可逆调速系统设计

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1、武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术发展很快，但是直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，应用前景相当广阔；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。掌握直流拖动控制系统的基本规律和控制方法具有非常大的必要性。根据生产机械要求，电力拖动控制系统有调速系统、伺服系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型。而各系统往往都是通过转速来实现的，本文研究直流调速系统，是电力拖动控制系统中的基

2、础和及其重要的部分。针对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。关键词：直流电动机直流调速系统双闭环PWM调速17武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书PWM-M可逆调速系统设计1直流电动机的调速方法介绍直流电动机的调速方法有三种：（1）改变电枢电阻（R）调速。（2）改变电枢电压（U）调速。（3）改变主磁通（）调速。前两种调速方法主要适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。串电阻调速为有级调速，调速平滑性比较差，机械特性斜率增大，速度稳定性比较差，受静差率的限制，调速范围比较小。改变电枢电压调

3、速为无级调速，机械特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围比较大。改变主磁通调速，控制方便，能量损耗比较小，调速平滑，但受最高转速限制，调速范围不大。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以改变电枢电压调速方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主要调节方式。2PWM控制系统的优点自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制的控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。PWM系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路非常简单，需要用到的功率器件比较少。（2）开关频率比较高，电机损耗

4、及发热都比较少，电流很容易连续，并且谐波少。（3）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗比较小，装置效率比较高。（4）低速性能比较好，调速范围比较宽，稳速精度比较高。（5）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应比较快，动态抗干扰能力强。（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。由于有上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了其他调速系统，这是我们选取它作为研究对象的重要原因。17武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书3设计分析3.1双闭环调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图3.1所示，转

5、速调节器与电流调节器串极联结，电流调节器作为内环，转速调节器作为外环。转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。两个调节器均采用带限幅值作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态。图3.1双闭环调速系统的结

6、构图3.2双闭环调整系统的传动系统结构图直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如图3.2所示：17武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书图3.2直流PWM传动系统结构图其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。最关键的部件为脉宽调制器。模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置，它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。去处放大器工作在开环状态，在

7、电流调节器的输出控制信号Uс的控制下，产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列，为PWM变频器提供所需的脉冲信号。脉宽调制器按所加输入端调制信号不同，可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生，如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。3.3调速系统起动过程的电流和转速波形如图3.3所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程