雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計

1、交直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計學(xué)院：機電工程學(xué)院學(xué)號：專業(yè)（方向）年級：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名：連愛慶福建農(nóng)林大學(xué)機電工程學(xué)院電氣工程系2015年12月20日目錄課程設(shè)計任務(wù)書1課程設(shè)計說明書3任務(wù)分析1.1選擇PWM控制系統(tǒng)的理由1.2采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由1.3直流PWM傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.5調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形H橋雙極式逆變器的工作原理PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特性主電路設(shè)計2.1給定基準電源2.2雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計電流調(diào)節(jié)器2.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.3控制電路的設(shè)計2.4驅(qū)動電路設(shè)計2.5轉(zhuǎn)速及電流檢測電路轉(zhuǎn)速檢測電路電流檢測電路調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定3.1系統(tǒng)固

2、有部分的主要參數(shù)計算3.2預(yù)先選定的參數(shù)3.3電流環(huán)的設(shè)計3.4速度環(huán)的設(shè)計轉(zhuǎn)速及電流檢測環(huán)節(jié)電路圖總體設(shè)計心得及總結(jié)參考文獻、題目：雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM0速系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)計目的1、對先修課程（電力拖動自動控制系統(tǒng)、電力電子學(xué)、自動控制原理等）的進一步理解與運用2、運用電力拖動自動控制系統(tǒng)的理論知識設(shè)計出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過建模、仿真驗證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。3、同時能夠加強同學(xué)們對一些常用單元電路的設(shè)計、常用集成芯片的使用以及對電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。達到綜合提高學(xué)生工程設(shè)計與動手能力的目的。三、系統(tǒng)方案的確定自動控制系統(tǒng)的設(shè)計一般要經(jīng)歷從“機械負載的調(diào)速性

3、能（動、靜）T電機參數(shù)T主電路T控制方案”（系統(tǒng)方案的確定）T“系統(tǒng)設(shè)計T仿真研究T參數(shù)整定T直到理論實現(xiàn)要求T硬件設(shè)計T制版、焊接、調(diào)試”等過程，其中系統(tǒng)方案的確定至關(guān)重要。為了發(fā)揮同學(xué)們的主觀能動作用，且避免方案及結(jié)果$同，在選定系統(tǒng)方案時，規(guī)定外的其他參數(shù)有同學(xué)自己選定。1、主電路采用二極管不可控整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWK換器；2、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器；U*nm=U*im=Ucm=10V3、機械負載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，系統(tǒng)飛輪矩（含電機及傳動機構(gòu)）G&1.5NR2;4、主電源：可以選擇單相交流380V供電；變壓器二次相電壓

4、為52V;5、他勵直流電動機的參數(shù)：見習(xí)題集【4-19】（P96）=1000r/min,電樞回路總電阻R=2Q，電流過載倍數(shù)入=2;6、PW膜置的放大系數(shù)Ks=11;PW噗置的延遲時間Ts=0.4ms。四、設(shè)計任務(wù)a）總體方案的確定；b）主電路原理及波形分析、元件選擇、參數(shù)計算；c）系統(tǒng)原理圖、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、主要硬件結(jié)構(gòu)圖;d）控制電路設(shè)計、原理分析、主要元件、參數(shù)的選擇；e）調(diào)節(jié)器、PW峭號產(chǎn)生電路的設(shè)計；檢測及反饋電路的設(shè)計與計算;五、課程設(shè)計報告的要求：1、不準相互抄襲或代做，一經(jīng)查出，按不及格處理；2、報告字數(shù)：不少于8000字(含圖、公式、計算式等)。3、形式要求：必須按照

5、福建農(nóng)林大學(xué)本科生課程設(shè)計(工科)的規(guī)范化要求。4、必須畫出系統(tǒng)總圖，總圖不準徒手畫，電路圖應(yīng)活潔、正確、規(guī)范。未進行具體設(shè)計的功能塊允許用框圖表示，且功能塊之間的連線允許用標號標注。六、參考資料1、電氣傳動控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)李榮生主編機械工業(yè)出版社2004.62、新型電力電子變換技術(shù)陳國呈中國電力出版社3、電力拖動自動控制系統(tǒng)，上海工業(yè)大學(xué)陳伯時機械工業(yè)出版社4、電力電子技術(shù)王兆安黃俊主編機械工業(yè)出版社2000.1雙閉環(huán)可逆直流脈寬PW調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分析1.1選擇pwr制系統(tǒng)的理由脈寬調(diào)制器UPV探用美國硅通用公司(SiliconGeneral)的第二代產(chǎn)品SG3525這是一種性能優(yōu)良，功能

6、全、通用性強的單片集成PWI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。PW瞧統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：1) 7PWIH速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。2) ?開關(guān)頻率局，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。3) ?低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達到1:10000左右。4) ?如果可以與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強。5) ?功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，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

7、大電動機用戶所接受，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，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制十擾的能力，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

8、以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。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，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗十擾性較差，當電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等十擾。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，當電樞電流保持最大允許值時，電動機以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電

9、流立即降至負載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的十擾，必須對電樞電流進行調(diào)節(jié)。以上兩點都涉及電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.3直流PW噬動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1-1系統(tǒng)構(gòu)成原理直流PWM傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直流pwr制系統(tǒng)是直流脈寬調(diào)制式調(diào)速控制系統(tǒng)的簡稱，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別在丁用直流PW陵換器取代了晶閘管變流裝置，作為系統(tǒng)的功率驅(qū)動器，系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖i-i所示。其中屆丁脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)主要由調(diào)制波發(fā)生器GM脈寬調(diào)制器UPM邏輯延時環(huán)節(jié)DLD和電力晶體管基極的驅(qū)動器GCW脈寬調(diào)制（PWM變換器組成，最關(guān)鍵的部件為脈寬調(diào)制器UPIM1.4雙閉環(huán)調(diào)速

10、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器申極聯(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PWMI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，把包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)電機轉(zhuǎn)速，達到設(shè)計要求。圖1-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.5調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-3所示，這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。(a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程(b)理想快速起動過程圖

11、1-3調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形1.6H橋雙極式逆變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，把包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，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。H形雙極式逆變器電路如圖1-4所示。這時電動機M兩端電壓UAB的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓的極性變化而變化。圖1-4H形雙極式逆變器電路雙極式逆變器的四個驅(qū)動電壓波形如圖1-5所示。圖1-5H形雙極式逆變器的驅(qū)動電壓波形他們的關(guān)系是：Ug1Ug4Ug2Ug3。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當0tt時，晶體管VT1、VT4飽和導(dǎo)通而VT3、VT2截止，這時UabUs。當tontT時,VT1、VT4截止，但

12、VT3、VT2不能立即導(dǎo)通，電樞電流id經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時UabUs。Uab在一個周期內(nèi)正負相問，這是雙極式PWK換器的特征，其電壓、電流波形如圖2所示。電動機的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負脈沖的寬窄上。當正脈沖較寬時，ton2，則Uab的平均值為正，電動機正轉(zhuǎn)，當正脈沖較窄時，則反轉(zhuǎn)；如果正負脈沖相等，ton2,平均輸出電壓為零，則電動機停止。雙極式控制可逆PWME換器的輸出平均電壓為如果定義占空比0T電壓系數(shù)世Us則在雙極式可逆變換器中21調(diào)速時，的可調(diào)范圍為1.01相網(wǎng)的11。當時，為正，電1.1.動機正轉(zhuǎn)；當分時，為負，電動機反轉(zhuǎn)；當時，0,電動機停止。但電動機停止時電樞電壓并不

13、等丁零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的平均值等丁零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動機的損耗這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時靜摩擦死區(qū)。雙極式控制的橋式可逆PW陂換器有以下優(yōu)點：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動機在四象限運行。3）電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4）低速平穩(wěn)性好，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利丁保證器件的可靠導(dǎo)通。1.7PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特性由丁采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機械特性關(guān)系式比較簡單，電壓平衡方程如下did一UsRidL-dE（0tton）.dt按電壓平

14、衡方程求一個周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機械特性方程式，電樞兩端在一個周期內(nèi)的電壓都是UdUs,平均電流用Id表示，平均轉(zhuǎn)速nE/Ce,而電樞電感壓降L%的平均值在穩(wěn)態(tài)時應(yīng)為零。丁是其平均值方程可以寫成則機械dt特性方程式綜上所述，目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。但是晶閘管整流器也有它的缺點，主要表現(xiàn)在：1）晶閘管一般是單向?qū)щ娫?，不允許電流反向，這給電動機實現(xiàn)可逆運行造成困難2）對過電壓。過電流等十分敏感，只要一超過允許值都可能在很短的時間內(nèi)損壞元件3）晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，它對交流電源是一個感性負載，吸取滯后無功功率，因此功率因素很低

15、，如果它在電網(wǎng)中容量大，將造成“電力公害,，4）晶閘管整流裝置的輸出電壓時脈動的，而且脈動數(shù)總是有限的。由于以上原因，選擇脈寬調(diào)制變換器進行改變電樞電壓直流調(diào)速系統(tǒng)，因為PWMB速系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：1）PWM0速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少2）開關(guān)頻率局，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(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1:10000左右4）如果可以與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因為裝置效率高。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時，可以保

16、證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為0,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，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。還有單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗十擾性較差，當電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等十擾。1. 主電路設(shè)計H橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖2-1所示。PW準變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C。濾波，以獲得恒定的直流電壓Us。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動機制動時只好對濾波電容充電，這時電容器兩端

17、電壓升高稱作“泵升電壓”。為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rz消耗掉這些能量，在泵升電壓達到允許值時接通VTz。圖2-1H橋式直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路主要參數(shù)如下：Ucer=1200VIc=16ATcn*=100CPcm0.9kWUcE（sat）3.05V2.1給定基準電源此電路用于產(chǎn)生土15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準電壓,如圖2-2所示:圖2-2給定基準電源電路2.2雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進行采樣，然后與給定值比較，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反饋的關(guān)鍵是對被控量進行采樣與測量。2.2.1電流調(diào)節(jié)器由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波

18、環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時間常數(shù)Toi0.001s,以濾平電流檢測信號為準。為了平衡反饋信號的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時間上配合恰當。圖2-3含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器2.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速反饋電路如圖2-4所示，由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時間常數(shù)Ton0.005s。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。圖2-4PI型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.3控制電路的設(shè)計雙閉環(huán)控制電路的工作原理對雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。分析穩(wěn)態(tài)

19、工作原理的關(guān)鍵是要了解PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和-輸出達到限幅值；不飽和輸出未達到飽和狀態(tài)。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入值的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入與輸出問的聯(lián)系，相當于是該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)；不飽和的調(diào)節(jié)器，PI的作用使輸入偏差電壓都為0。在實際的正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的，因此，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是0。而當轉(zhuǎn)速飽和時，ASR俞出達到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)呈開環(huán)轉(zhuǎn)態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生作用，雙閉環(huán)系統(tǒng)相當于一個

20、電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR勺輸出量是由負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于轉(zhuǎn)速和負載電流。PI調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為0,輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到Idm時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這樣的靜特性比帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。對其啟動過程的分析，由于在啟動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AS

21、食歷了不飽和、飽和、退保和三種情況，整個動態(tài)過程就分成I、II、III三個階段。第一個階段是電流上升階段。突加給定電壓U后，經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，Uc、UdOId都跟著上升，但是在Id沒有達到負載電流Idl以前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當Id=Idl,電動機開始啟動。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR勺輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值強迫電樞電流Id迅速上升。直到Id=Idm,Ui=Uim,電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id的增長，標志著這一階段的結(jié)束，在這一階段中，ASR很快就進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR-股不飽和；第二個階段是恒流上升階段，是起動過程中的主要階段

22、。在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給的那個Uim下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，與此同時，電動機的反電動勢E也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量。為了克服這個擾動，Udo和Uc也必須基本上按線性增長，才能保持Id恒定。當ACF用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm,此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中ACE應(yīng)飽和，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也需留有余地，這些都是設(shè)計時必須注意的。第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階

23、段。當轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim,所以電動機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR俞入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，Ui和Id很快下降。但是，只要Id仍大于負載電流Idl,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id=Idl時，轉(zhuǎn)矩Te=Tl,貝U轉(zhuǎn)速n才能到達峰值，此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的不夠好，也會有一段振蕩過程。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，AS田日ACFO不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACFWU使Id盡快跟隨其給定值，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

24、的起動過程有以下三個特點：對其動態(tài)抗擾性能的分析，動態(tài)原理圖框圖對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點不同，存在著能否及時調(diào)節(jié)的差別。負載擾動能夠比較快的反應(yīng)到被調(diào)量n上，從而得到調(diào)節(jié)，而電網(wǎng)電壓擾動的作用被調(diào)量稍遠，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。2.4驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動電路中V馳保護作用，避免EXB84的6腳承受過電壓，通過VDf僉測是否過電流，接VZ3勺目的是為了改變EX或塊過流保護起控點，以降低過高的保護閥值從而解決過流保護閥值太高的

25、問題。RlffiC1及VZ皈在+20如源上保證穩(wěn)定的電壓。VZ憑日VZ班免柵極和射極出現(xiàn)過電壓，Rg昵防止IGBTH導(dǎo)通。針對EXB84存在保護盲區(qū)的問題，可將EXB841勺6腳的超快速恢復(fù)二極管VDI換為導(dǎo)通壓降大一點的超快速恢復(fù)二極管或反向申聯(lián)一個穩(wěn)壓二極管，也可采取對每個脈沖限制最小脈寬使其大于盲區(qū)時間，避免IGBEt窄脈寬下的低輸出大功耗狀態(tài)。針對EXB84軟關(guān)斷保護不可靠的問題，可以在EXB841勺5腳和4腳間接一個可變電阻，4腳和地之間接一個電容，都是用來調(diào)節(jié)關(guān)斷時間，保證軟關(guān)斷的可靠性。針對負偏壓不足的問題，可以考慮提高負偏壓。一般采用的負偏壓是-5V,可以采用-8V的負偏壓（當

26、然負偏壓的選擇受到IGBTW射極之間反向最大耐壓的限制），輸人信號被接到15腳，EXB84任常工作驅(qū)動IGBT.2.5轉(zhuǎn)速及電流檢測電路2.5.1轉(zhuǎn)速檢測電路轉(zhuǎn)速檢測電路如圖2-5所示。與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓Un,與給定電壓Un相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓Un輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測速發(fā)電機的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，測速電路如圖15所示，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。圖2-5轉(zhuǎn)速檢測電路2.5.2電流檢測電路通過霍爾傳感器測量電流的電流檢測電路原理如圖2-6所示。圖2-6?閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖

27、所示。用一環(huán)形導(dǎo)磁材料作成磁芯，套在被測電流流過的導(dǎo)線上，將導(dǎo)線中電流感生的磁場聚集起來，在磁芯上開一氣隙，內(nèi)置一個霍爾線性器件，器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導(dǎo)線中流通的電流。閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點：1）可以同時測量任意波形電流，如：直流、交流、脈沖電流；2）副邊測量電流與原邊被測電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為2kV12kV;3）電流測量范圍寬，可測量額定1mk50kA電流；4）跟蹤速度di/dt50A/從s；5）線性度優(yōu)丁0.1%IN;6）響應(yīng)時間1卜s；7）頻率響應(yīng)0100kHz。2. 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定本設(shè)計為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要元件/參數(shù)的選擇他勵直流電動機的參數(shù)：Pnom=3kwUnom=48VInom=3.7A,n=500r/min,電樞電阻Ra=6.5，電樞回路總電阻R=8。電樞回路電磁時間常數(shù)Tl=5ms,機電時間常數(shù)Tm=200msfe源電壓Us=60V,給定值和ASR、ACR勺輸出限幅值均為10V,電流反饋