双闭环可逆直流脉宽pwm调速系统设计

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1、武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：张珊专业班级：电气1004指导教师：李向明工作单位：自动化学院题目:直流双极式可逆PWM调速系统设计初始条件：1.直流电机参数：PN＝10KW，UN＝220V，IN＝55A，nN＝1000r/min，Ra＝0.4Ω，直流它励励磁电压220V，电流1.6A2.进线交流电源：三相380V3.采用永磁式测速发电机，其参数：23W，110V，0.21A，1900r/min，要求完成的主要任务:1.ASR及ACR电路设计2.转速反馈和电流反馈电路设计3.集成脉宽调制电路设计4.驱动电路设计5.PW

2、M主电路设计课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。满足如下要求：1．可逆运行，转速和电流稳态无差，电流超调量小于5％，转速超调量小于10％。2.对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。3.画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。4.画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。时间安排：2013.5.27－2013.5.28收集课程设计相关资料2013.5.29－2013.6.03系统设计2013.6.04－2013.6.05撰写课程设计及答辩指导教师签名：2013年5

3、月26日23武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书目录1、总体方案设计31.1设计分析31.1.1双闭环调速系统的结构图31.1.2调速系统起动过程的电流和转速波形31.1.3H桥双极式逆变器的工作原理41.1.4H桥式可控直流脉宽调速系统主电路设计52、电路设计72.1电流调节器和转速调节器的设计72.1.1电流调节器82.1.2转速调节器92.2给定基准电源92.3信号产生电路102.4驱动电路设计112.4.1IGBT基极驱动电路原理112.4.2基于EXB841驱动电路设计122.5锯齿波信号发生电路132.6转速检测电路132.7电流检测

4、电路143、调节器的参数整定143.1电路基本数据143.2设计指标153.3电流环的设计153.4转速环的设计174、电流环和转速换的仿真194.1电流环的仿真设计194.2转速环的仿真设计20心得体会21参考文献2223武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计1、总体方案设计1.1设计分析1.1.1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1-1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，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。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的

5、方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。图1-1双闭环调速系统结构图1.1.2调速系统起动过程的电流和转速波形如图1-2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。23武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书图1-2理想启动的转速电流波形1.1.3H桥双极式逆变器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大

6、小，以调节电机转速。H形双极式逆变器电路如图1-3所示。这时电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。图1-3H形双极式逆变器电路他们的关系是：。在一个开关周期内，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。23武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，，平均输出电压为零，则

7、电动机停止。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为如果定义占空比，电压系数则在双极式可逆变换器中调速时，的可调范围为0～1相应的。当时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机反转；当时，，电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区。1.1.4H桥式可控直流脉宽调速系统主电路设计H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图1-4所示。PWM逆

8、变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容C1滤波，以获得恒定的直流电压。