直流脈寬(PWM)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究——調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

1、摘 要以電力電子學(xué)和電機(jī)調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)，本文設(shè)計(jì)了一種基于直流脈寬調(diào)速控制技術(shù)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。為了得到較好的動(dòng)靜態(tài)性能，該控制系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)控制，同時(shí)速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都選用PI調(diào)節(jié)器。設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)采用橋式電路作為主電路，采用ASR與ACR作為調(diào)節(jié)器，觸發(fā)電路以集成PWM控制器SG3525為核心,保護(hù)電路以過(guò)流保護(hù)為主。這種系統(tǒng)在40年代廣泛應(yīng)用，但是它的缺點(diǎn)是占地大，效率低，運(yùn)行費(fèi)用昂貴，維護(hù)不方便等，特別是至少要包含兩臺(tái)與被調(diào)速電機(jī)容量相同的電機(jī)。為了克服這些缺點(diǎn)，50年代開(kāi)始使用水銀整流器作為可控變流裝置。這種系統(tǒng)缺點(diǎn)也很明顯，主要是污染環(huán)境，危害人體健康。50年代末晶閘管出

2、現(xiàn)，晶閘管變流技術(shù)日益成熟，使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今主要的直流調(diào)速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)。 關(guān)鍵字：ASR；ACR；調(diào)速系統(tǒng)；直流調(diào)速器；SG3525 目錄緒 論11 簡(jiǎn)要介紹及設(shè)計(jì)方案21.1 PWM簡(jiǎn)介21.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)21.2.1 設(shè)計(jì)已知參數(shù)21.2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)31.2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)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(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由42 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)52.1 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.2 參數(shù)設(shè)計(jì)63 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)83.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)83

3、.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)93.2.1 確定時(shí)間常數(shù)93.2.2 選擇電流調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)93.2.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)其參數(shù)103.2.4 校驗(yàn)近似條件103.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)其電阻和電容113.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)113.3.1 確定時(shí)間常數(shù)113.3.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)123.3.3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其參數(shù)123.3.4 檢驗(yàn)近似條件123.3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容133.3.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量133.4 轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器、電流反饋調(diào)節(jié)器的整定144 觸發(fā)電路155 保護(hù)電路175.1 整流電路中的保護(hù)電路175.2 PWM電路中的保護(hù)電路175.2.1 主電路中的熔斷器負(fù)責(zé)過(guò)流保護(hù)175.2.2 緩沖

4、電路185.3 反饋及保護(hù)電路設(shè)計(jì)185.3.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇185.3.2 電流檢測(cè)單元196 調(diào)試206.1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定206.1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容206.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成和工作原理206.1.3 實(shí)驗(yàn)方法206.2 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)性能測(cè)試246.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容246.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和工作原理246.2.3 測(cè)試內(nèi)容25總 結(jié)33參考文獻(xiàn)34附錄A3544 緒 論在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過(guò)程中，電氣自動(dòng)化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組，以線形組件運(yùn)算放大器取代電

5、磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計(jì)思想和理論概念上的一個(gè)飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分。現(xiàn)代的電力拖動(dòng)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(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過(guò)合理的簡(jiǎn)化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運(yùn)算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò)（調(diào)節(jié)器），和由 R、C等元件構(gòu)成的無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)相比,又可以實(shí)現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律,于

6、是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前，隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日臻成熟并日漸成為實(shí)際應(yīng)用的主流，但這并不意味著傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)完全退出了實(shí)際應(yīng)用的舞臺(tái)。相反，近幾年交流變頻調(diào)速在控制精度的提高上遇到了瓶頸，于是直流調(diào)速的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了出來(lái)。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。譬如在對(duì)控制精度有較高要求的造紙，轉(zhuǎn)臺(tái)，輪機(jī)定位等系統(tǒng)中仍離不開(kāi)直流調(diào)速裝置，因此加強(qiáng)對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究還是很有必要的。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系

7、統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。本設(shè)計(jì)是以直流PWM控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、以及電流調(diào)節(jié)器ACR并用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行采集，處理起到無(wú)靜差效果。1 簡(jiǎn)要介紹及設(shè)計(jì)方案1.1 PWM簡(jiǎn)介脈寬調(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)

8、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。 1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)1.2.1 設(shè)計(jì)已知參數(shù)1、拖動(dòng)設(shè)備：直流電動(dòng)機(jī)：，過(guò)載倍數(shù)。2、負(fù)載：直流發(fā)電機(jī)：，。3、機(jī)組：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。1.2

9、.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1、D4，穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差。2、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=1500r/min，負(fù)載電流0.8A。3、電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。1.2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究主電路設(shè)計(jì)。2、直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)【ASR ACR】。3、直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。4、直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究保護(hù)電路設(shè)計(jì)。其中以2為主要研究?jī)?nèi)容1.2.4 現(xiàn)行方案的討論與比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U、改變電動(dòng)機(jī)主磁通、改變電樞回路電阻R。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車等調(diào)

10、速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)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(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點(diǎn)太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來(lái)代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動(dòng)系統(tǒng)。離子拖動(dòng)系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點(diǎn)，而且縮短了響應(yīng)時(shí)間。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直流調(diào)

11、速系統(tǒng)的主要形式。1.2.5 選擇IGBT的H橋型主電路的理由IGBT的優(yōu)點(diǎn)：（1）IGBT的開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)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(jìn)一步提高，同時(shí)可保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。在眾多PWM變換器實(shí)現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見(jiàn)。這種電路具備電流連續(xù)、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行、無(wú)摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)以H

12、型PWM直流控制器為主要研究對(duì)象。1.2.6 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，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)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。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

13、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)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2.1 實(shí)驗(yàn)原理圖2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖2.1 直流PWM傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流脈寬調(diào)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(guān)斷器件,利用集成脈寬調(diào)制控制SG3525 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào),由兩個(gè)IGBT 及其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。工作工程如下：?jiǎn)蜗?20V交流電經(jīng)橋式整流電路，濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點(diǎn)間，直流斬波電路上端接P點(diǎn)，下端接N點(diǎn)，中點(diǎn)

14、公共端(COM)。若使COM端與電機(jī)電樞繞組A端相接，B端接N，可使電機(jī)正轉(zhuǎn)。若T2截止，T1周期性地通斷，在T1導(dǎo)通的T。時(shí)間內(nèi)，形成電流回路PT1一AB-N，此時(shí)UAB>0， AB>0；在T1截止時(shí)由于電感電流不能突變，電流AB經(jīng)D2續(xù)流形成回路為A-B-D2-A，仍有UAB>0，IAB>0，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)(第一象限)，T1，D2構(gòu)成一個(gè)Buck變換器。若T1截止，T2周期性地通斷，在T2導(dǎo)通的T。時(shí)間內(nèi)，形成電流回路AT2一B_A；在T2截止時(shí)，由于電感電流不能突變，電流AB經(jīng)D1續(xù)流形成回路為AD1一PN A，此時(shí)UAB>0，lAB>0，電機(jī)

15、工作在正轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)(第二象限)，T2，D1構(gòu)成一個(gè)Boost變換器。只要改變T1，T2導(dǎo)通時(shí)間的大小，即改變給T1，T2所加門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖的寬度，即可改變UAB和IAB的大小調(diào)控直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。若使COM端與電機(jī)電樞繞組A端相接，B端接N，可使電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)(I，象限)，若使COM端與B相接而A端接N，可使電機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)(II，IV象限)。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)電機(jī)電樞繞組的連接通過(guò)狀態(tài)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。這樣僅用兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)以及FBS(轉(zhuǎn)速變換器)輸出到ASR(轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器)，作為ASR的輸入并和給定電壓比較，組成系統(tǒng)的外

16、環(huán)，ASR的輸出作為ACR(電流調(diào)節(jié)器)的輸入并和主電路電流反饋信號(hào)進(jìn)行比較作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。由于電流調(diào)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(diào)節(jié)器再通過(guò)一個(gè)反號(hào)器的輸出電壓的極性必須為正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定則又要求其輸出電壓信號(hào)為正，最后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定選擇了負(fù)極性的可調(diào)電壓。ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，利用電流負(fù)反饋與速度調(diào)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(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小，具有較好的加速特性。在這里用SN74LS14構(gòu)成的反相器可以滿足要求。2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)1、IGBT參數(shù)IGBT（Insulated Gate Bipolor

17、Transistor）絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開(kāi)關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其開(kāi)關(guān)速度可達(dá)1mS，額定電流密度100A/cm2，電壓驅(qū)動(dòng)，自身?yè)p耗小。其符號(hào)和波形圖如圖2.2.1所示。設(shè)計(jì)中選的IGBT 管的型號(hào)是IRGPC50U,它的參數(shù)如下：管子類型：NMOS 場(chǎng)效應(yīng)管極限電壓Vm：600V極限電流Im：27A耗散功率P：200W額定電壓U：220V額定電流I：1.2A圖2.2.1 IGBT信號(hào)及波形圖2、緩沖電路參數(shù)經(jīng)實(shí)驗(yàn)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(gè)電容量大的電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)VT組成。泵

18、升電路中電解電容選取C=2000F ；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U型號(hào)的IGBT管；電阻選取R=20 。3 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)圖3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖3.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)圖3.1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖圖3.1.1中，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器二者之間實(shí)行串級(jí)連接。把速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器一般選擇PI調(diào)節(jié)器。 在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

19、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值決定了電流給定的最大值，電流給定的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。分析系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的特征，PI調(diào)節(jié)器一般存在兩種狀況：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，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退飽和，此時(shí)相當(dāng)于調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器的作用是使輸入偏差電壓始終為零。3.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)3.2.1 確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)；查表得三相橋式電路平均失控時(shí)間；電流濾波時(shí)間常數(shù)；三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是。為了基本濾平波頭應(yīng)有，則。電流小時(shí)間

20、常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理： 3.2.2 選擇電流調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)因?yàn)?i% 5%且TL/TI =23.98/6.7<10。所以按典系統(tǒng)設(shè)計(jì),選PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：3.2.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)其參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：=0.0065s取電流反饋系數(shù)：電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，由表可得，取，因此 （于是，ACR的比例系數(shù)為：3.2.4 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：，滿足近似條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：，滿足近似條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足近似條件。3.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)其電阻和電容按所用運(yùn)算放大器

21、取，各電阻和電容值為：，?。??。?取。如圖3.2.5.1所示，為電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖。圖3.2.5.1 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)3.3.1 確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：3.3.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：3.3.3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益為：電壓反饋系數(shù)ASR的比例系數(shù)為：3.3.4 檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：3.3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所

22、用運(yùn)算放大器取，則，?。?，??；，取。3.3.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：當(dāng)時(shí),;如圖3.3.6.1所示，為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖。圖3.3.6.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖3.4 轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器、電流反饋調(diào)節(jié)器的整定把電機(jī)、220V直流電源接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開(kāi)環(huán)。把正給定接入脈寬發(fā)生單元，調(diào)節(jié)給定，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1600rpm，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器中的RP1，使3端輸出的電壓為-4V。加大負(fù)載，使電機(jī)的電樞電流穩(wěn)定在1.3A，調(diào)節(jié)電流反饋調(diào)節(jié)器，使電流反饋調(diào)節(jié)器3端輸出的電壓為+4V。4 觸發(fā)電路 集成脈寬調(diào)制控制器SG3525是控制電路的核心，它

23、采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適合于各種開(kāi)關(guān)電源、斬波器的控制。本實(shí)驗(yàn)電路中用SG3525 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖4.1 系統(tǒng)原理圖其中：G：給定器；DZS：零速封鎖器；ASR：速度調(diào)節(jié)器；ACR電流調(diào)節(jié)器：GT：觸發(fā)裝置；FBS：速度變換器；FA：過(guò)流保護(hù)器；FBC：電流變換；AP1：I組脈沖放大器；SG3525介紹：SG3525脈寬調(diào)制型控制器是美國(guó)通用電氣公司的產(chǎn)品，作為SG3524的改進(jìn)型，更適合于運(yùn)用MOS管作為開(kāi)關(guān)器件的DC/DC變換器，它是采用雙級(jí)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(diǎn)是:輸出級(jí)采用推挽輸出，雙通道輸出，

24、占空比0-50%可調(diào).每一通道的驅(qū)動(dòng)電流最大值可達(dá)200mA,灌拉電流峰值可達(dá)500mA。可直接驅(qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz，具有欠壓鎖定、過(guò)壓保護(hù)和軟啟動(dòng)等功能。該電路由基準(zhǔn)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(qū)動(dòng)級(jí)，軟啟動(dòng)及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0-700C?；鶞?zhǔn)電壓為5.1 V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V。圖4.1.1 控制電路圖5 保護(hù)電路5.1 整流電路中的保護(hù)電路本設(shè)計(jì)采用晶閘管交流過(guò)壓保護(hù)電路作為整流電路中的保護(hù)電路，其電路圖如下圖5.1.1 晶閘管交流過(guò)壓保護(hù)電路電路圖當(dāng)電路出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，穩(wěn)壓管VDW導(dǎo)

25、通，使晶閘管（VT1或VT2）導(dǎo)通，由支路中電阻消耗電能。這種保護(hù)措施在系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)最多工作半個(gè)周期，在一個(gè)周期結(jié)束時(shí)，晶閘管自行關(guān)斷。5.2 PWM電路中的保護(hù)電路5.2.1 主電路中的熔斷器負(fù)責(zé)過(guò)流保護(hù)5.2.2 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(cè)重于開(kāi)關(guān)過(guò)程中過(guò)電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)30-50kHz；因此很小的電路電感就可能引起頗大的，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極

26、管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)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(jīng)實(shí)驗(yàn)得出緩沖電路電阻R=10K；電容。5.3 反饋及保護(hù)電路設(shè)計(jì)5.3.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇選測(cè)速發(fā)電機(jī)：永磁式ZYS231/110型，額定數(shù)據(jù)為P=23.1W，U=110V，I=0.21A，n=1900r/min。測(cè)速反饋電位器RP2的選擇：考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的20%，這樣，測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性度影響較小。測(cè)速發(fā)電機(jī)工作最高電壓： 測(cè)速反饋電位器阻值： 此時(shí)RP2所消耗的功率為： 為了使電位器溫度不要很高

27、，實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故選RP2為4W，取2000。5.3.2 電流檢測(cè)單元本系統(tǒng)要求電流檢測(cè)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(diào)試6.1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定6.1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻R；2、測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td；3、測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM；4、測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM；5、測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f (Uct)；6、測(cè)定測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f (n)。6.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成和工作原理本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路

28、，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(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。6.1.3 實(shí)驗(yàn)方法1、電樞回路電阻R的測(cè)定電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2) ，如把電機(jī)電樞兩端短接，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)，則電機(jī)的電樞電阻為Ra=R-（RL+Rn） 同樣，短接電抗器兩端，也可測(cè)得電抗器直流電阻RL。測(cè)試結(jié)果如下表：表6-1U(V)5572I(A)0.80.4表6-2U(V)7382I(A)0.80.4表6-3U(V)6577I(A)0.80.4代入以上公式計(jì)算得：R=52.5；Ra=22.25；RL=1

29、5；2、主電路電磁時(shí)間常數(shù)的測(cè)定采用電流波形法測(cè)定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流id按指數(shù)規(guī)律上升，其電流變化曲線如圖6.1.3.1所示。當(dāng)t =Td時(shí)，有MCL-31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開(kāi)關(guān)，電機(jī)不加勵(lì)磁，調(diào)節(jié)Uct，監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機(jī)電樞電流為(5090)%Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測(cè)量出當(dāng)電流上升至63.2%穩(wěn)定值時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線下圖：圖6.1.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線3、電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測(cè)定 將電動(dòng)

30、機(jī)加額定勵(lì)磁，使之空載運(yùn)行，改變電樞電壓Ud，測(cè)得相應(yīng)的n，即可由下式算出Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時(shí))CM的單位為N.m/A，可由Ce求出CM=9.55Ce實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下表：表6-4Ud（V）22320717913077N(r/min)151013951200863500將實(shí)驗(yàn)結(jié)果代入公式計(jì)算得：Ce=0.15；CM=9.55Ce=1.39；4、系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測(cè)定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)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(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)63.2%穩(wěn)態(tài)值時(shí)，所

31、經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。測(cè)試時(shí)電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除。MCL31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開(kāi)關(guān)。電動(dòng)機(jī)M加額定勵(lì)磁。調(diào)節(jié)Uct，將電機(jī)空載起動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開(kāi)主電路開(kāi)關(guān)，待電機(jī)完全停止后，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，給電樞加電壓，用示波器拍攝過(guò)渡過(guò)程曲線，如下圖：圖6.1.3.2 過(guò)渡過(guò)程曲線5、測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)線路如圖所示圖6.1.3.3 實(shí)驗(yàn)線路圖電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別讀取對(duì)應(yīng)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（

32、r/min）1551131612301106921U (V)6.335.365.014.503.746.2 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)性能測(cè)試6.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、PWM控制器SG3525性能測(cè)試；2、控制單元調(diào)試；3、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)試；4、系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試；5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)特性測(cè)試；6、H型PWM變換器不同控制方式時(shí)的性能測(cè)試。6.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和工作原理在中小容量的直流傳動(dòng)系統(tǒng)中，采用自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)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(yīng)用。雙閉環(huán)脈寬調(diào)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(gòu)成的H型結(jié)構(gòu)形式，UPW為脈寬調(diào)制器

33、，DLD為邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅(qū)動(dòng)電路，F(xiàn)A為瞬時(shí)動(dòng)作的過(guò)流保護(hù)。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。6.2.3 測(cè)試內(nèi)容測(cè)試11.SG3525性能測(cè)試（1）用示波器觀察“1”端（即SG3525的5腳）的電壓波形，波形(1V，20s)如圖6.2.3.1為：圖6.2.3.1 5腳的波形（2）用示波器觀察“2”端（即SG3525的13腳）的電壓波形(5V，20s)，波形如圖6.2.3.2為

34、：圖6.2.3.2 13腳的波形（3）用導(dǎo)線將“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調(diào)節(jié)正負(fù)給定，記錄“2”端輸出的最大占空比(占空比=50%，5V，20s)的波形如圖6.2.3.3為：圖6.2.3.3最大占空比時(shí)的波形最小占空比(占空比=13%，5V，20s)的波形如圖6.2.3.4為：圖6.2.3.4 最小占空比時(shí)的波形2.控制電路的測(cè)試（1）邏輯延時(shí)時(shí)間的測(cè)試在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別將正、負(fù)給定均調(diào)到零，用示波器觀察“DLD” 的“1”和“2”端的輸出波形(20mv，10s)，并記錄延時(shí)時(shí)間：td= 3.8s（2）同一橋臂上下管子驅(qū)動(dòng)信號(hào)列區(qū)時(shí)間測(cè)試分別將“隔離驅(qū)動(dòng)”的G和主回路的

35、G相連，用雙蹤示波器(50mv，20s)，分別測(cè)量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的死區(qū)時(shí)間：tdVT1.VT2= 1.6s；tdVT3.VT4= 3.6s(注意：由于在學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中，只有MEL-03的三相可調(diào)電阻掛箱，而沒(méi)有MEL-13的測(cè)功機(jī)掛箱，所以在下列幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中提到的額定負(fù)載都是由MEL-03掛箱的可調(diào)電阻串聯(lián)直流發(fā)電機(jī)M03來(lái)得到的)。測(cè)試21開(kāi)環(huán)系統(tǒng)調(diào)試（1）電流反饋系數(shù)的調(diào)試a將正、負(fù)給定均調(diào)到零，合上主控制屏電源開(kāi)關(guān)，接通直流電機(jī)勵(lì)磁電源。b調(diào)節(jié)正給定，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)直至達(dá)1400r/min。c給電動(dòng)機(jī)拖加負(fù)載，即逐漸減小發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻，直至電

36、動(dòng)機(jī)的電樞電流為1A。d調(diào)節(jié)“FBA”的電流反饋電位器，用萬(wàn)用表測(cè)量“9”端電壓達(dá)2V左右。（2）速度反饋系數(shù)的調(diào)試在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再次調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的1400r/min，調(diào)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(kāi)環(huán)機(jī)械特性測(cè)定參照速度反饋系數(shù)調(diào)試的方法，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1400r/min，S4開(kāi)關(guān)撥向“正給定”，改變可調(diào)電阻加載旋鈕（或直流發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd），在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)測(cè)取6個(gè)點(diǎn)，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流發(fā)電機(jī)電流id，特性曲線見(jiàn)圖圖6.2.3.5。表6-6 開(kāi)環(huán)正給定高速的數(shù)據(jù)記錄 n=1400r/minn(r/min

37、)1400138013611355134913431337id(A)0.600.700.800.850.900.951.00圖6.2.3.5 開(kāi)環(huán)正給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3，使n=1000 r/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機(jī)在中速和低速時(shí)的機(jī)械特性，特性曲線見(jiàn)圖6.2.3.6和圖6.2.3.7。表6-7開(kāi)環(huán)正給定中速的數(shù)據(jù)記錄 n=1000r/minn(r/min)1003989970950935923908id(A)0.440.500.600.700.800.901.00圖6.2.3.6 開(kāi)環(huán)正給定中速的特性曲線表6.8 開(kāi)環(huán)正給定低速的數(shù)據(jù)記錄 n=500r/m

38、inn(r/min)503479458441420393361id(A)0.250.350.450.550.650.851.00圖6.2.3.7 開(kāi)環(huán)正給定低速的特性曲線斷開(kāi)主電源，S4開(kāi)關(guān)撥向“負(fù)給定”，然后按照以上方法，測(cè)出系統(tǒng)的反向機(jī)械特性，特性曲線見(jiàn)圖6.2.3.8。表6-9 開(kāi)環(huán)負(fù)給定高速的數(shù)據(jù)記錄 n=1400r/minn(r/min)1405139313831370134513281305id(A)0.560.600.650.700.800.901.00 圖6.2.3.8 開(kāi)環(huán)負(fù)給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3，使n=1000/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機(jī)在

39、負(fù)給定后中速和低速時(shí)的機(jī)械特性，特性曲線見(jiàn)圖6.2.3.9和圖6.2.3.10。表6-10 開(kāi)環(huán)負(fù)給定中速的數(shù)據(jù)記錄 n=1000r/minn(r/min)1000985971950928899882id(A)0.420.500.550.650.750.901.00圖6.2.3.9開(kāi)環(huán)負(fù)給定中速的特性曲線表6-11 開(kāi)環(huán)負(fù)給定低速的數(shù)據(jù)記錄 n=500r/minn(r/min)500473450429398367336id(A)0.250.350.450.550.700.851.00圖6.2.3.10 開(kāi)環(huán)負(fù)給定低速的特性曲線 （4）計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和電流反饋系數(shù) 通過(guò)上面給定的數(shù)據(jù)可以算得：

40、 轉(zhuǎn)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(diào)試將ASR,ACR均接成PI調(diào)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(diào)節(jié)器的調(diào)試 a反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最??； b“5”、“6”端接入MEL11電容器，預(yù)置57F； c調(diào)節(jié)正負(fù)限幅電位器RP1、RP2使輸出限幅為±2V。（2）電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試a反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最??；b“5”、“6”端接入MEL11電容器，預(yù)置57F； cS5開(kāi)關(guān)打向“給定”，S4開(kāi)關(guān)扳向上，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，使ACR輸出正飽和，調(diào)整ACR的正限幅電位器RP1，用示波器觀察

41、 “30”的脈沖，不可移出范圍。（3）系統(tǒng)閉環(huán)機(jī)械特性測(cè)定S2開(kāi)關(guān)打向“給定”，S1開(kāi)關(guān)打向下至“負(fù)給定”，調(diào)節(jié)MCL-10的RP4電位器，使ACR輸出負(fù)飽和，調(diào)整ACR的負(fù)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(cè)試（1）機(jī)械特性n=f（Id）的測(cè)定S2開(kāi)關(guān)打向“給定”，S1開(kāi)關(guān)扳向上至“正給定”，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1400 r/min，再調(diào)節(jié)可調(diào)電阻加載旋鈕（或發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rg），在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)分別記錄6點(diǎn)，可測(cè)出系統(tǒng)正轉(zhuǎn)時(shí)的靜特性曲線n=f（Id），特性曲線見(jiàn)圖圖6.2.3.11。表6-12 閉環(huán)正給定時(shí)的數(shù)據(jù)記錄

42、n(r/min)1419140413901373136613551343I(A)0.350.450.500.550.600.650.70圖6.2.3.11 閉環(huán)正給定時(shí)的靜特性曲線 S2開(kāi)關(guān)打向“給定”，S1開(kāi)關(guān)打向下至“負(fù)給定”，調(diào)節(jié)MCL-10的RP4電位器，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1400 r/min，再調(diào)節(jié)可調(diào)電阻加載旋鈕（或發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rg），在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)分別記錄6點(diǎn)，可測(cè)出系統(tǒng)反轉(zhuǎn)時(shí)的靜特性曲線n=f（Id），特性曲線見(jiàn)圖6.2.3.12。表6-13 閉環(huán)負(fù)給定時(shí)的數(shù)據(jù)記錄n(r/min)1506149614841474146114481436I(A)0.400.450.500

43、.550.600.650.70圖6.2.3.12 閉環(huán)負(fù)給定時(shí)的靜特性曲線 （2）閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測(cè)定S2開(kāi)關(guān)打向“給定”，S1開(kāi)關(guān)扳向上至“正給定”，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，記錄Ug和n，即可測(cè)出閉環(huán)控制特性n=f(Ug)，特性曲線見(jiàn)圖6.2.3.13。表6-14 閉環(huán)控制特性的數(shù)據(jù)記錄n(r/min)142013731310122011861076914Ug(V)1.961.841.761.681.611.461.25圖6.2.3.13 閉環(huán)控制特性曲線4系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察動(dòng)態(tài)波形，并記錄下列動(dòng)態(tài)波形：(電動(dòng)機(jī)電樞電流波形的觀察可通過(guò)MCL-03的

44、ACR的第“1”端，轉(zhuǎn)速波形的觀察可通過(guò)MCL-03的ASR的第“1”端)突加給定起動(dòng)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的波形（500mV，500ms）如圖6.2.3.14（額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.14 突加給定起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速變化的波形突加給定起動(dòng)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)電樞電流隨時(shí)間變化的波形（2V，500ms）如圖6.2.3.15（額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.15 突加給定起動(dòng)時(shí)電流變化的波形突加負(fù)載時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的波形（500mV，500ms）如圖6.2.3.16（額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.16 突

45、加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速變化的波形突降負(fù)載時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的波形（500mV，500ms）如圖6.2.3.17（額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.17 突降負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速變化的波形正反轉(zhuǎn)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的波形（1V，500ms）如圖6.2.3.18（額定轉(zhuǎn)速為1500r/min至1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.18 正反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速變化的波形總 結(jié)直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究“調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)”是在DJDK1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的。測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)電氣參數(shù)和時(shí)間常數(shù)，并應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。以SG3525為核心實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)速，形成無(wú)靜差的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制。PWM雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，具有調(diào)速簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍大、精度高、速度平穩(wěn)、電流脈動(dòng)小、電機(jī)溫升低等優(yōu)點(diǎn)，使調(diào)速各項(xiàng)性能指標(biāo)大為提高?？v觀整個(gè)設(shè)計(jì)，經(jīng)典部分是已學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)深入理解了工程設(shè)計(jì)方法，擴(kuò)展了知識(shí)面，各門課程綜合應(yīng)用，收益頗多，使我對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制有了更深的認(rèn)識(shí)。但由于理論水平有限，仍有許多不足之處有待解決。在此感謝老師