雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 #FUJIAN AGRICULrURE AND FORESTRY UNIVERSITY交直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院學(xué)號(hào)： 3115102056專業(yè)（方向）年級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化 2011級(jí)學(xué) 生 姓名：曾臺(tái)坤福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系2014年12月11日交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 4一、題目 4二、設(shè)計(jì)目的 4三、系統(tǒng)方案的確定 4四、設(shè)計(jì)任務(wù) 5五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求 5六、參考資料 5交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6一、方案確定 62.1.1 方案選定 62.1.2 橋式可逆 PWM 變換器的工作原理 82.1.3 系統(tǒng)控制電路圖 102.1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜

2、特性分析 112.1.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 11二、硬件結(jié)構(gòu) 132.2.1 主電路 142.2.2 泵升電壓限制 16三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇 162.3.1 整流二極管的選擇 162.3.2 絕緣柵雙極晶體管的選擇 17四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇 172.4.1 調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路 172.4.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 172.3.7 確定時(shí)間常數(shù) 182.4.3 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 202.4.4 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 202.4.5 計(jì)算 ACR 的電阻和電容 212.4.6 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 222.4.7 反饋單元 24三心得體會(huì) 26交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目雙

3、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”等過(guò)程，其中系統(tǒng)方 案

4、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)流二極管的功率開關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PW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

5、理圖、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、PW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。要求文字通順、字跡工整、公式書寫規(guī)范、報(bào)告書上的圖表允許徒手畫， 但必須清晰、正確且要有圖題。4、必須畫出系統(tǒng)總圖，總圖不準(zhǔn)徒手畫，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

6、、參考資料1、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、方案確定2.1.1方案選定直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián) 結(jié)，轉(zhuǎn)速調(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 PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的 直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸 出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？傮w方

7、案簡(jiǎn)化圖如圖1所示。Id圖1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能， 保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟 動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在啟動(dòng)過(guò)程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速 負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)， 又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過(guò)載能力的條件下獲得最佳過(guò)渡過(guò)程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。圖2直流PWM傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直流PWM控制系統(tǒng)是直流脈寬調(diào)制式調(diào)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別在于用直流PWM變換器取代了晶閘管變流裝置，作為系統(tǒng)的功 率驅(qū)動(dòng)

8、器，系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖2所示。其中屬于脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)主要由調(diào)制波 發(fā)生器GM脈寬調(diào)制器UPM邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD和電力晶體管基極的驅(qū)動(dòng)器 GD 和脈寬調(diào)制（PWM變換器組成，最關(guān)鍵的部件為脈寬調(diào)制器。如圖3所示，這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大 電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。Ca）帶電流截止負(fù)辰饋的甲閉壞調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程（H）網(wǎng)想快速起動(dòng)過(guò)碎圖3調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形2.1.2橋式可逆PWM變換器的工作原理脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制 成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列， 從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)

9、節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn) 速。橋式可逆PWM變換器電路如圖4所示。這是電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB的極 性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。圖4橋式可逆PWM變換器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖 5所示UgittatonUg3TItrUg4OUg2O圖5 PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形他們的關(guān)系是：Ugl Ug4 Ug2 Ug3。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)O t t°n時(shí), 晶體管VTi、VT4飽和導(dǎo)通而VT、VT2截止，這時(shí)UAB US。當(dāng)ton t T時(shí)，VT1、 VT截止，但VT3、VT2不能立即導(dǎo)通，電樞電流id經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時(shí) UAB US。UAB在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這

10、是雙極式 PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖2所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton T ,則UAB的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較2窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，ton T ,平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。2雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為Ud如USTTton2ton 1 US TT如果定義占空比如，電壓系數(shù)UdTUS則在雙極式可逆變換器中2 1調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為01相應(yīng)的1 1。當(dāng)1-時(shí)，為正，電211動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)-時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)-時(shí)，0 ,電動(dòng)機(jī)停止。22但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖

11、電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均 值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流， 從而消除了正、反向時(shí)靜摩 擦死區(qū)，起著所謂 動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)4）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo) 通?？刂齐娐啡缦滤?。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)

12、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。2.1.3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2.1.4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, 電壓平衡方程如下電流波形都是連續(xù)的,因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單,US Rid L

13、ddE(Otton).US RidLdr E(ton t T)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Ud US，平均電流用Id表示，平均轉(zhuǎn)速n E/Ce，而電樞電感壓降Ldd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成dtUS RId E RIdCen則機(jī)械特性方程式n US RIdRInoCeCeCe2.1.5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Pl調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和一一輸出 達(dá)到限幅值；不飽和一一輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸

14、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6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7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖中的M由軟如圖路、顯示6OO比WC升限制

15、,P牛r、硬件結(jié)構(gòu)給定r>.H tfr.沆柿K¾iF(電曲tfciM可統(tǒng)的特=UPE轉(zhuǎn)速L調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)點(diǎn)：雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，決現(xiàn)脈沖觸發(fā)、 調(diào)節(jié)，系統(tǒng)由主電路、檢測(cè)電路、控制電路、 為雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖PWM功率變換 件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流 電i路組成S+沖護(hù)瑤4匚A圖8 雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.21主電路主電路由二極管整流器UR、PWM逆變器Ul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?？赡鍼WME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換器。這時(shí)電動(dòng)機(jī)

16、M兩端電壓Uab的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng) 電壓極性的變化而變化，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 PWME換器。雙極性控制的橋式可逆PWME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)。VTI圖9橋式可逆PWM換器VD3I4 VT4VD4FOO圖10為雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。id1相當(dāng)于一般負(fù)載的情況, 脈動(dòng)電流的方向始終為正；id2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10 雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形雙極性控制可控PWr變換器的輸出平均電

17、壓為UdTUSLjOnUS(2ton(T1)Us轉(zhuǎn)速反饋電路如圖11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)Ton 0.012s。根據(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11轉(zhuǎn)速反饋電路222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

18、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和開關(guān)管VT組成的泵升電壓限制電路，用R來(lái)消耗掉部分動(dòng) 能。R的分流電路靠開個(gè)器件 VT在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)接通。三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇主電路參數(shù)計(jì)算包括整流二極管計(jì)算，濾波電容計(jì)算、功率開關(guān)管IGBT的 選擇及各種保護(hù)裝置的計(jì)算和選擇等。2.3.1整流二極管的選擇根據(jù)二極管的最大整流平均If和最高反向工作電壓 UR分別應(yīng)滿足:If 1.1 IO（AV） 2 1.1 6/2 3.3（A）UR 1.12 U21.12 110171 （ V）選用大功

19、率硅整流二極管，型號(hào)和參數(shù)如下所示：型號(hào)額定正向平 均電流If（A）額定反向峰值電壓URM（V）正向平均壓降 UF （ V）反向平均漏電流IR（mA）散熱器型號(hào)ZP10A1020020000.50.76SZ14在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，濾波電容是根據(jù)負(fù)載的情況來(lái)選擇電容 C值,使RC（35）T/2 ,且有UdmaX 0.9 110 0.9594（ V）2 C 1.5 0.02 ,即 C 150OouF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 22000UFO2.3.2絕緣柵雙極晶體管的選擇最大工作電流 max 2UsR=4400.45=978(A)集電極發(fā)射極反向擊

20、穿電壓(BVCEO)(BVCEO) (23)Us=440660v四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇2.4.1調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。再選 擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。 在這里是：先從電流環(huán)人手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。2.4.2電流環(huán)的設(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4.9N m,電樞電阻Ra=1.64 ,電樞回路總電感L=10.2mH,額定 電流定電壓

21、=110V。調(diào)速系統(tǒng)的最小負(fù)載電流Io=1A ,電源電壓Us=122V ,電力晶體管集電極電 阻Rc=2.5 ,設(shè)K1=K2=2° I=1000rmin ,電樞回路總電阻 R=2 ,電流過(guò)載倍 數(shù) =2o如圖12為電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖g)圖12電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖237確定時(shí)間常數(shù)Tl3L 亞竺 0.005SU N RaI N110 1.64 6n1000GD2R1.5 2375CeCm375 0.12 300.1V ?min/ r0.08SCe(1) 脈寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)TPWM與傳遞函數(shù)的計(jì)算電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為啟動(dòng)電流與額定電流比為S TN I 10.167晶體管放大區(qū)的時(shí)間常

22、數(shù)為TCe26 S 0.159 S2 3.14 106電流上升時(shí)間tr的計(jì)算公式為tr TCelnk 0.95式中k1 晶體管導(dǎo)通時(shí)的過(guò)飽和驅(qū)動(dòng)系數(shù)，取 k1=2則trTcelnkk 0.950.159ln22 0.950.103 S電流下降時(shí)間tf的計(jì)算公式為tfTce In1 k20.05 k2式中k2晶體管截止時(shí)的負(fù)向過(guò)驅(qū)動(dòng)系數(shù)，取k2 =2tfTceln1 k20.05 k20.159 In 1 2 S 0.061 S0.05 2Ti10.2ms25.1ms 0.0051s最佳開關(guān)頻率為fop0.3323T2(tr tf)0.332310.1670.00512(0.103 0.061)

23、 10 6 HZ4434.8Hz開關(guān)頻率f選為4.4kHz,此開關(guān)頻率已能滿足電流連續(xù)的要求于是開關(guān)周期TPWM0.23ms脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)為KPWMUd 11011Ui 10于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為WPWM (S)KPWMTPWMS 1110.00023 1(2) 電流濾波時(shí)間常數(shù) TOi取1.5ms1.73ms(3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) T i TPWM Toi 0.23ms 0.5ms2.4.3選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)10根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 5% ,而且Tl/T i 5.1/1.73 2.95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*is 1

24、WACR(S)Kiis2.4.4選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)i Ti 0.0051s要求i%5%時(shí)，應(yīng)取KIT i 0.5 ,因此KI0.5S 1289.02s 10.00173Uim10IN 2 60.833V Z A于是KiKIiRKPWM289.02 0.0051 20.320.833 112.檢驗(yàn)近似條件Ci KI289.02sCi(1)要求3T PWM現(xiàn) 3Tpwm0.00023s11449.3s1CiCi要求1TmTI3 0.1033l ,現(xiàn)1S0.0051130.89s 1CiCi(3)要求1 13 TPWMTOi現(xiàn) 3 I TPWMTOi3 ' 0.00023 0.0005982

25、.95s 1Ci可見均滿足要求。2.4.5計(jì)算ACR的電阻和電容取 RO=40k,則RiKR 00.23409.2k,取R9ki0.00516Ci10F0.057 FRi90004Toi4 0.0005Coi10F 0.05FR040103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 要求。4.3%5%，故滿足設(shè)計(jì)246轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)2.4.6.1 確定時(shí)間常數(shù)(1) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2T i 2 0.00320.00064s(2) 取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)TOn 0.005s(3) Tn 2Ti Ton 0.00064s 0.005s 0.00564s2.4.6.2 ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差及其

26、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Pl調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為WASR(S)112.4.6.3 選擇 ASR參數(shù)取h=5,則KN2.4.6.4(1)hT n 5h 12h2TKn0.00564s 0.0282s22 25 0.005642 S(h2h RT n1) CeTm6 0.833校驗(yàn)近似條件CnKNCn要求Cn要求2191.8s 20.09016 0.1032 5 0.01 2 0.0056431.36n 2191.810.028261.81s兀，現(xiàn)53 2T iTon5 0.00032625sCn OI 2 OOO32 0.005s559sCn可見均能滿足要求。2.4

27、65 計(jì)算ASR電阻和電容取RO 40k ,則RnKnR031.36 40k1254.4k ,取 1440kCn0.0282Rn 1440 10106F 0.019 F取 0.1 FCOn4Ton4 0.005RD40103106F 0.5 F2.4.6.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%Cmax、(Cb2(znNTnTm當(dāng)h=5時(shí),Cmax % Cb %81.2%,而nN血Ce6 2 r0.09016 min1331rmin因此n% 81.2% 2 10.167133.11000沁 14.8% 20%0.103可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。2.4.6.7校驗(yàn)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間CeTm nNIS 1 T 2"R I N009016 01°3 10000.39s 0.5s可見能滿足設(shè)計(jì)要求247反饋單元2.4.7.1 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=IIOVl=0.21A，n=1900rmin。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