī)械特 性，特性曲線見圖6.9。表6. 9 開環(huán)機(jī)械特性(n=-1400r/min)n(r/min)-1400-1389-1369-1361-1352-133813311(a)-0.4-0.45-0.5-0.550.6-0.65-0.7表6. 10開環(huán)機(jī)械特性(n=-1000r/m i n)n(r/min)1000991998-964955-9449331(a)0.3-0.35-0.40.45-0.5-0.55-0.6表6. 11開環(huán)機(jī)械特性(

38、n=-500r/min)n(r/min)-499487469455-447438-4301(a)0.2-0.250.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4«t 餉0-°'3 -°-2 -°-asoo(-1320-1340-1360n(r/rrin)-1380-1400-1420一圖6-9開環(huán)機(jī)械特性曲線(4) 計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a和電流反饋系數(shù)b通過上面給定的數(shù)據(jù)可以算得：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a =0. 0035 v-min/r屯流反饋系數(shù)b二0.2 v/a2 閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試將asr, acr均接成pi調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，

39、形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。 按圖接線(1) 速度調(diào)節(jié)器的調(diào)試a.反饋屯位器rp3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??；b“5”、“6”端接入mel11電容器，預(yù)置57口 f；c.調(diào)節(jié)正負(fù)限幅電位器rp1、rp2使輸出限幅為±2v。(2) 電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試a.反饋電位器rp3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??；b“5”、“6”端接入mel11電容器,預(yù)置5-7 uf；c. s5開關(guān)打向“給定”，s4開關(guān)扳向上，調(diào)節(jié)mcl-10的rp3電位器，使acr輸出正飽和，調(diào)整acr的正限幅電位器rp1,用示波器觀察“30”的脈沖，不可移出范圍。(3) 系統(tǒng)閉環(huán)機(jī)械特性測定s2開關(guān)打向“給定”，s1開關(guān)打向下至“負(fù)給定”，調(diào)節(jié)mcl-10的rp4電位器,使 acr輸出負(fù)飽和，調(diào)整acr的負(fù)限幅電位器rp2,用示波器觀察“30”的脈沖，不可移 出范亂3. 系統(tǒng)靜特性測試(1)機(jī)械特性n二f (td)的測定0.5x.52doo