1、沈陽理工大學課程設計摘 要以電力電子學和電機調速技術為基礎，本文設計了一種基于直流脈寬調速控制技術的直流電機調速系統。為了得到較好的動靜態性能，該控制系統采用了雙閉環控制，同時速度調節器和電流調節器都選用PI調節器。設計的調速系統采用橋式電路作為主電路，采用ASR與ACR作為調節器，觸發電路以集成PWM控制器SG3525為核心,保護電路以過流保護為主。這種系統在40年代廣泛應用，但是它的缺點是占地大，效率低，運行費用昂貴，維護不方便等，特別是至少要包含兩臺與被調速電機容量相同的電機。為了克服這些缺點，50年代開始使用水銀整流器作為可控變流裝置。這種系統缺點也很明顯，主要是污染環境，危害人體健康

2、。50年代末晶閘管出現，晶閘管變流技術日益成熟，使直流調速系統更加完善。晶閘管電動機調速系統已經成為當今主要的直流調速系統，廣泛應用于世界各國。 關鍵字：ASR；ACR；調速系統；直流調速器；SG3525 目錄緒 論11 簡要介紹及設計方案21.1 PWM簡介21.2 直流調速系統的方案設計21.2.1 設計已知參數21.2.2 設計指標31.2.3 設計內容31.2.4 現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的理由42 直流脈寬調速系統主電路設計52.1 主電路結構設計52.2 參數設計63 直流脈寬調速系統調節器設計83.1 轉速

3、、電流雙閉環設計83.2 電流調節器設計93.2.1 確定時間常數93.2.2 選擇電流調節其結構93.2.3 計算電流調節其參數103.2.4 校驗近似條件103.2.5 計算調節其電阻和電容113.3 轉速調節器設計113.3.1 確定時間常數113.3.2 選擇轉速調節器結構123.3.3 計算轉速調節其參數123.3.4 檢驗近似條件123.3.5 計算調節器電阻和電容133.3.6 校核轉速超調量133.4 轉速反饋調節器、電流反饋調節器的整定144 觸發電路155 保護電路175.1 整流電路中的保護電路175.2 PWM電路中的保護電路175.2.1 主電路中的熔斷器負責過流保護

4、175.2.2 緩沖電路185.3 反饋及保護電路設計185.3.1 轉速檢測裝置選擇185.3.2 電流檢測單元196 調試206.1 晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定206.1.1 實驗內容206.1.2 實驗系統組成和工作原理206.1.3 實驗方法206.2 雙閉環可逆直流脈寬調速系統性能測試246.2.1 實驗內容246.2.2 實驗系統的組成和工作原理246.2.3 測試內容25總 結33參考文獻34附錄A3544 緒 論在現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。一次是元器件的更新，即以大功率半導體器件晶閘管取代傳統的變流機組，以線形

5、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字式。在前一次技術更新中，電氣系統的動態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，電氣系統的結構和性能亦隨之改觀。在整個電氣自動化系統中，電力拖動及調速系統是其中的核心部分?，F代的電力拖動控制系統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器等組成的。經過合理的簡化處理，整個系統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絡（調節器），和由 R、C等元件構成的無源校正網絡相比,又可以實現更為精確的比例、微

6、分、積分控制規律,于是就有可能將各種各樣的控制系統簡化和近似成少數典型的低階系統結構。目前，隨著大功率電力電子器件的迅速發展，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，于是直流調速的優勢就顯現了出來。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，輪機定位等系統中仍離不開直流調速裝置，因此加強對直流調速系統的研究還是很有必要的。轉速、電流雙閉環控制直流調速系統是性能好、應用最廣的直流調速系統。它具有動態響應快、抗干擾能力強等優點。我

7、們知道反饋閉環控制系統具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和PI調節器的單閉環的調速系統可以再保證系統穩定的條件下實現轉速無靜差。本設計是以直流PWM控制調速系統進行調速，采用轉速調節器ASR、以及電流調節器ACR并用PI調節器進行校正，對反饋信號進行采集，處理起到無靜差效果。1 簡要介紹及設計方案1.1 PWM簡介脈寬調制器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

8、廣泛使用。PWM系統在很多方面具有較大的優越性 ：（1）PWM調速系統主電路線路簡單，需用的功率器件少。（2）開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較小。（3）低速性能好，穩速精度高，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，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強。（5）功率開關器件工作在開關狀態，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，電網功率因數比相控整流器高。 1.2 直流調速系統的方案設計1.2.1 設計已知參數1、拖動設備：直流電動機：，過載倍數。2、負載：直流發電機：，。3、機

9、組：轉動慣量。1.2.2 設計指標1、D4，穩態時無靜差。2、穩態轉速n=1500r/min，負載電流0.8A。3、電流超調量，空載起動到穩態轉速時的轉速超調量。1.2.3 設計內容1、直流脈寬（PWM）調速系統設計與研究主電路設計。2、直流脈寬（PWM）調速系統設計與研究調節器設計【ASR ACR】。3、直流脈寬（PWM）調速系統設計與研究觸發電路設計。4、直流脈寬（PWM）調速系統設計與研究保護電路設計。其中以2為主要研究內容1.2.4 現行方案的討論與比較直流電動機的調速方法有三種：調節電樞供電電壓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

10、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中采用。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來說，以調節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采用的主要方法，調節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。離子拖動系統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

11、速系統已經成為直流調速系統的主要形式。1.2.5 選擇IGBT的H橋型主電路的理由IGBT的優點：（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的安全工作區比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。（3）IGBT的通態壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區域。（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、電動機四象限運行、無摩擦死區、低速平穩性好

12、等優點。本次設計以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的理由同開環控制系統相比，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統的響應特性。由于閉環系統的這些優點因此選用閉環系統。單閉環速度反饋調速系統，采用PI控制器時，可以保證系統穩態速度誤差為零。但是如果對系統的動態性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負載動態速降小等，單閉環系統就難以滿足要求。在要求較高的調速系統中，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、電網等干擾。通過分析發現，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

13、電流，當電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的干擾，必須對電樞電流進行調節。圖2.1 實驗原理圖2 直流脈寬調速系統主電路設計圖2.1 直流PWM傳動系統結構圖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 及其反并聯的續流二極管組成。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

14、點，下端接N點，中點公共端(COM)。若使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(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續流形成回路為AD1一PN A，此時UAB>0，l

15、AB>0，電機工作在正轉制動狀態(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(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(II，IV象限)。正轉或反轉狀態電機電樞繞組的連接通過狀態開關進行切換。這樣僅用兩個開關器件就可實現電機的四象限運行。電機的轉速經測速發電機以及FBS(轉速變換器)輸出到ASR(轉速調節器)，作為ASR的輸入并和給定電

16、壓比較，組成系統的外環，ASR的輸出作為ACR(電流調節器)的輸入并和主電路電流反饋信號進行比較作為系統的內環。由于電流調節器的輸出接到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，轉速調節器的輸出作為電流調節器的給定則又要求其輸出電壓信號為正，最后轉速調節器的給定選擇了負極性的可調電壓。ASR和ACR均采用PI調節器，利用電流負反饋與速度調節器輸出限幅環節的作用，使系統能夠快速起制動，突加負載動態速降小，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 參數設計1、IGBT參數IGBT（Insulated Gat

17、e Bipolor Transistor）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2.2.1所示。設計中選的IGBT 管的型號是IRGPC50U,它的參數如下：管子類型：NMOS 場效應管極限電壓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信號及波形圖2、緩沖電路參數經實驗得出緩沖電路電阻R=10K；電容C=0.75F。3、泵升電路參數泵升電路由一個電容量大的電解電容、一個電

18、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IRGPC50U型號的IGBT管；電阻選取R=20 。3 直流脈寬調速系統調節器設計圖3.1 雙閉環直流調速控制系統原理圖3.1 轉速、電流雙閉環設計圖3.1.1 雙閉環直流調速控制系統原理圖圖3.1.1中，將轉速調節器和電流調節器二者之間實行串級連接。把速度調節器的輸出作為電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環結構上看，電流環在里面，稱作內環；轉速環在外邊，稱作外環。這就形成了轉速、電流反饋控制直流調速系統。為了獲得良好的靜、動態性能，轉速和電流調節器一般選擇PI調節器。 在

19、雙閉環直流調速系統的穩態結構圖中，轉速調節器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。分析系統靜特性的關鍵是掌握PI調節器的特征，PI調節器一般存在兩種狀況：飽和-輸出達到限幅值，不飽和-輸出未達到限幅值。當調節器飽和時，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使調節器退飽和，此時相當于調節環開環。當調節器不飽和時，PI調節器的作用是使輸入偏差電壓始終為零。3.2 電流調節器設計3.2.1 確定時間常數整流裝置滯后時間常數；查表得三相橋式電路平均失控時間；電流濾波時間常數；三相橋式電路每個波頭的時間是。為了基本濾平波頭

20、應有，則。電流小時間常數：按小時間常數近似處理： 3.2.2 選擇電流調節其結構本設計因為 i% 5%且TL/TI =23.98/6.7<10。所以按典系統設計,選PI調節器，其傳遞函數為：檢查對電源電壓的抗擾性能：3.2.3 計算電流調節其參數電流調節器超前時間常數：=0.0065s取電流反饋系數：電流環開環增益：要求時，由表可得，取，因此 （于是，ACR的比例系數為：3.2.4 校驗近似條件電流環截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件：，滿足近似條件。忽略反電動勢變化對電流環動態影響的條件：，滿足近似條件。電流環小時間常數近似處理條件：，滿足近似條件。3.2.5 計算調節其電阻和

21、電容按所用運算放大器取，各電阻和電容值為：，??；,取；,取。如圖3.2.5.1所示，為電流調節器的結構圖。圖3.2.5.1 電流調節器的結構圖3.3 轉速調節器設計3.3.1 確定時間常數電流環等效時間常數：轉速環小時間常數：按小時間常數近似處理，取轉速濾波時間常數：3.3.2 選擇轉速調節器結構按設計要求，選用PI調節器，其傳遞函數為：3.3.3 計算轉速調節其參數按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數為：轉速開環增益為：電壓反饋系數ASR的比例系數為：3.3.4 檢驗近似條件轉速環截止頻率為：電流環傳遞函數簡化條件為：轉速環小時間常數近似處理條件為：3.3.5 計算

22、調節器電阻和電容按所用運算放大器取，則，取；，??；，取。3.3.6 校核轉速超調量按退飽和超調量的計算方法計算調速系統空載啟動到額定轉速時的轉速超調量：當時,;如圖3.3.6.1所示，為轉速調節器的結構圖。圖3.3.6.1 轉速調節器的結構圖3.4 轉速反饋調節器、電流反饋調節器的整定把電機、220V直流電源接入系統，系統接成開環。把正給定接入脈寬發生單元，調節給定，使轉速穩定在1600rpm，調節轉速反饋調節器中的RP1，使3端輸出的電壓為-4V。加大負載，使電機的電樞電流穩定在1.3A，調節電流反饋調節器，使電流反饋調節器3端輸出的電壓為+4V。4 觸發電路 集成脈寬調制控制器SG3525

23、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。圖4.1 系統原理圖其中：G：給定器；DZS：零速封鎖器；ASR：速度調節器；ACR電流調節器：GT：觸發裝置；FBS：速度變換器；FA：過流保護器；FBC：電流變換；AP1：I組脈沖放大器；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字混合集成電路，性能優異，所需外圍器件較少。它的主要特點是:輸出級采用推

24、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，可正常工作的溫度范圍是0-700C?；鶞孰妷簽?.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5.1.1 晶閘管交流過壓保護電路電路圖當電路出現過電

25、壓時，穩壓管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出現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 主電路中的熔斷器負責過流保護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30-50kHz；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的續流二極管的反向恢

26、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，使出現尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數：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電機：永磁式ZYS231/110型，額定數據為P=23.1W，U=110V，I=0.21A，n=1900r/min。測速反饋電位器RP2的選擇：考慮測速發電機輸出最高電壓時，其電流約為額定值的20%，這樣，測速發電機電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小。測速發電機工作最高電壓： 測速反饋電位器阻值： 此時RP2所消耗的功率為： 為了

27、使電位器溫度不要很高，實選瓦數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參數和環節特性的測定6.1.1 實驗內容1、測定晶閘管直流調速系統主電路電阻R；2、測定晶閘管直流調速系統主電路電磁時間常數Td；3、測定直流電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM；4、測定晶閘管直流調速系統機電時間常數TM；5、測定晶閘管觸發及整流裝置特性Ud=f (Uct)；6、測定測速發電機特性UTG=f (n)。6.1.2 實驗系統組成和工作原理本實驗中，整流裝置的

28、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+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6-1U(V)5572I(A)0.80.4表6-2U(V)7382I(A)0.80.4表6-3U(V)6577I(A)0.80.4代入以上公式計算得：R=52.5；Ra=

29、22.25；RL=15；2、主電路電磁時間常數的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數規律上升，其電流變化曲線如圖6.1.3.1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Uct，監視電流表的讀數，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%穩定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數Td。實驗測試曲線下圖：圖6.1.3.1 實驗測試曲線3、電動機電勢常數Ce和轉矩常

30、數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(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)151013951200863500將實驗結果代入公式計算得：Ce=0.15；CM=9.55Ce=1.39；4、系統機電時間常數TM的測定系統的機電時間常數可由下式計算，由于Tm>>Td，也可以近似地把系統看成是一階慣性環節，即。 當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數規律上升，當n到達6

31、3.2%穩態值時，所經過的時間即為拖動系統的機電時間常數。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。電動機M加額定勵磁。調節Uct，將電機空載起動至穩定轉速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，給電樞加電壓，用示波器拍攝過渡過程曲線，如下圖：圖6.1.3.2 過渡過程曲線5、測速發電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖所示圖6.1.3.3 實驗線路圖電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發電路的控制電壓Uct，分別讀取對應的UTG,n的數值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f

32、(n)。表6-5n（r/min）1551131612301106921U (V)6.335.365.014.503.746.2 雙閉環可逆直流脈寬調速系統性能測試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、系統開環調試；4、系統閉環調試；5、系統穩態、動態特性測試；6、H型PWM變換器不同控制方式時的性能測試。6.2.2 實驗系統的組成和工作原理在中小容量的直流傳動系統中，采用自關斷器件的脈寬調速系統比相控系統具有更多的優越性，因而日益得到廣泛應用。雙閉環脈寬調速系統的原理框圖如圖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

33、，UPW為脈寬調制器，DLD為邏輯延時環節，GD為MOS管的柵極驅動電路，FA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 測試內容測試11.SG3525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(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

34、如圖6.2.3.2為：圖6.2.3.2 13腳的波形（3）用導線將“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調節正負給定，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 最小占空比時的波形2.控制電路的測試（1）邏輯延時時間的測試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(20mv，10s)，并記錄延時時間：td= 3.8s（2）同一橋臂上下管子驅動信號列區時間測試分別將“隔離

35、驅動”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器(50mv，20s)，分別測量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的死區時間：tdVT1.VT2= 1.6s；tdVT3.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直流發電機M03來得到的)。測試21開環系統調試（1）電流反饋系數的調試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調節正給定，電機開始起動直至達1400r/min。c給電動機拖加負載，即逐漸減小發

36、電機負載電阻，直至電動機的電樞電流為1A。d調節“FBA”的電流反饋電位器，用萬用表測量“9”端電壓達2V左右。（2）速度反饋系數的調試在上述實驗的基礎上，再次調節電機轉速的1400r/min，調節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）系統開環機械特性測定參照速度反饋系數調試的方法，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和直流發電機電流id，特性曲線見圖圖6.2.3.5。表6-6 開環正給定高速的數據記錄 n=1400r/

37、minn(r/min)1400138013611355134913431337id(A)0.600.700.800.850.900.951.00圖6.2.3.5 開環正給定高速的特性曲線調節RP3，使n=1000 r/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機在中速和低速時的機械特性，特性曲線見圖6.2.3.6和圖6.2.3.7。表6-7開環正給定中速的數據記錄 n=1000r/minn(r/min)1003989970950935923908id(A)0.440.500.600.700.800.901.00圖6.2.3.6 開環正給定中速的特性曲線表6.8 開環正給定低速的數據記

38、錄 n=500r/minn(r/min)503479458441420393361id(A)0.250.350.450.550.650.851.00圖6.2.3.7 開環正給定低速的特性曲線斷開主電源，S4開關撥向“負給定”，然后按照以上方法，測出系統的反向機械特性，特性曲線見圖6.2.3.8。表6-9 開環負給定高速的數據記錄 n=1400r/minn(r/min)1405139313831370134513281305id(A)0.560.600.650.700.800.901.00 圖6.2.3.8 開環負給定高速的特性曲線調節RP3，使n=1000/min和n=500r/min，作同樣

39、的記錄，可得到電機在負給定后中速和低速時的機械特性，特性曲線見圖6.2.3.9和圖6.2.3.10。表6-10 開環負給定中速的數據記錄 n=1000r/minn(r/min)1000985971950928899882id(A)0.420.500.550.650.750.901.00圖6.2.3.9開環負給定中速的特性曲線表6-11 開環負給定低速的數據記錄 n=500r/minn(r/min)500473450429398367336id(A)0.250.350.450.550.700.851.00圖6.2.3.10 開環負給定低速的特性曲線 （4）計算轉速反饋系數和電流反饋系數 通過上面

40、給定的數據可以算得： 轉速反饋系數：=0.0035 電流反饋系數：=0.2 V/A2閉環系統調試將ASR,ACR均接成PI調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統。按圖接線（1）速度調節器的調試 a反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小； b“5”、“6”端接入MEL11電容器，預置57F； c調節正負限幅電位器RP1、RP2使輸出限幅為±2V。（2）電流調節器的調試a反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最??；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MCL-10的RP3電位器，使ACR輸出正飽和，調整ACR的正限幅電位器

41、RP1，用示波器觀察 “30”的脈沖，不可移出范圍。（3）系統閉環機械特性測定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MCL-10的RP3電位器，使電機空載轉速至1400 r/min，再調節可調電阻加載旋鈕（或發電機負載電阻Rg），在空載至額定負載范圍內分別記錄6點，可測出系統正轉時的靜特性曲線n=f（Id），特性曲線見圖圖6.2.3.11。表6-12 閉

42、環正給定時的數據記錄n(r/min)1419140413901373136613551343I(A)0.350.450.500.550.600.650.70圖6.2.3.11 閉環正給定時的靜特性曲線 S2開關打向“給定”，S1開關打向下至“負給定”，調節MCL-10的RP4電位器，使電機空載轉速至1400 r/min，再調節可調電阻加載旋鈕（或發電機負載電阻Rg），在空載至額定負載范圍內分別記錄6點，可測出系統反轉時的靜特性曲線n=f（Id），特性曲線見圖6.2.3.12。表6-13 閉環負給定時的數據記錄n(r/min)1506149614841474146114481436I(A)0.4

43、00.450.500.550.600.650.70圖6.2.3.12 閉環負給定時的靜特性曲線 （2）閉環控制特性n=f(Ug)的測定S2開關打向“給定”，S1開關扳向上至“正給定”，調節MCL-10的RP3電位器，記錄Ug和n，即可測出閉環控制特性n=f(Ug)，特性曲線見圖6.2.3.13。表6-14 閉環控制特性的數據記錄n(r/min)142013731310122011861076914Ug(V)1.961.841.761.681.611.461.25圖6.2.3.13 閉環控制特性曲線4系統動態波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察動態波形，并記錄下列動態波形：(電動機電樞電流波形的觀察

44、可通過MCL-03的ACR的第“1”端，轉速波形的觀察可通過MCL-03的ASR的第“1”端)突加給定起動時，直流電動機轉速隨時間變化的波形（500mV，500ms）如圖6.2.3.14（額定轉速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.14 突加給定起動時轉速變化的波形突加給定起動時，直流電動機電樞電流隨時間變化的波形（2V，500ms）如圖6.2.3.15（額定轉速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.15 突加給定起動時電流變化的波形突加負載時，直流電動機轉速隨時間變化的波形（500mV，500ms）如圖6.2.3.16（額定轉速為1500r/min，ASF：7F）圖

45、6.2.3.16 突加負載時轉速變化的波形突降負載時，直流電動機轉速隨時間變化的波形（500mV，500ms）如圖6.2.3.17（額定轉速為1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.17 突降負載時轉速變化的波形正反轉時，直流電動機轉速隨時間變化的波形（1V，500ms）如圖6.2.3.18（額定轉速為1500r/min至1500r/min，ASF：7F）圖6.2.3.18 正反轉時轉速變化的波形總 結直流脈寬（PWM）調速系統設計與研究“調節器的設計”是在DJDK1型電力電子技術及電機控制實驗裝置上進行的。測定直流電動機的各項電氣參數和時間常數，并應用經典控制理論的工程設計方法設計轉速和電流雙閉環直流調速系統。以SG3525為核心實現PWM脈寬調速，形成無靜差的轉速電流雙閉環控制。PWM雙閉環直流調速系統，具有調速簡單、調速范圍大、精度高、速度平穩、電流脈動小、電機溫升低等優點，使調速各項性能指標大為提高?？v觀整個設計，經典部分是已學過的知識，通過畢業設計深入理解了工程設計方法，擴展了知識面，各門課程綜合應用，收益頗多，使我對直流調速系統的控制有了更深的認識。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