直流脈寬(PWM)調速系統(tǒng)設計與研究——保護電路設計(2)

1、沈陽理工大學課程設計論文摘 要本文基于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。 關鍵詞：直流調速；PWM ；

2、SG3525 ；調節(jié)器的設計目 錄引言11. 簡要介紹及設計方案21.1 PWM簡介21.2 直流調速系統(tǒng)的方案設計21.2.1 設計已知參數(shù)21.2.2 設計指標31.2.3設計內容31.2.4 現(xiàn)行方案的討論與比較31.2.5 選擇IGBT的H橋型主電路的理由41.2.6 采用轉速電流雙閉環(huán)的理由42. 直流脈寬調速系統(tǒng)主電路設計52.1 主電路結構設計52.2 參數(shù)設計63. 調節(jié)器設計ASR,ACR83.1 電流調節(jié)器設計83.2 轉速調節(jié)器設計93.3 轉速反饋調節(jié)器、電流反饋調節(jié)器的整定94. 觸發(fā)電路104.1觸發(fā)控制電路設計105. 保護電路115.1 整流電路中的保護電路11

3、5.2 PWM電路中的保護電路115.2.1 主電路中的熔斷器負責過流保護115.2.2 緩沖電路125.3反饋及保護電路設計125.3.1轉速檢測裝置選擇125.3.2電流檢測單元136. 調試146.1晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定146.1.1實驗內容146.1.2 實驗系統(tǒng)組成和工作原理146.1.3 實驗方法146.2 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)性能測試186.2.1 實驗內容186.2.2 實驗系統(tǒng)的組成和工作原理196.2.3 測試內容19結論26參考文獻27IIIII引言 在現(xiàn)代科學技術革命過程中，電氣自動化在20世紀的后四十年曾進行了兩次重大的技術更新。一次是元器件的

4、更新，即以大功率半導體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機組，以線形組件運算放大器取代電磁放大器件。后一次技術更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計算機技術用于電氣工程，控制器由模擬式進入了數(shù)字式。在前一次技術更新中，電氣系統(tǒng)的動態(tài)設計仍采用經典控制理論的方法。而后一次技術更新是設計思想和理論概念上的一個飛躍和質變，電氣系統(tǒng)的結構和性能亦隨之改觀。在整個電氣自動化系統(tǒng)中，電力拖動及調速系統(tǒng)是其中的核心部分。現(xiàn)代的電力拖動控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以及集成電路調節(jié)器等組成的。經過合理的簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡（調節(jié)器），和由 R、C

5、等元件構成的無源校正網(wǎng)絡相比,又可以實現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律,于是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結構。目前，隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展，交流變頻調速技術已日臻成熟并日漸成為實際應用的主流，但這并不意味著傳統(tǒng)的直流調速技術已經完全退出了實際應用的舞臺。相反，近幾年交流變頻調速在控制精度的提高上遇到了瓶頸，于是直流調速的優(yōu)勢就顯現(xiàn)了出來。直流調速仍然是目前最可靠，精度最高的調速方法。譬如在對控制精度有較高要求的造紙，轉臺，輪機定位等系統(tǒng)中仍離不開直流調速裝置，因此加強對直流調速系統(tǒng)的研究還是很有必要的。1. 簡要介紹及設計方案1.1 PWM簡介脈寬調

6、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PWM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。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ：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。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

7、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。 6） 直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 變頻調速很快為廣大電動機用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調速方法，在一些中小容量的動態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經完全取代了其他調速方式。由此可見，變頻調速是非常值得自動化工作者去研究的。在變頻調速方式中，PWM調速方式尤為大家所重視，這是我們選取它作為研究對象的重要原因。1.2 直流調速系統(tǒng)的方案設計1.2.1 設計已知參數(shù)1、拖動設備：直流電動機： ，過載倍數(shù)。2、負載：直流發(fā)電機： 3、機組：轉動慣量1.2.2 設計指標1、D，穩(wěn)態(tài)時無靜差。2、穩(wěn)態(tài)轉速

8、n=1500r/min, 負載電流0.8A。3、電流超調量，空載起動到穩(wěn)態(tài)轉速時的轉速超調量。1.2.3設計內容1、直流脈寬（PWM）調速系統(tǒng)設計與研究主電路設計。2、直流脈寬（PWM）調速系統(tǒng)設計與研究調節(jié)器設計【ASR ACR】。3、直流脈寬（PWM）調速系統(tǒng)設計與研究觸發(fā)電路設計。4、直流脈寬（PWM）調速系統(tǒng)設計與研究保護電路設計。其中以4為主要研究內容1.2.4 現(xiàn)行方案的討論與比較直流電動機的調速方法有三種：調節(jié)電樞供電電壓U、改變電動機主磁通、改變電樞回路電阻R。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。

9、弱磁調速范圍不大，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。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三種：旋轉變流機組、靜止可控整流器、直流斬波器或脈寬調制變換器。由于旋轉變流機組缺點太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替旋轉變流機組，形成所謂的離子拖動系統(tǒng)。離子拖動系統(tǒng)克服旋轉變流機組的許多缺點，而且縮短了響應時間。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機調速系統(tǒng)已經成為直流調速系統(tǒng)的主要形式。由于以上原因，所以選擇了脈寬調制

10、變換器進行改變電樞電壓的直流調速系統(tǒng)。1.2.5 選擇IGBT的H橋型主電路的理由IGBT的優(yōu)點：1)IGBT的開關速度高，開關損耗小。2)在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。3)IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。4)IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。5)與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時可保持開關頻率高的特點。在眾多PWM變換器實現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見。這種電路具備電流連續(xù)、電動機四象限運行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點。本

11、次設計以H型PWM直流控制器為主要研究對象。1.2.6 采用轉速電流雙閉環(huán)的理由同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，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)。單閉環(huán)速度反饋調速系統(tǒng)，采用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。在要求較高的調速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，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

12、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(wǎng)的干擾，必須對電樞電流進行調節(jié)。2直流脈寬調速系統(tǒng)主電路設計2.1 主電路結構設計直流脈寬調速電路原理圖如圖2.1 所示, 其中直流斬波電路可看成降壓型變換器和升壓型變換器的串聯(lián)組合,采用IGBT作為自關斷器件,利用集成脈寬調制控制SG3525 產生的脈寬調制信號作為驅動信號,由兩個IGBT 及其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。圖2.1 實驗系統(tǒng)原理圖工作工程如下：單相220V交流電經橋式整流電路，濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點間，直流斬波電路上端接P點，下端接N點，中點公共端(COM)。若

13、使COM端與電機電樞繞組A端相接，B端接N，可使電機正轉。若T2截止，T1周期性地通斷，在T1導通的T。時間內，形成電流回路PT1一AB-N，此時UAB>0， AB>0；在T1截止時由于電感電流不能突變，電流AB經D2續(xù)流形成回路為A-B-D2-A，仍有UAB>0，IAB>0，電機工作在正轉電動狀態(tài)(第一象限)，T1，D2構成一個Buck變換器。若T1截止，T2周期性地通斷，在T2導通的T。時間內，形成電流回路AT2一B_A；在T2截止時，由于電感電流不能突變，電流AB經D1續(xù)流形成回路為AD1一PN A，此時UAB>0，lAB>0，電機工作在正轉制動狀態(tài)(

14、第二象限)，T2，D1構成一個Boost變換器。只要改變T1，T2導通時間的大小，即改變給T1，T2所加門極驅動信號脈沖的寬度，即可改變UAB和IAB的大小調控直流電動機的轉速和轉矩。若使COM端與電機電樞繞組A端相接，B端接N，可使電機工作在正轉電動或制動狀態(tài)(I，象限)，若使COM端與B相接而A端接N，可使電機工作在反轉電動或制動狀態(tài)(II，IV象限)。正轉或反轉狀態(tài)電機電樞繞組的連接通過狀態(tài)開關進行切換。這樣僅用兩個開關器件就可實現(xiàn)電機的四象限運行。電機的轉速經測速發(fā)電機以及FBS(轉速變換器)輸出到ASR(轉速調節(jié)器)，作為ASR的輸入并和給定電壓比較，組成系統(tǒng)的外環(huán)，ASR的輸出作為

15、ACR(電流調節(jié)器)的輸入并和主電路電流反饋信號進行比較作為系統(tǒng)的內環(huán)。由于電流調節(jié)器的輸出接到SG3525的第2腳，R2為限流電阻，所以要求電流調節(jié)器再通過一個反號器的輸出電壓的極性必須為正，轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的給定則又要求其輸出電壓信號為正，最后轉速調節(jié)器的給定選擇了負極性的可調電壓。ASR和ACR均采用PI調節(jié)器，利用電流負反饋與速度調節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)能夠快速起制動，突加負載動態(tài)速降小，具有較好的加速特性。在這里用SN74LS14構成的反相器可以滿足要求。2.2 參數(shù)設計（1）IGBT參數(shù)IGBT（Insulated Gate Bipolor Transisto

16、r）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，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(shù)如下：管子類型：NMOS 場效應管極限電壓Vm：600V極限電流Im：27 A耗散功率P：200 W額定電壓U：220V額定電流I：1.2A圖2.6 IGBT信號及波形圖(3)緩沖電路參數(shù)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30-50kH

17、z；因此很小的電路電感就可能引起頗大的di/dt>Lc ，從而產生過電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開通時出現(xiàn)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(lián)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ic出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經實驗得出緩沖電路電阻R=10K；電容C=0.75F。(3)泵升電路參數(shù)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。泵升電路中電解電容選取C=2000F ；電壓U=450V；VT選取IRGPC5

18、0U型號的IGBT管；電阻選取R=20 。3.調節(jié)器設計ASR,ACR3.1 電流調節(jié)器設計本設計因為 i% 5%且TL/TI =23.98/6.7<10。所以 按典系統(tǒng)設計,選PI調節(jié)器，如圖3.2所示，為電流調節(jié)器的結構圖。圖3.2電流調節(jié)器的結構圖3.2 轉速調節(jié)器設計在設計轉速調節(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(shù)： （3.2.1） （3.2.2）近似條件: (3.2.2)如圖3.3所示，為轉速調節(jié)器的結構圖。圖3.3 轉速調節(jié)器的結構圖3.3 轉速反饋調節(jié)器、電流反饋調節(jié)器的整定把電機、220V直流電源接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開環(huán)。

19、把正給定接入脈寬發(fā)生單元，調節(jié)給定，使轉速穩(wěn)定在1600rpm，調節(jié)轉速反饋調節(jié)器中的RP1，使3端輸出的電壓為-4V。加大負載，使電機的電樞電流穩(wěn)定在1.3A，調節(jié)電流反饋調節(jié)器，使電流反饋調節(jié)器3端輸出的電壓為+4V。4. 觸發(fā)電路4.1觸發(fā)控制電路設計 集成脈寬調制控制器SG3525是控制電路的核心，它采用恒頻脈寬調制控制方案，適合于各種開關電源、斬波器的控制。本實驗電路中用SG3525 產生的脈寬調制信號作為IGBT 的驅動信號。其中：G：給定器；DZS：零速封鎖器；ASR：速度調節(jié)器；ACR電流調節(jié)器：GT：觸發(fā)裝置；FBS：速度變換器；FA：過流保護器；FBC：電流變換；AP1：I

20、組脈沖放大器；圖4.1 系統(tǒng)原理圖SG3525介紹：SG3525脈寬調制型控制器是美國通用電氣公司的產品，作為SG3524的改進型，更適合于運用MOS管作為開關器件的DC/DC變換器，它是采用雙級型工藝制作的新型模擬數(shù)字混合集成電路，性能優(yōu)異，所需外圍器件較少。它的主要特點是:輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比0-50%可調.每一通道的驅動電流最大值可達200mA,灌拉電流峰值可達500mA。可直接驅動功率MOS管，工作頻率高達400KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護和軟啟動等功能。該電路由基準電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅動級，軟啟動及關斷電路等組成

21、，可正常工作的溫度范圍是0-700C。基準電壓為5.1 V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V.圖4.2 控制電路圖第五章 保護電路5.1 整流電路中的保護電路本設計采用晶閘管交流過壓保護電路作為整流電路中的保護電路，其電路圖如下圖5.1 晶閘管交流過壓保護電路電路圖當電路出現(xiàn)過電壓時，穩(wěn)壓管VDW導通，使晶閘管（VT1或VT2）導通，由支路中電阻消耗電能。這種保護措施在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時最多工作半個周期，在一個周期結束時，晶閘管自行關斷。5.2 PWM電路中的保護電路5.2.1 緩沖電路圖5.3 緩沖電路 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

22、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。逆變器中IGBT開通時出現(xiàn)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(lián)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(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經實驗得出緩沖電路電阻R=10K；電容。5.3反饋及保護電路設計5.3.1轉速檢測裝置選擇選測速發(fā)電機 永磁式ZYS231/110型，額定數(shù)據(jù)為P=23.1W，U=11

23、0V，I=0.21A，n=1900r/min。測速反饋電位器RP2的選擇 考慮測速發(fā)電機輸出最高電壓時，其電流約為額定值的20%，這樣，測速發(fā)電機電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小。測速發(fā)電機工作最高電壓 測速反饋電位器阻值 此時RP2所消耗的功率為 為了使電位器溫度不要很高，實選瓦數(shù)應為消耗功率的一倍以上，故選RP2為4W，取2000。5.3.2電流檢測單元本系統(tǒng)要求電流檢測不但要反映電樞電流的大小而且還要反映電流極性，所以選用霍爾電流傳感器。6. 調試6.1晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定6.1.1實驗內容1、測定晶閘管直流調速系統(tǒng)主電路電阻R；2、測定晶閘管直流調速系統(tǒng)主電路電磁時

24、間常數(shù)Td；3、測定直流電動機電勢常數(shù)Ce和轉矩常數(shù)CM；4、測定晶閘管直流調速系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM；5、測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f (Uct)；6、測定測速發(fā)電機特性UTG=f (n)。6.1.2 實驗系統(tǒng)組成和工作原理本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓和轉速，以滿足實驗要求。6.1.3 實驗方法1、電樞回路電阻R的測定電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2) 如把電機電樞兩端短接，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)則電機的電樞電阻為Ra=R-（RL

25、+Rn） 同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL。測試結果如下表：表6.1電流和電樞電壓U(V)6482I(A)0.90.45表6.2電流勵磁電壓U(V)8594I(A)0.90.45表6.3電流和內阻電壓U(V)7690I(A)0.90.45代入以上公式計算得： R=40； Ra=20； RL=8.9； Rn=11.12、主電路電磁時間常數(shù)的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升其電流變化曲線如圖2.5所示。當t =Td時，有MCL-31的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。合上主電路電源開關。電機不加勵磁。調節(jié)Uct

26、，監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機電樞電流為(5090)%Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開關，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測量出當電流上升至63.2%穩(wěn)定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)Td。實驗測試曲線圖6.1：圖6.1 實驗測試曲線3、電動機電勢常數(shù)Ce和轉矩常數(shù)CM的測定 將電動機加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應的n，即可由下式算出Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)轉矩常數(shù)(額定磁通時)CM的單位為N.m/A，可由Ce求出CM=9.55Ce實驗測試結果如下表：表6.4Ud（V）22320717913077N(r/min)151

27、013951200863500將實驗結果代入公式計算得： Ce=0.15；CM=9.55Ce=1.39；4、系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM的測定系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算由于Tm>>Td，也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即 當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當n到達63.2%穩(wěn)態(tài)值時，所經過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。測試時電樞回路中附加電阻應全部切除。MCL31的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。合上主電路電源開關。調節(jié)Uct，將電機空載起動至穩(wěn)定轉速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開主電路開關，待電機完全停止后，突然合上主電路開關，給電樞加

28、電壓，用示波器拍攝過渡過程曲線，如圖6.2：圖6.2 過渡過程曲線5 測速發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖6.3所示圖6.3電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別讀取對應的UTG,n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)。表6.5n（r/min）1551131612301106921U (V)6.335.365.014.503.746.2 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)性能測試6.2.1 實驗內容1、PWM控制器SG3525性能測試；2、控制單元調試；3、系統(tǒng)開環(huán)調試；4、系統(tǒng)閉環(huán)調試；5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性測試；6、H型PWM變換器不同控制方式時的性能測試

29、。6.2.2 實驗系統(tǒng)的組成和工作原理在中小容量的直流傳動系統(tǒng)中，采用自關斷器件的脈寬調速系統(tǒng)比相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性，因而日益得到廣泛應用。雙閉環(huán)脈寬調速系統(tǒng)的原理框圖如圖2.11所示。圖中可逆PWM變換器主電路系采用MOSFET所構成的H型結構形式，UPW為脈寬調制器，DLD為邏輯延時環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅動電路，F(xiàn)A為瞬時動作的過流保護。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PWM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。6.2.3

30、測試內容測試11SG3525性能測試（1）用示波器觀察“1”端（即SG3525的5腳）的電壓波形，波形(2V，50s)如圖6.4為：圖6.4 脈寬控制器三角波（2）用示波器觀察“2”端（即SG3525的13腳）的電壓波形(10V，50s)，波形如圖6.5為：圖6.5 邏輯延時矩形波占空比50%（3）用導線將“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調節(jié)正負給定，記錄“2”端輸出的最大占空比(占空比=50%，10V，25s)的波形如圖6.6為：圖6.6 最大占空比時的波形90%最小占空比(占空比=10%，10V，25s)的波形如圖圖6.7為：圖6.7 最小占空比時的波形10%2控制電路的測試（

31、1）邏輯延時時間的測試如圖6.8在上述實驗的基礎上，分別將正、負給定均調到零，用示波器觀察“DLD” 的“1”和“2”端的輸出波形(10v，10s)，并記錄延時時間：圖6-7邏輯延時時間測試td= 3.8s（2）同一橋臂上下管子驅動信號列區(qū)時間測試分別將“隔離驅動”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器(10v，5s)，分別測量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的死區(qū)時間：如下圖圖6-8死區(qū)時間波形波tdVT1.VT2= 1.6stdVT3.VT4= 3.6s(注意：由于在學院的實驗室中，只有MEL-03的三相可調電阻掛箱，而沒有MEL-13的測功機掛箱，所以在下列幾

32、項實驗中提到的額定負載都是由MEL-03掛箱的可調電阻串聯(lián)直流發(fā)電機M03來得到的)測試21開環(huán)系統(tǒng)調試（1）電流反饋系數(shù)的調試a將正、負給定均調到零，合上主控制屏電源開關，接通直流電機勵磁電源。b調節(jié)正給定，電機開始起動直至達1500r/min。c給電動機拖加負載，即逐漸減小發(fā)電機負載電阻，直至電動機的電樞電流為1A。d調節(jié)“FBA”的電流反饋電位器，用萬用表測量“9”端電壓達2V左右。（2）速度反饋系數(shù)的調試在上述實驗的基礎上，再次調節(jié)電機轉速的1500r/min，調節(jié)MCL-31（或MCL-III型主控制屏）的“FBS”電位器，使速度反饋電壓為5V左右。（3）系統(tǒng)開環(huán)機械特性測定參照速度

33、反饋系數(shù)調試的方法，使電機轉速達1400r/min，S4開關撥向“正給定”，改變可調電阻加載旋鈕（或直流發(fā)電機負載電阻Rd），在空載至額定負載范圍內測取6個點，記錄相應的轉速n和直流發(fā)電機電流id，特性曲線見圖6.8。表6.6 開環(huán)機械特性(n=1400r/minn(r/min)14121390138013721365136213481337I(A)0.40.450.50.550.60.650.70.75表6.7開環(huán)機械特性(n=1000r/min)n(r/min)1000985973982949930929911I(A)0.30.350.40.450.50.550.60.7表6.8 開環(huán)機械

34、特性(n=500r/min)n(r/min)502490484466457449432415I(A)0.20.250.30.350.40.450.50.6圖6-8 開環(huán)機械特性曲斷開主電源，S4開關撥向“負給定”，然后按照以上方法，測出系統(tǒng)的反向機械特性，特性曲線見圖6.9。表6.9 開環(huán)機械特性(n=-1400r/min)n(r/min)-1400-1389-1369-1361-1352-1338-1331I(A)-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7表6.10開環(huán)機械特性(n=-1000r/min)n(r/min)-1000-991-998-964-955-944-

35、933I(A)-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6表6.11 開環(huán)機械特性(n=-500r/min)n(r/min)-499-487-469-455-447-438-430I(A)-0.2-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5 圖6-9 開環(huán)機械特性曲線 （4）計算轉速反饋系數(shù)和電流反饋系數(shù) 通過上面給定的數(shù)據(jù)可以算得： 轉速反饋系數(shù)=0.0035 電流反饋系數(shù)=0.2 V/A2閉環(huán)系統(tǒng)調試將ASR,ACR均接成PI調節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。按圖接線 （1）速度調節(jié)器的調試 a反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??； b“5”、“6”

36、端接入MEL11電容器，預置57F； c調節(jié)正負限幅電位器RP1、RP2使輸出限幅為±2V。（2）電流調節(jié)器的調試 a反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??； b“5”、“6”端接入MEL11電容器，預置57F； cS5開關打向“給定”，S4開關扳向上，調節(jié)MCL-10的RP3電位器，使ACR輸出正飽和，調整ACR的正限幅電位器RP1，用示波器觀察 “30”的脈沖，不可移出范圍。 （3）系統(tǒng)閉環(huán)機械特性測定S2開關打向“給定”，S1開關打向下至“負給定”，調節(jié)MCL-10的RP4電位器，使ACR輸出負飽和，調整ACR的負限幅電位器RP2，用示波器觀察 “30”的脈沖，不可移出范圍。3系統(tǒng)靜特性測試 （1）機械特性n=f（Id）的測定S2開關打向“給定”，S1開關扳向上至“正給定”，調節(jié)MCL-10的RP3電位器，使電機空載轉速至1400 r/min，再調節(jié)可調電阻加載旋鈕（或發(fā)電機負載電阻Rg），在空載至額定負載范圍內分別記錄6點，