直流脉宽(PWM)调速系统设计与研究调节器设计.docx

摘 要以电力电子学和电机调速技术为基础，本文设计了一种基于直流脉宽调速控制技术的直流电机调速系统。为了得到较好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制，同时速度调节器和电流调节器都选用PI调节器。设计的调速系统采用桥式电路作为主电路，采用ASR与ACR作为调节器，触发电路以集成PWM控制器SG3525为核心,保护电路以过流保护为主。这种系统在40年代广泛应用，但是它的缺点是占地大，效率低，运行费用昂贵，维护不方便等，特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。为了克服这些缺点，50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。这种系统缺点也很明显，主要是污染环境，危害人体健康。50年代末晶闸管出现，晶闸管变流技术日益成熟，使直流调速系统更加完善。晶闸管－电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统，广泛应用于世界各国。 关键字：ASR；ACR；调速系统；直流调速器；SG3525 目录绪 论11 简要介绍及设计方案21.1 PWM简介21.2 直流调速系统的方案设计21.2.1 设计已知参数21.2.2 设计指标31.2.3 设计内容31.2.4 现行方案的讨论与比较31.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由41.2.6 采用转速电流双闭环的理由42 直流脉宽调速系统主电路设计52.1 主电路结构设计52.2 参数设计63 直流脉宽调速系统调节器设计83.1 转速、电流双闭环设计83.2 电流调节器设计93.2.1 确定时间常数93.2.2 选择电流调节其结构93.2.3 计算电流调节其参数103.2.4 校验近似条件103.2.5 计算调节其电阻和电容113.3 转速调节器设计113.3.1 确定时间常数113.3.2 选择转速调节器结构123.3.3 计算转速调节其参数123.3.4 检验近似条件123.3.5 计算调节器电阻和电容133.3.6 校核转速超调量133.4 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定144 触发电路155 保护电路175.1 整流电路中的保护电路175.2 PWM电路中的保护电路175.2.1 主电路中的熔断器负责过流保护175.2.2 缓冲电路185.3 反馈及保护电路设计185.3.1 转速检测装置选择185.3.2 电流检测单元196 调试206.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定206.1.1 实验内容206.1.2 实验系统组成和工作原理206.1.3 实验方法206.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试246.2.1 实验内容246.2.2 实验系统的组成和工作原理246.2.3 测试内容25总 结33参考文献34附录A35 绪 论在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由 R、C等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。1 简要介绍及设计方案1.1 PWM简介脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silic