直流斬波可逆調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告直流斬波可逆調(diào)速系統(tǒng)學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：完成時(shí)刻：2020年6月26日前言：電力電子課程設(shè)計(jì)的意義：電力電子課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)程中一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，溫習(xí)鞏固本課程及其他課程的有關(guān)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力的培育和實(shí)踐技術(shù)的訓(xùn)練具有相當(dāng)重要的意義。通過設(shè)計(jì)取得電力電子技術(shù)必要的大體理論、大體分析方式和大體技術(shù)的培育和訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事與電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)有關(guān)的技術(shù)工作和科學(xué)研究打下必然的基礎(chǔ)，也便于學(xué)生加深明白得和靈活運(yùn)用所學(xué)的理論，提高學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，為畢業(yè)后的工程實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。直流斬波可逆調(diào)速系統(tǒng)簡介：自從全控型電力電子器件問世以后，就顯現(xiàn)了采納脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)操縱方式，形成了脈寬調(diào)制變換器直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。與V—M系統(tǒng)相較，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路簡單，需用的功率器件少；開關(guān)頻率高，電流容易持續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)燒都比較??；低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000左右；假設(shè)是與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，那么系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；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)頻率適中時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因此裝置效率高；直流電流采納不控整流，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。由于以上優(yōu)勢直流PWM系統(tǒng)應(yīng)用日趨普遍，專門是在中小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，已完全取代了V—M系統(tǒng)。為達(dá)到更好的機(jī)械特性要求，一樣直流電動(dòng)機(jī)都是在閉環(huán)操縱下運(yùn)行，且常常采納的閉環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流截止負(fù)反饋。目錄：一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 4二、主電路 52.1主電路的設(shè)計(jì) 5主電路器件選擇與參數(shù)計(jì)算 8電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算 8整流電路變壓器的選擇 9電力二極管參數(shù) 10濾波電容選擇 102.2.5MOSFET的選擇 10續(xù)流二極管的選擇 11主電路電感的選擇 11三、緩沖電路與愛惜電路 123.1緩沖電路 12緩沖電路設(shè)計(jì) 12緩沖電路元件選擇 14愛惜電路 15四、驅(qū)動(dòng)電路 17五、操縱策略的選擇 21系統(tǒng)的操縱方式 215.2H型變換器的操縱方式選擇 23操縱電路設(shè)計(jì) 25轉(zhuǎn)速調(diào)劑器， 25電流調(diào)劑器 26波發(fā)生器 26六、系統(tǒng)工作原理分析 28七、波形分析與MATLAB仿真 29八、總結(jié) 34九、參考文獻(xiàn) 35十、附圖 36一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求題目：直流斬波可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：P=1.5KW,U=220V,I=8.7A,N=1500;他逆，勵(lì)磁電壓U=200V,電動(dòng)機(jī)最大起動(dòng)電流倍數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容=1\*GB3①主回路設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算，開關(guān)器件選擇；=2\*GB3②緩沖電路及愛惜電路的設(shè)計(jì)和元件的選擇；=3\*GB3③驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；=4\*GB3④操縱策略選擇；=5\*GB3⑤系統(tǒng)工作原理分析及波形分析。設(shè)計(jì)大體要求依照設(shè)計(jì)題目要求，認(rèn)真溫習(xí)教材，閱讀有關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)手冊及資料，獨(dú)立按時(shí)完成任務(wù)，設(shè)計(jì)說明書要求簡練，通順，計(jì)算正確，圖表、圖紙標(biāo)準(zhǔn)，符合工程設(shè)計(jì)要求。編寫課程設(shè)計(jì)說明書：1.前言2.目錄3.正文4.結(jié)論5.參考文獻(xiàn)。二、主電路2.1主電路的設(shè)計(jì)直流斬波可逆調(diào)速系統(tǒng)第一要取得直流電源，因此在主電路中，要有將電網(wǎng)的交流電變換為直流電的整流電路。整流電路的選擇：整流電路有單相半波、單相全波、單相橋式、三相半波、三相橋式等多種整流電路。其中單相半波整流電路簡單，但變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，造成變壓器鐵心直流磁化，因此不采納；單相全波、單相橋式整流電路也有電路簡單的優(yōu)勢，可是輸出脈動(dòng)大。三相半波整流電路的要緊缺點(diǎn)也是其變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，為此很少應(yīng)用。選擇電容濾波的三相橋式不可控整流電路，其電路圖如下：圖2-1三相橋式不可控整流電路可逆PWM變換器主電路選擇：可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有H型、T型等，T型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡單，組成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋，適用于作為電壓低于50V的電動(dòng)機(jī)的可控電壓源；可是T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求經(jīng)受兩倍的電源電壓，在相同的直流電源電壓下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半。T型電路圖如下：圖2-2T型電路H型電路是事實(shí)上普遍應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個(gè)可控電力電子器件和四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極性電源，所需電力電子器件的耐壓相對(duì)較低，可是組成調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)電樞兩頭浮地。H型電路圖如下：圖2-3H型電路因此整體主電路由電容濾波三相不可控整流電路和H型可逆PWM變換器電路組成。整體主電路圖如下：圖2-3主電路圖主電路器件選擇與參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算PN；UN=220V;UL=200V;最大起動(dòng)電流倍數(shù)為那么有：估算電樞電阻：計(jì)算計(jì)算計(jì)算空載轉(zhuǎn)速計(jì)算啟動(dòng)電流2.2.2整流電路變壓器的選擇=1\*GB3①變壓器變比Ud=220則US=Ud/0.8=取USU2=U考慮到10％的裕量U2二次線圈電流I2Id變比K=UI1=I考慮空載電流取I=2\*GB3②變壓器容量計(jì)算S1=3*US2=3*US=(S1+取變壓器容量為SN=2000=3\*GB3③變壓器連接方式變壓器一次側(cè)接成三角形，幸免3次諧波電流流入電網(wǎng)，變壓器二次側(cè)接成星形，即選用D/Y接法。2.2.3電力二極管參數(shù)=1\*GB3①電力二極管的反向重復(fù)峰值電壓URRM由以上計(jì)算U2V，電力二極管經(jīng)受的反向重復(fù)峰值電壓為倍U2，同時(shí)考慮2—3倍的平安裕量，那么U取URRM=1000V=2\*GB3②電力二極管的正向平均電流IF(AV)該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要適當(dāng)取大些。IDIdIF(AV)=2*I2.2.4濾波電容選擇C1一樣依照放電的時(shí)刻常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一樣不做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000μF以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故取C1為2500μF。電容的額定工作電壓，UN取倍電壓峰值。即：UN=1.5*2UMOSFET的選擇MOSFET所經(jīng)受的最大正反電壓：um=6*U考慮到3倍余量有，MOSFET的電壓定額為：UVT=3通過MOSFET的平均電流為ID=0.9*IN，因此流過MOSFET的電流有效IVT因此，選擇MOSFET的參數(shù)為，其電壓定額為大于等于846V，電流定額大于等于A的MOSFET即可。續(xù)流二極管的選擇=1\*GB3①M(fèi)OSFET所經(jīng)受的最大正反電壓：um=6*U2=考慮到3倍余量有，MOSFET的電壓定額為：UVT=3u=2\*GB3②考慮2倍余量有，續(xù)流二極管額定電流為：IV(AT)=2*0.5*I因此，續(xù)流二極管能夠選擇其額定電壓大于等于A,額定電壓大于等于846V。主電路電感的選擇為保證直流電機(jī)在可逆調(diào)速進(jìn)程中電流持續(xù)范圍比較大，能夠選擇電感值較大的電感，那個(gè)地址咱們選擇30mH的大電感。三、緩沖電路與愛惜電路3.1緩沖電路緩沖電路設(shè)計(jì)加入緩沖電路前后，MOSFET開通與關(guān)斷時(shí)輸出特性如以下圖所示：圖3-1加入緩沖電路后波形MOSFET的經(jīng)常使用緩沖電路有以下兩種形式圖3-2圖3-3=1\*GB3①開通緩沖電路的選擇器件開通時(shí)，串聯(lián)電感能夠抑制電流的上升率di/dt，減少開關(guān)損耗，可是由于電感元器件體積龐大，一樣情形下MOSFET開關(guān)電路的集電極不需要串聯(lián)電感，其開通損耗能夠通過改善柵極驅(qū)動(dòng)條件來加以改善。=2\*GB3②關(guān)斷緩沖電路結(jié)構(gòu)的選擇一樣而言，在橋式功率電路中，應(yīng)該選擇橋式緩沖電路，以簡化電路結(jié)構(gòu)，改善緩沖成效。關(guān)于不同功率品級(jí)的應(yīng)用，應(yīng)考慮選擇不同的緩沖電路結(jié)構(gòu)，盡可能使電路結(jié)構(gòu)簡化。在中小功率容量的應(yīng)用中，往往可并聯(lián)一個(gè)吸收電容。假設(shè)線路電感較小，也能夠只在直流側(cè)加du/dt抑制電路。設(shè)計(jì)如以下圖所示的緩沖電路圖3-4MOSFET橋型接法緩沖電路3.1.2緩沖電路元件選擇為了避免因電路存在雜散電感Ls而產(chǎn)生的瞬時(shí)過電壓，應(yīng)在漏極和源極兩頭采納RC緩沖電路進(jìn)行過電壓的愛惜。如以下圖所示，用于MOSFET漏源過電壓愛惜的緩沖電路的電路圖。該電路中利用電容兩頭電壓不能突變的特點(diǎn)，來起到緩沖作用。其中所串的電阻R緩沖二極管的選擇：緩沖二極管是RCD緩沖電路中的關(guān)鍵器件。緩沖二極管的選擇錯(cuò)誤，可能產(chǎn)生較高的尖峰電壓并在緩沖二極管反向恢復(fù)時(shí)，電壓產(chǎn)生震蕩。緩沖二極管必需選擇快恢復(fù)二極管，要選擇過渡正向電壓低、逆向恢復(fù)時(shí)刻短、逆向恢復(fù)特性較軟的快恢復(fù)二極管。關(guān)于額定電流，至少不小于主電路期間的1/10。因此選擇額定電流為2A的快恢復(fù)二極管。緩沖電容的選擇：緩沖電容及緩沖電阻的取值可實(shí)驗(yàn)確信也能夠參考工程手冊。緩沖電容要選用高頻特性優(yōu)良的電容如薄膜電容器。一樣而言，除需要知足必需的電壓品級(jí)之外，緩沖電容所必需的容量值可按下式估算Cs=公式中：L是主電路的散布電感；I0是MOSFET關(guān)斷時(shí)的集電極電流；UCEF是緩沖電容電壓的最終值；U緩沖電阻的選擇：關(guān)于緩沖電阻性能的要求是：在MOSFET進(jìn)行關(guān)斷動(dòng)作時(shí)，能將緩沖電容上積聚的電荷及時(shí)放電。若是將緩沖電阻值設(shè)定得太低，緩沖電路中可能產(chǎn)生振蕩。MOSFET關(guān)斷時(shí)，以放電90％的積聚電荷為條件，能夠用以下公式估算出緩沖電阻值RS≤公式中：f是功率期間的開關(guān)頻率。愛惜電路愛惜電途經(jīng)電壓愛惜、過電流愛惜、短路愛惜。主電路中過電壓主若是泵升電壓問題，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)由于減速等緣故此處于再生制動(dòng)狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所貯存的機(jī)械能會(huì)通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，并通過功率器件回饋到直流母線側(cè)。這些能量一樣貯存在功率主電路的儲(chǔ)能元件中，如不存在能量釋放電路，將會(huì)致使直流母線側(cè)電壓升高，升高的這部份電壓稱為泵升電壓。除此之外，還存在由于功率器件開關(guān)所致使的瞬時(shí)過電壓。瞬時(shí)過電壓主若是關(guān)斷過電壓和換相過電壓。關(guān)斷過電壓是在主功率器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩頭感應(yīng)出的過電壓；換相過電壓是與主功率器件反方向并聯(lián)的二極管在換相終止后不能當(dāng)即恢復(fù)阻斷，有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩頭感應(yīng)出過電壓。過電壓愛惜電路英具有抑制以上各類過電壓的能力。過電流愛惜電途經(jīng)電流愛惜能夠分為過載愛惜和短路愛惜兩種情形。功率主電路中串聯(lián)快速熔斷器，快速熔斷器作為第一愛惜方法，一樣僅在短路電流較大的區(qū)域起到愛惜作用。有電流檢測環(huán)節(jié)、比較器、交流接觸器及其線圈操縱電路等組成過電流愛惜電路，一樣的方式是，當(dāng)檢測電流為非正常過載電流使比較器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而切斷交流接觸器的操縱線圈通電回路，使交流接觸器斷開，從而實(shí)現(xiàn)主電路與電源的完全分?jǐn)?。在如此的過電流愛惜電路中，一樣需要通過光電耦合電路將交流接觸器操縱線圈的驅(qū)動(dòng)電路和其愛惜電路隔離。愛惜電路圖如以下圖所示：圖3-5愛惜電路接線圖四、驅(qū)動(dòng)電路鑒于對(duì)mosfet的驅(qū)動(dòng)，由于其開關(guān)速度快，工作頻率高，且為電壓驅(qū)動(dòng)，選擇驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，最重要的是選擇其驅(qū)動(dòng)頻率能夠知足要求，正常的驅(qū)動(dòng)mosfet管。因此在那個(gè)地址咱們選用光耦合器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由于TLP521工作頻率低，工作速度慢，轉(zhuǎn)換電流大等緣故，而高速耦合器6N137能夠克服以上的缺點(diǎn)，因此咱們選擇了6N137作為本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)芯片。光耦合器的優(yōu)勢：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無阻礙，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)固，無觸點(diǎn)，利用壽命長，傳輸效率高。光耦合器現(xiàn)已普遍用于電斷氣緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)距離離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可組成光耦反饋電路，通過調(diào)劑操縱端電流來改變占空比，達(dá)到周密穩(wěn)壓目的。光耦合器的性能：用于傳遞模擬信號(hào)的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當(dāng)有電流通過發(fā)光二極管時(shí)，便形成一個(gè)光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強(qiáng)弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號(hào)來傳輸，因此兩部份之間在電氣上完全隔離，沒有電信號(hào)的反饋和干擾，故性能穩(wěn)固，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf左右）、耐壓高左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部份供電電源間的絕緣電阻。另外，因其輸入電阻?。s10Ω），對(duì)高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。因此，由光耦合器組成的模擬信號(hào)隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。6N137驅(qū)動(dòng)芯片介紹：6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850nm波長AlGaAsLED和一個(gè)集成檢測器組成，其檢測器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。特性：①轉(zhuǎn)換速度高達(dá)10MBit/s;②擺率高達(dá)10kV/us;③扇出系數(shù)為8;④邏輯電平輸出;⑤集電極開路輸出;6N137的工作原理及用法：圖4-16N137內(nèi)部結(jié)構(gòu)6N137的結(jié)構(gòu)原理如下圖，信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏二極管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閾值或使能為低時(shí)，輸出高電平，腳6是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻RL。盡管輸出地址平常可吸收電路達(dá)13mA，但仍應(yīng)當(dāng)依照后級(jí)輸入電路的需要選擇阻值。因?yàn)殡娮柽^小會(huì)使6N137耗電增大，加大對(duì)電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個(gè)模塊的電源，乃至把尖峰噪聲帶到地線上。一樣可選歐姆，假設(shè)后級(jí)是TTL輸入電路，且只有1到2個(gè)負(fù)載，那么用47k歐姆或15k歐姆也行。利用中6N137有兩種邏輯輸出，簡單原理如以下圖所示，假設(shè)以腳2為輸入，腳3接地，那么相當(dāng)于非門的傳輸，假設(shè)希望在傳輸進(jìn)程中不改變邏輯狀態(tài)，那么從腳3輸入，腳2接高電平。其中RF為限流電阻，一樣可取500歐姆左右。需要注意的是，在6N137光耦合器的電源管束旁應(yīng)有一個(gè)的去耦電容。在選擇電容類型時(shí)，應(yīng)盡可能選擇高頻特性好的額電容器，如陶瓷電容或鉭電容，而且盡可能靠近6N137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再接上拉電阻。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中咱們選擇邏輯傳輸狀態(tài)不變的接法，級(jí)3腳接輸入，2腳接高電平，用RF進(jìn)行限流，選擇470歐姆的限流電阻。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中咱們選擇邏輯傳輸狀態(tài)不變的接法，級(jí)3腳接輸入，2腳接高電平，用RF進(jìn)行限流，選擇470歐姆的限流電阻。接法如以下圖所示：圖4-26N137接線圖五、操縱策略的選擇系統(tǒng)的操縱方式直流斬波可逆調(diào)速系統(tǒng)的操縱方式有開環(huán)操縱、速度反饋單閉環(huán)操縱、速度電流雙閉環(huán)操縱等，一下比較各類操縱方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最正確操縱方案。開環(huán)操縱開環(huán)系統(tǒng)的原理框圖如下：速度給定電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)器PWM發(fā)生器速度控制器電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)器PWM發(fā)生器速度控制器圖5-1開環(huán)操縱系統(tǒng)原理圖開環(huán)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：開環(huán)操縱系統(tǒng)的輸出量不反送到輸入端參與操縱，即輸出速度與輸入速度給定之間沒有任何直接的聯(lián)系。開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、輸入量與輸出量之間的關(guān)系是固定的。在內(nèi)部參數(shù)和外部負(fù)載等干擾因素不大的情形下，能夠采納開環(huán)操縱系統(tǒng)?？墒?，當(dāng)各類無法估量的擾動(dòng)因素，是被調(diào)量產(chǎn)生的誤差超過許諾的限度時(shí)，那么不能采納開環(huán)操縱而要采納閉環(huán)操縱系統(tǒng)。速度反饋單閉環(huán)操縱系統(tǒng)速度反饋單閉環(huán)操縱系統(tǒng)原理框圖如下：速度給定速度輸出速度反饋速度控制器PWM發(fā)生器H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器速度反饋速度控制器PWM發(fā)生器H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器圖5-2速度反饋單閉環(huán)操縱系統(tǒng)原理圖速度反饋單閉環(huán)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性較軟，知足不了較高的調(diào)速要求，依照生產(chǎn)工藝要求，通常對(duì)某些生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動(dòng)裝置提出更高的要求，速度反饋單閉環(huán)系統(tǒng)提高了系統(tǒng)靜態(tài)特性的硬度?？墒怯捎陔妱?dòng)機(jī)機(jī)械慣性大，因此速度反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)反映速度慢，存在調(diào)劑滯后、延時(shí)的問題。速度、電流雙閉環(huán)操縱系統(tǒng)速度、電流雙閉環(huán)操縱系統(tǒng)原理框圖如下：電流反饋ACRASRH橋驅(qū)動(dòng)器PWM發(fā)生器電機(jī)速度反饋速度給定速度、電流輸出電流反饋ACRASRH橋驅(qū)動(dòng)器PWM發(fā)生器電機(jī)速度反饋圖5-3速度、電流雙閉環(huán)操縱系統(tǒng)原理圖速度、電流反饋雙閉環(huán)操縱系統(tǒng)特點(diǎn)速度、電流反饋的雙閉環(huán)操縱系統(tǒng)專門好的知足了動(dòng)、靜態(tài)性能，因此一樣動(dòng)、靜態(tài)性能較好的調(diào)速系統(tǒng)都是采納轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)操縱方案。5.2H型變換器的操縱方式選擇H型變換器在操縱方式上分為雙極式、單極式和受限單極式，一下分析各類方式的特點(diǎn)，并選擇一種適合的操縱方式。（1）雙極式可逆PWM變換器

圖5-4PWM變換器四個(gè)電力晶體管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中兩個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓波形相同，即Ub1=Ub4，VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷；Ub2=Ub3，VT2和VT3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。而且Ub1，Ub4和Ub2，Ub3相位相反，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)VT1，VT4和VT2，雙極式可逆PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)是：電流一定連續(xù)，可以使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限動(dòng)行；電動(dòng)機(jī)停止時(shí)的微振交變電流可以消除靜摩擦死區(qū)；低速時(shí)由于每個(gè)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬而有利于折可靠導(dǎo)通；低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速范圍。雙極式可逆PWM變換器存在如下缺點(diǎn)；在工作過程中，四個(gè)電力電子器件都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且容易發(fā)生上、下兩只電力電子器件直通的事故，降低了設(shè)備的可靠性。（2）單極式可逆PWM變換器

單極式可逆PWM變換器和雙極式變換器在電路構(gòu)成上完全一樣，不同之處在于驅(qū)動(dòng)信號(hào)不一樣。左邊兩個(gè)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub1=-Ub2，具有和雙極式一樣的正、負(fù)交替的脈沖波形，使VT1和VT2交替導(dǎo)通；右邊兩個(gè)器件VT3、VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)則按電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向施加不同的控制信號(hào)：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，使Ub3恒為負(fù)，Ub4恒為正，VT3截止VT4常通；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，則使Ub3恒為正，（3）受限單極式可逆PWM變換器單極式變換器在減少開關(guān)損耗和提高靠得住性方面比雙極式比雙極式變換器好，可是仍是有一對(duì)晶體管VT1和VT2交替導(dǎo)通和關(guān)斷，仍有電源直通的危險(xiǎn)。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，在0≤t≤ton期間，VT2是一直截止的。一樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，讓Ub1恒受限單極式可逆變換器在負(fù)載較重時(shí)，電流id在一個(gè)方向內(nèi)持續(xù)轉(zhuǎn)變，所有電壓、電流波形都和一樣單極式變換器一樣?？墒窃谪?fù)載較輕時(shí)，由于有兩個(gè)晶體管一直處于截止?fàn)顟B(tài)，不肯能導(dǎo)通，因此可不能顯現(xiàn)電流變向的情形，在持續(xù)期間電流衰減到零時(shí)，波形便中斷了，這是電樞兩頭電壓跳變到UAB=E,這種輕載電流斷續(xù)的現(xiàn)象將使變換器的外特性變軟。它使通過綜合比較，雙極式可逆PWM變換器的操縱方式簡單，利集成芯片SG3525、SG3524等能夠方便實(shí)現(xiàn)，且能夠保證上下MOSFET不同時(shí)導(dǎo)通，即保證了靠得住性。操縱電路設(shè)計(jì).1轉(zhuǎn)速調(diào)劑器，轉(zhuǎn)速調(diào)劑器，轉(zhuǎn)速反饋電路圖如下，由測速發(fā)電機(jī)取得的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波。圖5-5轉(zhuǎn)速調(diào)劑器電流調(diào)劑器由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不阻礙調(diào)劑器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示。電流調(diào)劑器如以下圖所示：圖5-6電流調(diào)劑器PWM波發(fā)生器設(shè)計(jì)PWM波發(fā)生器由專用的PWM操縱芯片SG3525為核心組成，操縱電路輸出占空比可調(diào)的矩形波，其占空比受uco其具體接線圖如下：其中uco是給定與速度反饋比較后經(jīng)ACR，其輸出與電流反饋比較通過ASR，其輸出即為圖5-7PWM波發(fā)生電路六、系統(tǒng)工作原理分析圖6-1主電路圖圖6-2操縱電路圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如上圖所示。在該雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中主電路采納H橋式電路，操縱電路中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)劑器，轉(zhuǎn)速調(diào)劑器的輸出看成電流調(diào)劑器的輸入，電流調(diào)劑器的輸出操縱直流斬波器的觸發(fā)裝置，從而對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行可逆調(diào)速。電流調(diào)劑器在里面稱作內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)劑器在外面稱作外環(huán)，如此就形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了取得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)劑器都采納PI調(diào)劑器。轉(zhuǎn)速調(diào)劑器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)劑器，它使轉(zhuǎn)速跟從其給定電壓轉(zhuǎn)變，穩(wěn)態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)變起抗擾作用，其輸出限幅值決定電機(jī)許諾的最大電流。電流調(diào)劑器使電流牢牢跟從其給定電壓轉(zhuǎn)變，對(duì)電網(wǎng)電