1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………………………2</p><p>　　第二章 直流調速系統(tǒng)的方案設計 ……………………………………………3</p><p>　　2.1設計技術指標要求 ……………………………………………………………………3</p

2、><p>　　2.2 現行方案的討論與比較 ………………………………………………………………3</p><p>　　2.3 選擇PWM控制調速系統(tǒng)的理由 ………………………………………………………4</p><p>　　2.4 采用轉速、電流雙閉環(huán)的理由…………………………………………………………4</p><p>　　第三章 PWM控制

3、直流調速系統(tǒng)主電路設計 …………………………………5</p><p>　　3.1 主電路結構設計 ………………………………………………………………………5</p><p>　　3.1.1 PWM變換器介紹 ……………………………………………………………………5</p><p>　　3.1.2 泵升電路 ………………………………………………………………………

4、…10</p><p>　　3.2 參數設計………………………………………………………………………………11</p><p>　　3.2.1 IGBT管的參數………………………………………………………………………11</p><p>　　3.2.2 緩沖電路參數 ………………………………………………………………………11</p><p>　

5、　3.2.3 泵升電路參數 ………………………………………………………………………12</p><p>　　第四章 PWM控制直流調速系統(tǒng)控制電路設計 ………………………………12</p><p>　　4.1 檢測環(huán)節(jié) ………………………………………………………………………………12</p><p>　　4.1.1電流檢測環(huán)節(jié) …………………………………………

6、……………………………12</p><p>　　4.1.2 電壓檢測環(huán)節(jié) ………………………………………………………………………16</p><p>　　4.2 調節(jié)器的選擇與調整 …………………………………………………………………17</p><p>　　4.2.1調節(jié)器限幅 …………………………………………………………………………17</p>&

7、lt;p>　　4.2.2 調節(jié)器鎖零 …………………………………………………………………………17</p><p>　　4.3 系統(tǒng)的給定電源、給定積分器 ………………………………………………………17</p><p>　　4.3.1 給定電源GS…………………………………………………………………………17</p><p>　　4.3.2 給定積分器 ………

8、…………………………………………………………………18</p><p>　　4.4 觸發(fā)電路的確定 ………………………………………………………………………18</p><p>　　4.4.1 選用觸發(fā)電路時須考慮的因素……………………………………………………18</p><p>　　4.4.2 觸發(fā)電路同步電壓的選取…………………………………………………………

9、19</p><p>　　第五章 課程設計原始數據………………………………………………………21</p><p>　　第六章 參數計算 ………………………………………………………………21</p><p>　　6.1 電流調節(jié)器的設計………………………………………………………………………21</p><p>　　6.2 速度調節(jié)器設計

10、 ………………………………………………………………………22</p><p><b>　　課程設計總結</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　在電氣時代的今天，電動機在工農業(yè)生產、人們日常生活

11、中起著十分重要的作用。直流電機是最常見的一種電機，在各領域中得到廣泛應用。研究直流電機的控制和測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電機調速問題一直是自動化領域比較重要的問題之一。不同領域對于電機的調速性能有著不同的要求，因此，不同的調速方法有著不同的應用場合。</p><p>　　本文基于PWM的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)進行了研究，并設計出應用于直流電動機的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)。首先描述了變頻器

12、的發(fā)展歷程，提出了PWM調速方法的優(yōu)勢，指出了未來PWM調速方法的發(fā)展前景，點出了研究PWM調速方法的意義。應用于直流電機的調速方式很多，其中以PWM變頻調速方式應用最為廣泛，而PWM變頻器中，H型PWM變頻器性能尤為突出，作為本次設計的基礎理論，本文將對PWM的理論進行詳細論述。在此基礎上，本文將做出SG3525單片機控制的H型PWM變頻調速系統(tǒng)的整體設計，然后對各個部分分別進行論證，力圖在每個組成單元上都達到最好的系統(tǒng)性能。

13、 </p><p>　　關鍵詞：直流調速 ；雙閉環(huán) ；PWM ；SG3525 ；直流電機</p><p>　　第二章 直流調速系統(tǒng)的方案設計</p><p>　　2.1 設計技術指標要求</p><p><b>　　1.直流電動機：</b></p><p>　　額定功率 Pe=11KW；額定電

14、壓 Ue=230V</p><p>　　額定電流 Ie=47.8A；額定轉速 ne=1450r/min</p><p>　　電樞回路總電阻 R=1.8 ;</p><p>　　電磁時間常數 Tl=0.00278s;</p><p>　　機電時間常數 Tm=0.2015s；</p><p>　　電動勢系數 C=0.129

15、0V/（r.min-1 )</p><p>　　2.調速范圍：1：1200</p><p>　　3.起動時超調量：電流超調量:；轉速超調量: </p><p>　　2.2 現行方案的討論與比較</p><p>　　直流電動機的調速方法有三種：    （1）調節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定

16、電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉速向下變速，屬恒轉矩調速方法。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時間常數較小，能快速響應，但是需要大容量可調直流電源。    （2）改變電動機主磁通。改變磁通可以實現無級平滑調速，但只能減弱磁通進行調速（簡稱弱磁調速），從電機額定轉速向上調速，屬恒功率調速方法。變化時間遇到的時間常數同變化遇到的相比要大得多，響應速度較慢，但所

17、需電源容量小。    （3）改變電樞回路電阻R。在電動機電樞回路外串電阻進行調速的方法，設備簡單，操作方便。但是只能進行有級調速，調速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么調速作用；還會在調速電阻上消耗大量電能。    改變電阻調速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調速性能要求不高或低速運轉時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調速范圍不大

18、，往往是和調壓調速配合使用，在額定轉速以上作小范圍的升速。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動控制的直</p><p>　　改變電樞電壓調速是直流調速系統(tǒng)采用的主要方法，調節(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以下三種：（1）旋轉變流機組。用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如

19、汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產生可調的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調制的方法產生可調的直流平均電壓。</p><p>　　2.3 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由</p><p>　　脈寬調制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強的單片集成PW

20、M控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調制器的設計及調試，故獲得廣泛使用。</p><p>　　PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ：</p><p>　　1） PWM調速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。2） 開關頻率高，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，調速范圍廣，可達到1：10000左右

21、。4） 如果可以與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強。5） 功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。

22、 6） 直流電源采用不可控整流時，電網功率因數比相控整流器高。 </p><p&

23、gt;　　2.4 采用轉速電流雙閉環(huán)的理由</p><p>　　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)內部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產生相應的控制作用去消除偏差。因此，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)。</p><p>　　單閉環(huán)速度反饋調速系統(tǒng)，采

24、用PI控制器時，可以保證系統(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)過程的電流或轉矩。另外，單閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性較差，當電網電壓波動時，必須待轉速發(fā)生變化后，調節(jié)作用才能產生，因此動態(tài)誤差較大。</p><p>　　在要求較高的調速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動

25、制動；二是能夠快速克服負載、電網等干擾。通過分析發(fā)現，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速，然后電樞電流立即降至負載電流值。如果要求快速克服電網的干擾，必須對電樞電流進行調節(jié)。</p><p>　　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，組成轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)

26、。</p><p>　　第三章 PWM控制直流調速系統(tǒng)主電路設計</p><p>　　3.1 主電路結構設計 </p><p>　　3.1.1 PWM變換器介紹</p><p>　　脈寬調速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調制式變換器，簡稱PWM變換器。PWM變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。

27、下面分別對各種形式的PWM變換器做一下簡單的介紹和分析。</p><p>　　不可逆PWM變換器分為無制動作用和有制動作用兩種。圖2-1（a）所示為無制動作用的簡單不可逆PWM變換器主電路原理圖，其開關器件采用全控型的電力電子器件。電源電壓一般由交流電網經不可控整流電路提供。電容C的作用是濾波，二極管VD在電力晶體管VT關斷時為電動機電樞回路提供釋放電儲能的續(xù)流回路。</p><p>　　

28、圖2-1 簡單的不可逆PWM變換器電路</p><p>　?。╝）原理圖 （b）電壓和電流波型</p><p>　　電力晶體管VT的基極由頻率為f，其脈沖寬度可調的脈沖電壓驅動。在一個開關周期T內，當時，為正，VT飽和導通，電源電壓通過VT加到電動機電樞兩端；當時，為負，VT截止，電樞失去電源，經二極管VD續(xù)流。電動機電樞兩端的平均電壓為  &

29、#160;  式中，——PWM電壓的占空比，又稱負載電壓系數。的變化范圍在0～1之間，改變，即可以實現對電動機轉速的調節(jié)。 圖2-1（b）繪出了穩(wěn)態(tài)時電動機電樞的脈沖端電壓、平均電壓和電樞電流的波型。由圖可見，電流是脈動的，其平均值等于負載電流（——負載轉矩， ——直流電動機在額定磁通下的轉矩電流比）。    由于VT在一個周期內具有開關兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也

30、分為兩階段，即</p><p>　　在期間 在期間     式中，R，L——電動機電樞回路的總電阻和總電感；E——電動機的反電動勢。    PWM調速系統(tǒng)的開關頻率都較高，至少是1～4kHz，因此電流的脈動幅值不會很大，再影響到轉速n和反電動勢E的波動就更小，在分析時可以忽略不計，視 n和E為恒值。&l

31、t;/p><p>　　這種簡單不可逆PWM電路中電動機的電樞電流不能反向，因此系統(tǒng)沒有制動作用，只能做單向限運行，這種電路又稱為“受限式”不可逆PWM電路。這種PWM調速系統(tǒng)，空載或輕載下可能出現電流斷續(xù)現象，系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能均差。</p><p>　　圖2-2（a）所示為具有制動作用的不可逆PWM變換電路，該電路設置了兩個電力晶體管VT1和VT2，形成兩者交替開關的電路，提供了反向電流的通

32、路。這種電路組成的PWM調速系統(tǒng)可在第I、II兩個象限中運行。    VT1和VT2的基極驅動信號電壓大小相等，極性相反，即。當電動機工作在電動狀態(tài)時，在一個周期內平均電流就為正值，電流分為兩段變化。</p><p>　　在期間，為正，VT1飽和導通；為負，VT2截止。此時，電源電壓加到電動機電樞兩端，電流沿圖中的回路１流通。在期間，和改變極性，VT1截止，原方向的電流沿

33、回路2經二極管VD2續(xù)流，在VD2兩端產生的壓降給VT2施加反壓，使VT2不可能導通。因此，電動機工作在電動狀態(tài)時，一般情況下實際上是電力晶體管VT1和續(xù)流二極管VD2交替導通，而VT2則始終不導通，其電壓、電流波型如圖2-2（b）所示，與圖2-1沒有VT2的情況完全一樣。    如果電動機在電動運行中要降低轉速，可將控制電壓減小，使的正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使電動機電樞兩端的平均電壓降低。

34、但是由于慣性，電動機的轉速n和反電動勢E來不及立刻變化，因而出現的情況。這時電力晶體管VT2能在電動機制動中起作用。在期間，VT2在正的和反電動勢E的作用下飽和導通，由E－產生的反向電流沿回路3通過VT2流通，產生能耗制動，一部分能量消耗在回路電阻上，一部分轉化為磁場能存儲在回路電感中，直到t=T為止。在（也就是）期間，因變負，VT2截止，只能沿回路4經二極管VD1續(xù)流，對電源回饋制動，同時在VD1上產生的壓降使VT1承受反壓而不能導通

35、。在整個</p><p>　　圖2-2 具有制動作用的不可逆PWM變換電路</p><p>　　這種電路構成的調速系統(tǒng)還存在一種特殊情況，即在電動機的輕載電動狀態(tài)中，負載電流很小，在VT1關斷后（即期間）沿回路2徑VD2的續(xù)流電流很快衰減到零，如在圖2-2（d）中的期間的時刻。這時VD2兩端的壓降也降為零，而此時由于為正，使VT2得以導通，反電動勢E經VT2沿回路3流過反向電流，產生局部時

36、間的能耗制動作用。到了期間，VT2關斷，又沿回路4經VD1續(xù)流，到時衰減到零，VT1在作用下因不存在而反壓而導通，電樞電流再次改變方向為沿回路１經VT1流通。在一個開關周期內，VT1、VD1、VT2、VD1四個電力電子開關器件輪流導通，其電流波形示圖2-2（d）。    綜上所述，具有制動作用的不可逆PWM變換器構成的調速系統(tǒng)，電動機電樞回路中的電流始終是連續(xù)的；而且，由于電流可以反向，系統(tǒng)可以

37、實現二象限運行，有較好的靜、動態(tài)性能。   可逆PWM變換器主電路的結構形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖2-3所示，圖中（a）為T型PWM變換器電路，（b）為H型PWM變換器電路。</p><p>　　圖2-3 可逆PWM變換器電路 </p><p>　?。╝）T型　　 （b）H型</p&g

38、t;<p>　　T型電路由兩個可控電力電子器件和與兩個續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡單，構成系統(tǒng)時便于引出反饋，適用于作為電壓低于50V的電動機的可控電壓源；但是T型電路需要正負對稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求承受兩倍的電源電壓，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。H型電路是實際上廣泛應用的可逆PWM變換器電路，它由四個可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個續(xù)流二極管組成的橋

39、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較低，但是構成調速系統(tǒng)的電動機電樞兩端浮地。    H型變換器電路在控制方式上分為雙極式、單極式和受限單極式三種，本次設計我們選擇雙極式H型可逆PWM變換器。主電路如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 H橋主電路</p><p>　　3.1.2 泵升電路</p>

40、<p>　　當脈寬調速系統(tǒng)的電動機轉速由高變低時（減速或者停車），儲存在電動機和負載轉動部分的動能將變成電能，并通過PWM變換器回饋給直流電源。當直流電源功率二極管整流器供電時，不能將這部分能量回饋給電網，只能對整流器輸出端的濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱作“泵升電壓”。過高的泵升電壓會損壞元器件，因此必須采取預防措施，防止過高的泵升電壓出現?？梢圆捎糜煞至麟娮鑂和開關元件（電力電子器件）VT組成的泵升電壓限制電路，如圖2

41、-6所示。 </p><p>　　圖2-6 泵升電壓限制電路</p><p>　　當濾波電容器C兩端的電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許數值時，VT導通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。這種辦法簡單實用，但能量有損失，且會使分流電阻R發(fā)熱，因此對于功率較大的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在分流電路中接入逆變，把一部分能量回饋到電網中去。但這樣系統(tǒng)就比較復雜了，我們就不選擇這種方式了。</p&

42、gt;<p><b>　　3.2 參數設計</b></p><p>　　3.2.1 IGBT管的參數</p><p>　　IGBT（Insulated Gate Bipolor Transistor）叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開關性能和雙極動作的高耐壓、大電流容量的兩種特點。其開關速度可達1mS，額定電流密度100A/cm2

43、，電壓驅動，自身損耗小。其符號和波形圖如圖2-6所示。設計中選的IGBT管的型號是IRGPC50U,它的參數如下：</p><p>　　管子類型：NMOS場效應管</p><p>　　極限電壓Vm：600V極限電流Im：27 A耗散功率P：200 W </p><p>　　額定電壓U：220V</p><p>　　額定電流I：1.2A&l

44、t;/p><p>　　圖2-7 IGBT信號及波形圖</p><p>　　3.2.2 緩沖電路參數</p><p>　　如圖2-3(b)所示，H橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。 IGBT的緩沖電路功能側重于開關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30-50kHz；因此很小的電路電感就可能引起頗大的，從而產生過電壓，危及IGBT的安全。逆

45、變器中IGBT開通時出現尖峰電流，其原因是由于在剛導通的IGBT負載電流上疊加了橋臂中互補管上反并聯的續(xù)流二極管的反向恢復電流，所以在此二極管恢復阻斷前，剛導通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時貫穿短路，使出現尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯緩沖電路，或放大IGBT的容量。</p><p>　　緩沖電路參數：經實驗得出緩沖電路電阻R=10K；電容。</p><p>　　3.2.3 泵升電路參

46、數</p><p>　　如圖2-6所示，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。</p><p>　　泵升電路中電解電容選取C=2000；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U 型號的IGBT管；電阻選取R=20。</p><p>　　第四章PWM控制直流調速系統(tǒng)控制電路設計</p><p><b>　　4.1

47、 檢測環(huán)節(jié)</b></p><p>　　4.1.1電流檢測環(huán)節(jié)</p><p>　　電流反饋環(huán)節(jié)的輸入信號是主電路的電流量，經變換后獲得輸出為直流電壓的反饋量，根據電流反饋環(huán)節(jié)的組成，常用的電流反饋方式和檢測元件有下面幾種：</p><p>　　1.利用整流橋直流側的電阻作檢測元件</p><p>　　在主電路直流側串接低阻值電

48、阻以取得電流檢測信號，如圖4-1所示。這種電流檢測方法，在電阻上會產生壓降或損耗。有時可利用電動機的換向繞組和補償繞組上的壓降作為電流信號。上述方法主電路與控制電路在電路上需接入電流隔離器。將作為隔離輸入信號，隔離器的輸出再作為電流反饋信號。</p><p>　　2.以交流電流互感器作為檢測元件</p><p>　　對于整流電路而言，輸出的直流電流與交流側的輸入電流有一定的關系，即<

49、/p><p>　　式中，為與整流電路型式有關的比例關系，如三相橋式電路，。</p><p>　　所以可以采用交流電流互感器檢測，然后經整流后獲得，以反映直流電流的大小，但不反映電流極性。這種檢測方式線路簡單、經濟、隔離性好，得到廣泛應用。</p><p>　　電流互感器的聯接方法，在單相電路中其聯接比較簡單在三相電路中，一般有兩種，Y形（用三臺電流互感器）和V形（用兩臺

50、）聯結，線路見圖4-2。</p><p>　　對于定型生產的電流互感器，額定容量是10（或15）VA，二次電流是5A，允許負載電阻很小，得不到一般控制系統(tǒng)所需10V以上的電壓，故應采用LZK-1系列控制專用電流互感器。在200A以上的大容量系統(tǒng)中，常采用在標準互感器后面再加一級5A：0.1A的互感器，以擴大互感器變壓比，使二次電流減小，負載電阻可達200Ω以上，可滿足系統(tǒng)對反饋信號電壓較大的要求。線路見圖4-3。

51、使用交流互感器應注意下面幾點：</p><p>　　1)交流互感器一次電流應根據整流裝置輸出最大電流來選擇。</p><p>　　2)工作時二次繞組不允許開路，以防人身和設備事故。 </p><p>　　3)二次繞組一端應接地．</p><p>　　4)帶負載情況下，拆除二次繞組時，首先應將其短路．</p><p&

52、gt;　　5)具有續(xù)流二極管的半控橋式整流電路不能采用交流檢測．</p><p>　　6)交流互感器正常工作時不允許飽和。如在三相零式整流電路中采用交流側檢測方案，則電流互感器應改為曲折聯接，以免引起交流互感器的直流磁化而無法工作。</p><p>　　3．以直流電流互感器作為檢測元件</p><p>　　直流電流互感器實際上是一個由交、直流同時控制的磁性元件，直流

53、電流變化時，磁路中的磁化狀態(tài)發(fā)生變化，從而使其二次側交流輸出量發(fā)生改變，然后經整流后得到反饋信號。圖4－5是其兩種形式的聯結方式。</p><p>　　采用直流互感器檢測比交流互感器復雜，快速性稍差．但它用一臺直流互感器取代三臺交流互感器，使檢測裝置大為簡化，且輸出信號功率大，具有電氣隔離．目前國內定型生產的BLZ系列產品已被廣泛應用。</p><p>　　4．以霍爾效應電流變換器作為檢測

54、元件</p><p>　　霍爾變換器的線性度好、無慣性、裝置簡單，但是輸出電壓一般為mV級，使用時須附加電壓放大器。此外由于霍爾元件薄而脆，安裝和使用時須特別小心，并應采取措施防止外界電磁干擾。其線路原理可參閱有關專業(yè)書刊。</p><p>　　由此可見，系統(tǒng)對于電流反饋環(huán)節(jié)的基本要求是：</p><p>　　1)電流反饋信號要保證10V左右。信號大小取決于轉速調節(jié)

55、器ASR輸出限幅值的整定，即 。</p><p>　　2)對電流反饋信號要求進行濾波，濾掉交流分量。但濾波時間常數不得過大，否則將使電流環(huán)的等效時間常數過大，限制了電流環(huán)頻帶的展寬，影響電流響應的快速性．為抵消電流反饋通道濾波慣性的影響，在電流調節(jié)器給定通道需設置給定濾波環(huán)節(jié)。并使兩者時間常數大小相等。見圖4－6。 </p><p>　　4.1.2電壓檢測環(huán)節(jié) </p>

56、;<p>　　在調速系統(tǒng)中常用整流裝置主回路的直流電壓作為電壓反饋信號，最簡單的方法是在盡量靠近電動機電樞兩端的位置（主回路平波電抗器之后），直接引出直流電壓反饋信號，但其輸入與輸出之間沒有電氣隔離，容易造成事故。這種方法只適用于小容量系統(tǒng)中。 </p><p>　　在較大容量系統(tǒng)中，主回路直流電壓都在數百伏以上，而控制回路電壓一般都在±15v左右，故必須設置直流電壓隔離器。利用直流

57、電壓隔離器，將輸入的直流電壓U_調制成方波，通過變壓器的磁耦合，再將交流方波解調成較小的直流反饋信號，如圖4－7所示。</p><p>　　直流電壓隔離器常用的有二極管開關型、三極管開關型和利用晶閘管(1A以下)的反向開關特性組成的晶閘管型電壓隔離器。前兩種，不僅能反映直流電壓大小，又能反映電壓方向，故既可用于不可逆調速系統(tǒng)，也適用于可逆系統(tǒng)；而后者僅能反映電壓大小，故只能用于不可逆系統(tǒng)。由于后者具有電路簡單、調

58、整方便、線性度好等特點，故在不可逆系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。</p><p>　　4.2 調節(jié)器的選擇與調整</p><p>　　作為系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)的調節(jié)器，是控制電路的關鍵部件，在系統(tǒng)中使用各種類型的調節(jié)器可實現輸入輸出的P、I、D、PI、PD、PID等多種運算關系。調節(jié)器的選擇與參數整定是系統(tǒng)設計中極其重要的一環(huán)，它對系統(tǒng)靜、動態(tài)性能指標的優(yōu)劣起著決定作用。調速系統(tǒng)對調節(jié)器的一般要求是：

59、 </p><p>　　1) 節(jié)器須能夠調零，如果調節(jié)器在比例狀態(tài)下不能調零，當輸入為零時，輸出較大，則應更換器件。</p><p>　　2) 過調整消振電路參數，能消除高頻振蕩。</p><p>　　3) 節(jié)器的正、負輸出電壓不能過小，一般要求輸出電壓接近直流穩(wěn)壓電源電壓(±15v)。對于PI調節(jié)器一般都要求輸出限幅。</p><

60、;p>　　4) 調速系統(tǒng)中具有積分作用的電流和轉速調節(jié)器，必須設置調節(jié)器鎖零環(huán)節(jié)。</p><p>　　5) 節(jié)器的工作電源為直流穩(wěn)壓電源（±15v或±12v）。</p><p>　　4.2.1 調節(jié)器限幅</p><p>　　調速系統(tǒng)中，為了保護電氣設備和機械設備的安全，須限制電動機的最大電流、最大電壓以及晶閘管變流裝置的和角等，一般都要

61、求對調節(jié)器輸出限幅。調節(jié)器輸出限幅值的計算與整定是系統(tǒng)設計和調試工作中十分重要的環(huán)節(jié)。實現限幅的方法大體有兩類，即外限幅和內限幅，電路圖如圖4-10所示。圖4-9就是利用二極管箝位的內限幅電路。 </p><p>　　4.2.2調節(jié)器鎖零</p><p>　　前已述及，系統(tǒng)中引入PI調節(jié)器，即使系統(tǒng)在停車期間，未加給定信號，由于其積分作用，調節(jié)器在干擾信號作用下也會有較大的輸出電壓。這個輸

62、出信號送給觸發(fā)裝置，就會使觸發(fā)脈沖從初始相位(90º)前移而使電動機起動，這在控制上是不允許的。所以在系統(tǒng)給出起動指令之前，必須對具有積分作用的調節(jié)器鎖零，即把它的輸出鎖到零電位上。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)的給定電源、給定積分器</p><p>　　4.3.1給定電源GS</p><p>　　在閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速總是緊緊地跟隨給定量而變化。給定

63、電源的質量在保證系統(tǒng)正常工作中是十分重要的，因此高精度的調速系統(tǒng)必績要有更高精度的給定穩(wěn)壓電源作保證。所以，設計系統(tǒng)控制方案、擬定控制電路時，必須十分注意對穩(wěn)壓電源的設計與選擇。由三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源，線路簡單、性能穩(wěn)定、工作可靠、調整方便，已逐漸取代分立元件，在生產實際中應用越來越廣泛。系統(tǒng)中應盡量采用這種集成穩(wěn)壓源，以保證系統(tǒng)的可靠工作．為防止大幅度電網電壓波動給穩(wěn)壓電源工作帶來的困難，目前已普遍采用恒壓變壓器作為穩(wěn)壓電

64、源的電源變壓器。這些在設計時都需引起注意。</p><p>　　4.3.2給定積分器</p><p>　　在VTH直流調速系統(tǒng)中，突加轉速給定信號時，電動機在最大允許電流下實現恒流起動，轉速以最大加速度上升，滿足最短時間控制。但一般直流電動機不允許過大的電流上升率；有些生產設備本身不能承受過大的機械沖擊，或生產工藝過程要求系統(tǒng)起、制動平穩(wěn)，超調量小。所以這時系統(tǒng)不能采用階躍給定方法，而采用

65、給定積分器作為給定裝置，利用其輸出得到不同斜率的斜坡速度給定信號，滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　典型的給定積分器線路在控制系統(tǒng)中是一個通用的控制單元插件。圖4－13是一種給定積分器的典型線路。</p><p>　　轉速給定信號u0的上升率有三種方法：改變電阻R；改變電容C；調節(jié)電壓u2。調整時，通過調節(jié)電位器RP或改變N1的輸出限幅(調整RPl、RP2)的方法改變u2比較方便靈活，

66、故應用時多采用這種方法。當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，給定積分器的輸出信號與輸入信號大小相等。</p><p>　　為防止給定積分器輸出電壓出現超調，可在反饋回路引入R1、C1組成的微分負反饋。</p><p>　　4.4 觸發(fā)電路的確定</p><p>　　在晶閘管直流調速系統(tǒng)中，觸發(fā)裝置是十分重要的控制單元。目前觸發(fā)裝置的種類很多，具體電路各式各樣，設計者必須根據系統(tǒng)實際

67、需要合理地選擇觸發(fā)電路。</p><p>　　4.4.1 選用觸發(fā)電路時須考慮的因素。</p><p>　　系統(tǒng)對觸發(fā)電路的要求是設計和選擇觸發(fā)電路的依據，我們在選用時應考慮下列一些問題：</p><p>　　1）觸發(fā)電路的工作一定要十分可靠。這一點對可逆系統(tǒng)來說尤為重要</p><p>　　2）移相范圍應滿足系統(tǒng)要求。對于不同整流型式，不同

68、負載性質，其移相范圍要求也不同。晶閘管直流調速系統(tǒng)，電感性負載(電流連續(xù))，若采用三相零式或三相全控橋線路，對不可逆系統(tǒng)，要求α=0~900；對可逆系統(tǒng)，則要求α=0~1800。實際系統(tǒng)中，因有αmin和βmin角的限制，故移相范圍小于1800。</p><p>　　同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，移相范圍可超過1800；同步信號為正弦波的觸發(fā)電路，其移相范圍小于1800；單結晶體管觸發(fā)電路的移相范圍只有1500左右

69、。</p><p>　　3）不同整流電路對脈沖寬度的要求不同。對單相、三相半波和三相橋式半控整流電路，應選擇單脈沖觸發(fā)電路；對于三相橋式全控整流電路，應選擇雙窄脈沖或寬脈沖觸發(fā)電路。對于一些容量不大、對觸發(fā)要求不高的系統(tǒng)，選用結構簡單的觸發(fā)電路；一般情況下可使用由分立元件組成的觸發(fā)電路或集成移相觸發(fā)電路；必要時可采用微機觸發(fā)電路。</p><p>　　4）觸發(fā)電路輸入輸出特性線性度要好，以

70、提高系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能。同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路線性度好，適用于要求調速范周寬的系統(tǒng)；同步信號為正弦波的觸發(fā)電路線性度稍差；單結晶體管觸發(fā)電路，其線性度更差，且有一段死區(qū)，一般用于小容量單相晶閘管系統(tǒng)中。</p><p>　　5）要求觸發(fā)器工作對電網電壓敏感。同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路和同步信號為正弦波的觸發(fā)電路相比較，前者較后者好。</p><p>　　6）觸發(fā)脈沖信號應有足夠的功率

71、(電壓、電流)和一定的寬度。 </p><p>　　7）在大功率裝置中，當晶閘管采用串、并聯時，應采用強觸發(fā)，提高脈沖前沿陡度，保證同臂元件導通的同時性。</p><p>　　8）最好采用集成電路觸發(fā)裝置，使元件、焊點、接插件、走線數量減少，簡化控制線路，提高系統(tǒng)可靠性。</p><p>　　9）在實際應用中一般應采取防止誤觸發(fā)的具體措施。</p>

72、<p>　　10）對于共陰極接法的零式（半波）整流電路或半控橋式整流電路，可采用一套觸發(fā)裝置對所有的晶閘管同時進行觸發(fā)控制。其余的整流電路形式，一個觸發(fā)脈沖只能觸發(fā)一個晶閘管。</p><p>　　4.4.2 觸發(fā)電路同步電壓的選取</p><p>　　為了讓變流器按規(guī)律正確工作，同步電壓的相位極為重要，它應能準確提供自然換相點，保證在移相范圍內對晶閘管元件進行移相控制，從而可

73、對輸出電壓進行連續(xù)控制。</p><p>　　在已知整流變壓器的接線組別，選擇同步變壓器時的定相步驟如下：</p><p>　　1）據整流變壓器的接線組別，繪制主電路變壓器次級電壓的向量圖，有VT1的移相范圍和觸發(fā)電路移相控制原理，確定觸發(fā)電路需要的同步信號us2的相位。</p><p>　　2）選取超前us2相位π/3或π/6的電壓為同步電壓us1，確定阻容濾波器

74、；由相控觸發(fā)電路同步方式確定同步變壓器次級相數；由主電路電壓向量圖及對us1的相位要求確定同步變壓器的接線組別。</p><p>　　3）按相位關系選取其他元件的同步電壓。當為三相橋式全控變流電路且為按元件獨立同步時，各元件的同步電壓應按順序滯后π/3，從而可以確定其他各元件的同步電壓us1。</p><p><b>　　總體設計方案圖：</b></p>

75、<p>　　第五章 課程設計原始數據</p><p>　　直流他勵電動機：功率Pe＝22KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=116A,磁極對數P=2，ne=1500r/min,勵磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=0.112Ω,主電路總電阻R＝0.32Ω，L∑＝37.22mH(電樞電感、平波電感和變壓器電感之和)，電磁系數Ce=0.138 Vmin／r，Ks=22，電磁時間常數TL=0.116

76、ms，機電時間常數Tm=0.157ms，濾波時間常數Ton=Toi=0.00235s，過載倍數λ＝1.5，電流給定最大值，速度給定最大值</p><p><b>　　第六章 參數計算</b></p><p>　　6.1電流調節(jié)器的設計</p><p>　　按所用運算放大器取=20K，，電樞回路總電阻R=20</p><p&g

77、t;　　ACR積分時間常數， 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時應取</p><p>　　因此 </p><p>　　于是，ACR的比例系數為 </p><p>　　計算控制器的電阻電容值</p><p>　　,取50K </p><p>　　如圖5-1所示，為電流調節(jié)器的結構圖。</p

78、><p>　　圖5-1電流調節(jié)器的結構圖</p><p>　　6.2速度調節(jié)器設計</p><p>　　在設計轉速調節(jié)器時，可把已設計好的電流環(huán)看作是轉速調節(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：</p><p><b>　　近似條件:</b></p><p>　　用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流

79、閉環(huán)后，整個轉速調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如6-8（a）所示。把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內，同時將給定信號改為U*n(s)/α；再把時間常數為Ton和2T∑i的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數為T∑n的慣性環(huán)節(jié)，且T∑n=Ton+2T∑I,，則轉速環(huán)結構圖可轉化成圖6-8（b）。</p><p>　　圖6-8 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖</p><p>　　要把轉速環(huán)校正成典型Ⅱ型系

80、統(tǒng)，ASR也應采用PI調節(jié)器，其傳遞函數</p><p>　　為 </p><p>　　式中 Kn—轉速調節(jié)器的比例系數;</p><p>　　τn—轉速調節(jié)器的超前時間常數。 </p><p>　　轉速調節(jié)環(huán)選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的原因：</p><p>　　1).

81、系統(tǒng)在負載擾動作用下，動態(tài)速降要小。</p><p>　　2). ST飽和時，速度環(huán)退飽和超調量不大。</p><p>　　3). 速度環(huán)基本上是恒值系統(tǒng)。</p><p><b>　　參數計算：</b></p><p>　　按所用運算放大器取=20K 電流反饋系數：=0.5v/A </p><p&

82、gt;　　轉速反饋系數：=0.007v·min/r =0.132v·min/r =0.18s </p><p>　　電樞回路總電阻R=20 =0.0234s 0.01s</p><p>　　—轉速控制器的積分時間常數 一般選h=5 </p><p>　　根據公式 </p><p>　　經計算得出= 2.17

83、 ； </p><p>　　轉速控制器電阻電容值</p><p><b>　　取50K</b></p><p>　　如圖6-2所示，為轉速調節(jié)器的結構圖。</p><p>　　圖6-2 轉速調節(jié)器的結構圖</p><p><b>　　課程設計總結</b&

84、gt;</p><p>　　通過兩周的課程設計，首先對直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)有了更深的認識，加深了理解，是對課堂所學知識的一次很好的應用。通過這次課程設計，我不僅在知識上有了進一步的鞏固和提高，在求學和研究的心態(tài)上也有不小的進步。我想無論是在學習還是在生活上只有自己有心去學習和參與才可能有收獲，這也算是這次設計給我的一點小小的感悟。</p><p>　　以前一直覺得理論知識離我們很遠，經過課程

85、設計，才發(fā)現理論知識與生活的聯系。這大大激發(fā)了我學習書本知識的興趣。再者我們學習的是工科，不單純只是理論方面的的工作，還應該考慮到實際情況。</p><p>　　總之，在設計過程中，我不僅學到了以前從未接觸過的新知識，而且學會了獨立的去發(fā)現，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。</p><p><b>　　參考文獻</b>&

86、lt;/p><p>　　電力電子技術、電力拖動自動控制系統(tǒng)</p><p>　　夏得砛，翁貽方.自動控制理論．第2版．機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)．第2版．機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　王兆安，黃?。娏﹄娮蛹夹g．第4版．機械工業(yè)出版社，2007</p><p>

87、;　　楊興姚．電動機調速的原理及系統(tǒng)．北京水利電力出版社，2003</p><p>　　劉軍．孟祥忠．電力拖動自動控制系統(tǒng)．機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　王華強. 直流電機調速系統(tǒng)的工程設計方法的探討. 荊門職業(yè)技術學院學報. 2002</p><p>　　吳守箴，藏英杰.電氣傳動的脈寬調制控制技術[M] .機械工業(yè)出版社，1995</p>

88、;<p>　　William L.Brogan, Ph.D. Modern Control Theory．NewJersey：Prentice-Hall，Inc.1985</p><p>　　Leonhard W.Control of Electrical Drives.Springer-Verlag，Inc.2001</p><p>　　Kuo B.C.Automatic