pwm直流脉宽调速系统设计

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1、21目录PWM直流脉宽调速系统…………………………………………………………………………11概述……………………………………………………………………………………………12理论设计………………………………………………………………………………………22.1方案论证………………………………………………………………………………32.2系统模型的建立………………………………………………………………………52.2.1直流电机模型………………………………………………………………………52.2.2调速系统动态模型………………………………

2、…………………………………82.3调速系统性能分析……………………………………………………………………92.3.1静态性能和启动过程………………………………………………………………92.3.2动态性能……………………………………………………………………………112.3.3两个调节器的作用…………………………………………………………………122.4调节器设计……………………………………………………………………………133MATLAB仿真…………………………………………………………………………………193.1PWM直流脉宽

3、调速系统仿真…………………………………………………………193.2仿真结果………………………………………………………………………………194小结…………………………………………………………………………………………19参考文献………………………………………………………………………………………2021211概述直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在大范围内平滑调整，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器-

4、-直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。直流PWM调速系统采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT等电力电子器件组成的直流脉冲宽度（PWM）型的调速系统近年来已经发展成熟，用途越来越广泛，与晶闸管可控整流调速系统（V-M系统）相比，在很多方面具有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率元件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；（4）系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；（5）主电路元件工作在开关状

5、态，导通损耗小，装置效率较高；（6）直流电源采用不可控三相整流时，电网功率因数高。2理论设计2.1方案论证要求采用直流PWM调制，所以开关器件必须是全控型的电力电子器件，全控型的器件有门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT等，因为IGBT具有较高的开关频率，较高的功率承受能力，而且驱动简单，所以选择IGBT作为开关器件。要求实现电机的可逆运行，要求转速反向，就需要改变PWM变换器输出的电压的正负极性，使得直流电机可以在四象限中运行。可逆PWM变换器的主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H

6、桥型）电路，如图1所示，电机Ｍ两端电压的极性随着全控型电力电子器件的开关状态而改变。可逆PWM变换器的控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，在这里采用最常见的是双极式控制的H桥型PWM变换器。2121图1桥式可逆PWM变换器电路双极式PWM变换器的工作状态要视正、负脉冲电压的宽窄而定，如图2所示。当正脉冲较宽时，>T/2，则电枢两端的平均电压为正，在电动运行时电动机正转。当正脉冲较窄时，

7、电压和电流波形双极式可逆PWM变换器电枢平均端电压为：以=定义PWM电压的占空比，则=ρ的变化范围为≤ρ≤1。当ρ为正值时，电动机正转；ρ为负值时，电动机反转；ρ＝0时，电动机停止。在ρ＝0时虽然电机不动，电枢两端的瞬时电和瞬时电流都不是零，而是交变的。这个交变电流平均值为零，不产生平均转矩，陡然增大电机的损耗。但它的好处是使电机带有高频的微振，起着所谓“动力润滑”的作用，消除正、反向的静摩擦死区。调速性能指标要求无静差、电流超调量：δi≤5%，起动到额定转速时的超调量：δn≤8%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡

8、过程时间（调节时间）ts≤1s。可以看到这样的指标要2121求较高，采用一般的单闭环调速方式不可能达到要求，所以这里采用转速、电流双闭环调速控制方式。转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广的直流调速系统。转速、电流双闭环调速控制直流调速系统原理图如图3所示，为实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了