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直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

專業(yè):電氣工程與自動(dòng)化年級(jí):2010級(jí) 學(xué)院:北京交通大學(xué)海濱學(xué)院學(xué)生姓名:王開(kāi)放學(xué)號(hào):10131239

指導(dǎo)老師:石群主要內(nèi)容包括:

1.方案設(shè)計(jì)

2.直流調(diào)速系統(tǒng)

3.PWM脈寬調(diào)制

4.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真

方案設(shè)計(jì)方案一:?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī),引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓Uf與給定電壓Ud比較后,得偏差電壓ΔU,經(jīng)放大器FD產(chǎn)生觸發(fā)裝置CF的控制電壓Uk,用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖1所示

圖1方案一原理結(jié)構(gòu)圖×整流觸發(fā)裝置電動(dòng)機(jī)負(fù)載速度檢測(cè)電壓放大器×電壓×ASRACR整流觸發(fā)裝置電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流檢測(cè)速度檢測(cè)方案二:雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

為了使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋分別起作用,系統(tǒng)設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)電流調(diào)節(jié)器;ACR和電流檢測(cè)反饋回路構(gòu)成了電流環(huán),稱為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。該方案的原理框圖如圖2所示。圖2方案二原理結(jié)構(gòu)圖直流調(diào)速系統(tǒng)

直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式(1–1)表示:

(1–1)

直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)一、靜態(tài)性能指標(biāo)(1)調(diào)速范圍

(1–2)(2)靜差率

(1–3)機(jī)械特性硬度越大,△ned越小,靜差率就越小,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。二、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(1)跟隨性能指標(biāo)圖3典型的階躍響應(yīng)

tr—上升時(shí)間;ts—調(diào)節(jié)時(shí)間(2)抗擾性能指標(biāo)

一般是以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中,突加負(fù)載的階躍擾動(dòng)后的動(dòng)態(tài)過(guò)程作為典型的抗擾過(guò)程,并由此定義抗擾動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。C(t)ttrtsc∞雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成圖4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

×ASR×Un*+_Ui*_+ACRUPEIUiTAMId+_Ud+_TGnUnPI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)如圖5所示:

圖5PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖

PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù):(1–4)Uin+_++R0R1C1Uex_Rab1調(diào)節(jié)器的具體設(shè)計(jì)一.電流環(huán)的設(shè)計(jì)(1)確定時(shí)間常數(shù)(2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)(3)選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)(4)校驗(yàn)近似條件二.速度環(huán)的設(shè)計(jì)(1)確定時(shí)間常數(shù)(2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)(3)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)(4)近似校驗(yàn)(5)檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量PWM脈寬調(diào)制

脈寬調(diào)制變換器脈寬調(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。

a)原理圖b)電壓波形圖圖6脈寬調(diào)制變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖如圖7a)所示,給出了一種可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖,由VT1—VT4共4個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成橋式(或稱H形)可逆脈沖寬度調(diào)制(PULSEWIDTHMODULATION,簡(jiǎn)稱PWM)變換器。VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷,VT2和VT3同時(shí)通斷,使電動(dòng)機(jī)M的電樞兩端承受電壓+Us或-Us。改變兩組開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)間,也就改變了電壓脈沖的寬度,得到電動(dòng)機(jī)兩端電壓波形。如圖7b)所示:

a)基本原理圖b)電壓波形圖7橋失可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形橋式可逆PWM變換器可逆PWM變換器主電路有多種形式,最常用的是橋式(亦稱H型)電路,如圖4.3所示。

圖4.3橋式可逆PWM變換器

雙極式控制可逆PWM變換器的4個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖8所示。

圖8雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓、輸出電壓和電流波形它們之間的關(guān)系是:Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下列優(yōu)點(diǎn):(1)電流一定連續(xù); (2)可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行;(3)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流,能消除靜摩擦死區(qū);(4)低速平穩(wěn)性好,系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右;(5)低速時(shí),每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬,有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。雙極式控制方式的不足之處是:在工作過(guò)程中,4個(gè)開(kāi)關(guān)器件可能都處于開(kāi)關(guān)狀態(tài),開(kāi)關(guān)損耗大,而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故,為了防止直通,在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間,應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。為了克服上述缺點(diǎn),可采用單極式控制,使部分器件處于常通或常斷狀態(tài),以減少開(kāi)關(guān)次數(shù)和開(kāi)關(guān)損耗,提高可靠性,但系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能會(huì)略有降低。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真

仿真可采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法或面向電氣系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法,本文采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)如圖9所示

圖9系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖圖10ASR內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

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