交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)-雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速

1、交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、題目 雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的1、對(duì)先修課程（電力電子學(xué)、自動(dòng)控制原理等）的進(jìn)一步理解與運(yùn)用2、運(yùn)用電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)建模、仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。3、同時(shí)能夠加強(qiáng)同學(xué)們對(duì)一些常用單元電路的設(shè)計(jì)、常用集成芯片的使用以及對(duì)電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。達(dá)到綜合提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力的目的。三、系統(tǒng)方案的確定自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷從“機(jī)械負(fù)載的調(diào)速性能（動(dòng)、靜）電機(jī)參數(shù)主電路控制方案”（系統(tǒng)方案的確定）“系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真研究參數(shù)整定直到理論實(shí)現(xiàn)要求硬件設(shè)計(jì)制版、焊接、調(diào)試”等

2、過(guò)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(dòng)作用，且避免方案及結(jié)果雷同，在選定系統(tǒng)方案時(shí)，規(guī)定外的其他參數(shù)由同學(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(kāi)關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器；2、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器；3、機(jī)械負(fù)載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)飛輪矩（含電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）4、主電源：可以選擇三相交流380V供電；5、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：見(jiàn)習(xí)題集【4-19】（P96）=1000r/min，電樞回路總電阻R=2,電流過(guò)載倍數(shù)=2。四、設(shè)計(jì)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(jì)算；c）系統(tǒng)原理

3、圖、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、主要硬件結(jié)構(gòu)圖；d）控制電路設(shè)計(jì)、原理分析、主要元件、參數(shù)的選擇；e）調(diào)節(jié)器、PWM信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)；f）檢測(cè)及反饋電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算；五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求1、不準(zhǔn)相互抄襲或代做，一經(jīng)查出，按不及格處理。2、報(bào)告字?jǐn)?shù)：不少于8000字（含圖、公式、計(jì)算式等）。3、形式要求：以福建農(nóng)林大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（工科）的規(guī)范化要求撰寫(xiě)。要求文字通順、字跡工整、公式書(shū)寫(xiě)規(guī)范、報(bào)告書(shū)上的圖表允許徒手畫(huà)，但必須清晰、正確且要有圖題。4、必須畫(huà)出系統(tǒng)總圖，總圖不準(zhǔn)徒手畫(huà)，電路圖應(yīng)清潔、正確、規(guī)范。未進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的功能塊允許用框圖表示，且功能塊之間的連線允許用標(biāo)號(hào)標(biāo)注。六、參考資料1

4、、電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 李榮生 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.62、新型電力電子變換技術(shù) 陳國(guó)呈 中國(guó)電力出版社3、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 陳伯時(shí) 機(jī)械工業(yè)出版社4、電力電子技術(shù) 王兆安 黃俊 機(jī)械工業(yè)出版社 2000.1 交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一、 系統(tǒng)方案的確定1.直流電動(dòng)機(jī)：型號(hào)：H力矩：4.9N.m電樞電阻：1.64電樞回路總電感：10.2mH額定轉(zhuǎn)數(shù)：1000rpm額定電流：1.64A額定電壓：110v2. 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由脈寬調(diào)制器UPW采用美國(guó)硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由

5、于它簡(jiǎn)單、可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得廣泛使用。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ：1）PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。2）開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)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(dá)到1：10000左右。4）如果可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。5）功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)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(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 變頻調(diào)速很快為廣大電動(dòng)機(jī)用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法，

6、在一些中小容量的動(dòng)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(jiàn)，變頻調(diào)速是非常值得自動(dòng)化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中，PWM調(diào)速方式尤為大家所重視，這是我們選取它作為研究對(duì)象的重要原因。 3. 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)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(diǎn)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(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)

7、態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)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?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，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(dòng)態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)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(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干

8、擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上兩點(diǎn)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)。二、 主電路2.1 PWM變換器介紹脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)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。下面分別對(duì)各種形式的PWM變換器做一下簡(jiǎn)單的介紹和分析。不可逆PWM變換器分為無(wú)制動(dòng)作用和有制動(dòng)作用兩種。圖2-1（a）所示為無(wú)制動(dòng)作用的簡(jiǎn)單不可逆PWM變換器主電路原理圖，其開(kāi)關(guān)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(wǎng)經(jīng)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

9、體管VT關(guān)斷時(shí)為電動(dòng)機(jī)電樞回路提供釋放電儲(chǔ)能的續(xù)流回路。圖2-1 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器電路（a）原理圖 （b）電壓和電流波型電力晶體管VT的基極由頻率為f，其脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)，當(dāng)時(shí)，為正，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓通過(guò)VT加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，VT截止，電樞失去電源，經(jīng)二極管VD續(xù)流。電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為 式中，PWM電壓的占空比，又稱負(fù)載電壓系數(shù)。的變化范圍在01之間，改變，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 圖2-1（b）繪出了穩(wěn)態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞的脈沖端電壓、平均電壓和電樞電流的波型。由圖可見(jiàn)，電流是脈動(dòng)的，其平均值等于負(fù)載電流（負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 直流電動(dòng)

10、機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩電流比）。由于VT在一個(gè)周期內(nèi)具有開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也分為兩階段，即在期間 在期間 式中，R，L電動(dòng)機(jī)電樞回路的總電阻和總電感；E電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率都較高，至少是14kHz，因此電流的脈動(dòng)幅值不會(huì)很大，再影響到轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)E的波動(dòng)就更小，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)，視n和E為恒值。這種簡(jiǎn)單不可逆PWM電路中電動(dòng)機(jī)的電樞電流不能反向，因此系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)作用，只能做單向限運(yùn)行，這種電路又稱為“受限式”不可逆PWM電路。這種PWM調(diào)速系統(tǒng)，空載或輕載下可能出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能均差。圖2-2（a）所示為具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換

11、電路，該電路設(shè)置了兩個(gè)電力晶體管VT1和VT2，形成兩者交替開(kāi)關(guān)的電路，提供了反向電流的通路。這種電路組成的PWM調(diào)速系統(tǒng)可在第I、II兩個(gè)象限中運(yùn)行。VT1和VT2的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓大小相等，極性相反，即。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)平均電流就為正值，電流分為兩段變化。在期間，為正，VT1飽和導(dǎo)通；為負(fù)，VT2截止。此時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端，電流沿圖中的回路流通。在期間，和改變極性，VT1截止，原方向的電流沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流，在VD2兩端產(chǎn)生的壓降給VT2施加反壓，使VT2不可能導(dǎo)通。因此，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，一般情況下實(shí)際上是電力晶體管VT1和續(xù)流二極管VD2

12、交替導(dǎo)通，而VT2則始終不導(dǎo)通，其電壓、電流波型如圖2-2（b）所示，與圖2-1沒(méi)有VT2的情況完全一樣。如果電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行中要降低轉(zhuǎn)速，可將控制電壓減小，使的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓降低。但是由于慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)E來(lái)不及立刻變化，因而出現(xiàn)的情況。這時(shí)電力晶體管VT2能在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)中起作用。在期間，VT2在正的和反電動(dòng)勢(shì)E的作用下飽和導(dǎo)通，由E產(chǎn)生的反向電流沿回路3通過(guò)VT2流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)，一部分能量消耗在回路電阻上，一部分轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能存儲(chǔ)在回路電感中，直到t=T為止。在（也就是）期間，因變負(fù)，VT2截止，只能沿回路4經(jīng)二極管VD1續(xù)流，對(duì)電源

13、回饋制動(dòng)，同時(shí)在VD1上產(chǎn)生的壓降使VT1承受反壓而不能導(dǎo)通。在整個(gè)制動(dòng)狀態(tài)中，VT2和VD1輪流導(dǎo)通，VT1始終截止，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電壓和電流波型圖2-2（c）。反向電流的制動(dòng)作用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直到新的穩(wěn)態(tài)。圖2-2 具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換電路這種電路構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)還存在一種特殊情況，即在電動(dòng)機(jī)的輕載電動(dòng)狀態(tài)中，負(fù)載電流很小，在VT1關(guān)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(shí)刻。這時(shí)VD2兩端的壓降也降為零，而此時(shí)由于為正，使VT2得以導(dǎo)通，反電動(dòng)勢(shì)E經(jīng)VT2沿回路3流過(guò)反向電流，產(chǎn)生局部時(shí)間的能耗制動(dòng)作用。到了期間，VT2關(guān)

14、斷，又沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，到時(shí)衰減到零，VT1在作用下因不存在而反壓而導(dǎo)通，電樞電流再次改變方向?yàn)檠鼗芈方?jīng)VT1流通。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，VT1、VD1、VT2、VD1四個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件輪流導(dǎo)通，其電流波形示圖2-2（d）。綜上所述，具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)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)可以實(shí)現(xiàn)二象限運(yùn)行，有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)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。 圖2-3 可逆PWM變換器電路 （a）T型 （b）H型 T型電路由兩

15、個(gè)可控電力電子器件和與兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡(jiǎn)單，構(gòu)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；但是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(shí)際上廣泛應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個(gè)可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）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，但是構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)我們選擇雙極式H型可逆PWM

16、變換器。主電路如圖2-5所示。圖2-5 H橋主電路2.2系統(tǒng)控制電路圖控制電路如下所示。主要組成部分有信號(hào)設(shè)定（頻率給定、給定積分器）、正弦參考信號(hào)幅值和頻率控制電路（絕對(duì)值運(yùn)算器、壓控振蕩器、函數(shù)發(fā)生器、極性鑒別器）、PWM波發(fā)生器（三相正弦波發(fā)生器、鎖相環(huán)、三相波載波發(fā)生器、比較器）及與主電路相隔離的電壓/電流檢測(cè)回路、驅(qū)動(dòng)回路及保護(hù)回路通用型PWM變頻器原理圖框圖2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單，電壓平衡方程如下 . 按電壓平衡方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的電壓都是，平均電流用

17、表示，平均轉(zhuǎn)速，而電樞電感壓降的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。于是其平均值方程可以寫(xiě)成則機(jī)械特性方程式2.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖首先要畫(huà)出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握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(dá)到限幅值；不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零。圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。為了獲得近似理想

18、的過(guò)度過(guò)程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開(kāi)加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。所以本文選擇方案二作為設(shè)計(jì)的最終方案。如圖5為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理.圖5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.5主電路設(shè)計(jì) 主電路由二極管整流器 UR、PWM 逆變器 UI 和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容 C 濾波，同時(shí)兼有無(wú)功功率交換的作用。可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖7為橋式可逆PWM變換器。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而變化

19、，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，本設(shè)計(jì)用的是雙極性控制的可逆PWM變換器。雙極性控制的橋式可逆PWM變換器有電流一定連續(xù)、可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流可消除靜摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。圖7 橋式可逆PWM變換器圖8為雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。相當(dāng)于一般負(fù)載的情況，脈動(dòng)電流的方向始終為正；相當(dāng)于輕載情況，電流可在正負(fù)方向之間脈動(dòng)，但平均值仍為正，等于負(fù)載電流。圖8 雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形雙極性控制可控PWM變換器的輸出平均電壓為 轉(zhuǎn)速反饋電路如圖9所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)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(shí)間常數(shù)。根

20、據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。圖 9 轉(zhuǎn)速反饋電路2.6 泵升電壓限制當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)減速或停車時(shí),儲(chǔ)存在電機(jī)和負(fù)載傳動(dòng)部分的動(dòng)能將變成電能，并通過(guò) PWM 變壓器回饋給直流電源。一般直流電源由不可控的整流器供電，不可能回饋電能，只好對(duì)濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱作“泵升電壓”。如果要讓電容器全部吸收回饋能量，將需要很大的電容量，或者迫使泵升電壓很高而損壞元器件。在不希望使用大量電容器（在容量為幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)中，電容至少要幾千微法）從而大大增加調(diào)速裝置的體積和重量時(shí)，可以采用由分流電阻 R 和開(kāi)關(guān)管 VT 組成的泵升電壓限制電路，用R 來(lái)

21、消耗掉部分動(dòng)能。R 的分流電路靠開(kāi)個(gè)器件 VT 在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)接通。2.7主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇1. 整流二極管的選擇根據(jù)二極管的最大整流平均 和最高反向工作電壓 分別應(yīng)滿足：（A）（V）故選用型號(hào)ZP10A根據(jù)（V)，即C15000uF故此，選用型號(hào)為CD15的鋁電解電容，其額定直流電壓為400V，標(biāo)稱容量為22000uF。2. 絕緣柵雙極晶體管的選擇最大工作電流集電極發(fā)射極反向擊穿電壓 (23)Us=440660(V)2.8雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)H型單極式PWM變換器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。額定力矩為4.9Nm，電樞電阻Ra=1.64，電樞回路總電感L=10.2mH

22、，額定電流=6A，額定電壓=110V。調(diào)速系統(tǒng)的最小負(fù)載電流=1A，電源電壓=122V，電力晶體管集電極電阻=2.5，設(shè)=2。nN=1000r/min，電樞回路總電阻R=2,電流過(guò)載倍數(shù)=2，U*nm=U*im =Ucm=10V; GD2 1.5Nm2；變壓器二次電壓為52V；PWM裝置的放大系數(shù)Ks=11；PWM裝置延遲時(shí)間的Ts=0.4ms。（一） 電流環(huán)的設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)（1） 脈寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)與傳遞函數(shù)的計(jì)算由于PWM裝置延遲時(shí)間常數(shù)Ts=0.4ms,故,由于PWM變換器的放大系數(shù)為，于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為（2）電流濾波時(shí)間常數(shù) 取0.

23、5ms（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) 2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，而且因此可以按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 3.選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，要求時(shí)，應(yīng)取，因此又 于是 4.檢驗(yàn)近似條件（1）要求，現(xiàn)。（2）要求，現(xiàn)。（3）要求，現(xiàn)。可見(jiàn)均滿足要求。5. 計(jì)算ACR的電阻和電容取，則 ，取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為，故滿足設(shè)計(jì)要求。(二)、轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)1、 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為（2）取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)（3）2 、ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差及其他動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 3、 選擇ASR參數(shù)取h=5，則則 4 校驗(yàn)近似條件 （1）要求，現(xiàn)。（2）要求，現(xiàn)可見(jiàn)均能滿足要求。5 、計(jì)算ASR電阻和電容取，則 ，取1440 ，取0.1 6、檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng)h=5時(shí)，而，因此可見(jiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。7 、校驗(yàn)過(guò)渡過(guò)