PWM直流调速-主电路

成绩评定表学生姓名班级学号专业自动化课程设计题目直流脉宽（PWM）调速系统设计与研究—主电路设计评语组长签字：成绩日期20年月日课程设计任务书学院自动化与电气工程学院专业自动化学生姓名班级学号课程设计题目直流脉宽（PWM）调速系统设计与研究—主电路设计一、设计目的1、掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2、熟悉直流PWM专用集成电路SG3525、SG3524等的组成、功能与工作原理。3、掌握H型PWM变换器的双极式控制方式的原理与特点。4、掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。二、设计已知参数1、拖动设备：直流电动机：WPN185VUN220AIN1.1Nrnmin/1600，过载倍数5.1。2、负载：直流发电机：WPN100VUN220AIN5.0Nrnmin/15003、机组：转动惯量22065.0NmGD三、设计指标1、D＝４，稳态时无静差。2、稳态转速n=1500r/min,负载电流0.8A。3、电流超调量%5i，空载起动到稳态转速时的转速超调量%15n。四、设计内容1、主电路设计。设计主电路，并根据已知参数选择电路元件容量。2、直流脉宽控制电路设计。利用数字集成电路设计直流脉宽控制电路。3、转速调节器设计。根据直流调速系统的工程设计方法进行转速调节器的设计。4、电流调节器设计。根据直流调速系统的工程设计方法进行电流调节器的设计5、反馈及保护电路设计。根据要求设计反馈电路，选择反馈参数，并进行过流保护和过压保护电路设计。6、调试。比较脉宽直流调速系统于晶闸管－电动机直流调速系统的性能。五、设计要求1、绘制脉宽直流调速双闭环系统的电路图。2、提交设计报告（设计过程，参数计算，测试过程，调试结果）。六、进度安排：1、查阅资料一天2、设计四天3、实验操作四天4、撰写报告及答辩一天指导教师：2016年12月1日专业负责人：2016年月日学院教学副院长：2016年月日摘要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--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。报告分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速目录1引言..........................................................................................................................12简要介绍及设计方案..............................................................................................22.1PWM简介...........................................................................................................22.2直流调速系统的方案设计..............................................................................22.2.1设计指标及设计内容..............................................................................22.2.2现行方案的讨论与比较..........................................................................32.2.3选择IGBT的H桥型主电路的理由........................................................32.2.4采用转速电流双闭环的理由..................................................................43主电路设计..............................................................................................................53.1主电路结构......................................................................................................53.2主电路工作原理..............................................................................................53.3主电路的组成..................................................................................................63.4参数设计..........................................................................................................74调节器设计ASR,ACR...............................................................................................94.1电流调节器设计..............................................................................................94.2转速调节器设计..............................................................................................94.3转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定..................................................95触发电路设计........................................................................................................116保护电路................................................................................................................126.1PWM电路中的保护电路.................................................................................126.2反馈及保护电路设计....................................................................................127调试........................................................................................................................137.1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定............................................137.1.1实验内容................................................................................................137.1.2实验系统组成和工作原理....................................................................137.1.3测试内容................................................................................................137.2双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试................................................167.2.1实验内容............................................................................................167.2.2实验系统的组成和工作原理............................................................167.2.3测试内容............................................................................................17总结.............................................................................................................................24参考文献.....................................................................................................................25第1页第1章引言在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器