双闭环可逆脉宽pwm调速系统的设计

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1、双闭环可逆脉宽PWM调速系统的设计【】本设计综合运用了PT调节器，P控制器等现代工业控制常用的控制部件及相关设计方法。主要介绍了直流电动机P控制系统原理，设计了双闭环调速系统。构建了系统总体框图，并对各部分做了较详细的设计。　　【关键词】ACRASRP直流电动机调速　　1.设计分析　　一般动、静性能好的调速系统都采用转速、电流双闭环控制方案，脉宽调速也不例外。它与V-M系统相比，在很多方面具有较大的优越性：主电路线路简单，需用的功率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；

2、系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；直流电流采用不控三相整流时，电X功率因数高。　　1.1系统构成　　双闭环直流脉宽调速系统的组成如图1所示，由主电路、控制及保护电路、信号检测电路三大部分组成。其中属于脉宽调速系统特有的部分是脉宽调制器UP、逻辑延时环节DLD和电力晶体管基本的驱动器GD。　　　　1.2脉宽调制波变换器（P）的工作原理　　可逆P变换器主电路的结构形式有H型、T型等。H型在控制方式上分为双极式、单极式和受限单极式三种，本设计选用双极式可逆P变换器。它的电路结构如图

3、2，其中4个电力双极晶体管的基极驱动电压分为两组。IGBT1和IGBT4同时导通和关断，其驱动电压Ub1=Ub4,IGBT2和IGBT3同时导通和关断，其驱动电压Ub2=Ub3=-Ub1。在一个开关周期内，当时，Ub1和Ub4为正，晶体管IGBT1和IGBT4饱和导通；而Ub2和Ub3为负，晶体管IGBT2和IGBT3截止。这时，Us加在电枢AB两端，UAB=Us，电枢电流沿回路1流通。当时，Ub1和Ub4变为负，晶体管IGBT1和IGBT4截止；而Ub2和Ub3为正，但晶体管IGBT2和IGBT3并不立即导通，因为在

4、电枢电感释放储能的作用下，电流沿回路2经VD2和VD3续流，在VD2、VD3上的压降使IGBT2和IGBT3c-e承受着反压，这时，UAB=-Us。UAB在一个周期内正负相间，这是双极式P变换器的控制方式的工作情况。当负载很轻在负的电源电压（-Us）时，电枢电流反向，沿回路3流通，电机处于制动状态。与此相仿，在tont＜T期间，当负载轻时，电流也有一次倒向。　　　　　　双极式P变换器的优点是：电流连续；可使电机在四象限中运行；低速时每个晶体管的驱动脉冲仍较宽，有利于晶体管可靠导通；调速范围可达20000左右。缺点是容易发生上下两

5、管直通的事故，降低了装置的可靠性。为了防止上下两管直通，在一管关断和另一管导通的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。　　2.主电路设计　　脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称P变换器。直流P变换器作用是把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调制直流电机的转速。　　图3所示是桥式可逆直流脉宽调速系统主电路原理图，图中左半部分是由6个二极管组成的桥式整流器，它把电X提供的交流电整流成直流电。直流电源采用了大　　电容滤波。当电动机工作在回馈制动状时，将动能变为电能回馈到直流侧，但由于二

6、极管整流器的能量单向传递性，电能不可能通过整流装置送回交流电X，只能向滤波电容充电，这就是直流P变换器-电动机系统特有的电能回馈问题。　　　　ACR电流调节器、ASR速度调节器均采用PI调节器，电路如图4。其中电流调节器的作用是：对电X电压波动起及时抗扰作用；起动时保证获得允许的最大电流；在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化；当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失是，系统能够自动恢复正常。　　转速调节器的作用：使转速n跟随给定电压变化，稳态无静态；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅值决定允

7、许的最大电流。　　由于电X电压扰动被包围在电流环之内，当电压波动时，可以通过电流反馈得到及时调节，不必等到影响到转速后才在系统中有所反应。　　3.2脉宽调制器（UP装置提供所需的脉冲信号，其脉冲宽度与UC成正比。　　本设计选用锯波脉宽调制器。脉宽调制器本身是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器。如图5，运算放大器工作在开环状态，稍微有一点输入信号就可使其输出达到饱和值，当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。加在运行放大器反相输出入端上的有三个输入信号。一个输出锯齿

8、波调制信号Usa，由锯齿波发生器提供，另一个输入信号是控制电压Uc，其极性与大小随时可变，与Usa相减，从而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出