vo直流脉宽(PWM)调速系统设计与研究——主电路设计课设报告.doc
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1、沈阳理工大学课程设计摘要调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动,简称为直流调速。早在20世纪40年代采用的是发电机电动机系统,又称放大机控制的发电机电动机组系统。这种系统在40年代广泛应用,但是它的缺点是占地大,效率低,运行费用昂贵,维护不方便等,特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。为了克服这些缺点,50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。这种系统缺点也很明显,主要是污染环境,危害人体健康。50年代末晶闸管出现,晶闸管变流技术日益成熟,使直流调速系统更加完善。晶闸管电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系
2、统,广泛应用于世界各国。近几年,交流调速飞速发展,逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论,而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器,具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、高智能化特点。同时直流电机的低速特性,大大优于交流鼠笼式异步电机,为直流调速系统展现了无限前景。单闭环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足,快速性还不够好。而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。关键字:调速系统 直流调速器 晶闸管 晶闸管电动机调速系统目录1 绪论11.1 背景11.2 直流调速系统的方案设计11.2.1 设计已知参
3、数11.2.2 设计指标21.2.3 现行方案的讨论与比较21.2.4 选择PWM控制系统的理由21.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由31.2.6 采用转速电流双闭环的理由32 直流脉宽调速系统主电路设计42.1 主电路结构设计42.1.1 PWM变换器介绍42.1.2 泵升电路72.2 参数设计72.2.1 IGBT管的参数72.2.2 缓冲电路参数82.2.3 泵升电路参数83 直流脉宽调速系统控制电路设计93.1 PWM信号发生器93.2 转速、电流双闭环设计93.2.1 电流调节器设计103.2.2 转速调节器设计134 系统调试174.1 系统结构框图174.2 系统单元调试
4、174.2.1 基本调速174.2.2 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定184.3 实验结果184.3.1 开环机械特性测试184.3.2 闭环系统调试及闭环静特性测定195 总结20参考文献21附录A22A.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定22A.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试26rotary master common neurological disease pathogenesis, clinical manifestations, diagnosis (localized and qualitative diagnosis), differential diag
5、nosis and therapeutic principle. 2. basic requirements (1) number of diseases and cases: the number of disease cases () 20 30 cerebral hemorrhage cerebral infarction after subarachnoid hemorrhage: report of 5 5 of encephalitis meningitis in 5 10 10 3 migraines Parkinsons disease epilepsy sclerosis m
6、ultiplex more than 5 2 spinal disease Guillain-Barre (Guillain-Barre) syndrome in 10 single neuropathy or multiple weeks Surrounding nerve 5 (2) basic skills required: name cases () standard full neurological physical examinations and locate 60 waist size 10 reading 20 EMG-EEG reading 20 skull and s
7、pinal CT reading 80 head and spine MRI reading 80 Department of Neurology . (2) clinical knowledge and high skills: basic standards on the basis of further a high standard of inflammatory and degenerative diseases of the nervous system in pathogenesis, clinical presentation, diagnosis, differential
8、diagnosis and therapeutic principle. Familiar with common neurological diseases such as encephalitis, epilepsy, EEG; grasp the imaging of inflammation and degeneration of the nervous system, as well as the results of Transcranial Doppler examination of clinical significance. (3) foreign language, te
9、aching, research and other requirements: can read professional foreign language documents and perform simple medical English291 绪论1.1 背景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
10、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),和由 R、C等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。目前,随着大功率电力电子器件的迅速发展,交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的
11、主流,但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。相反,近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈,于是直流调速的优势就显现了出来。直流调速仍然是目前最可靠,精度最高的调速方法。譬如在对控制精度有较高要求的造纸,转台,轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置,因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。1.2 直流调速系统的方案设计 1.2.1 设计已知参数1、拖动设备:直流电动机: ,过载倍数。2、负载:直流发电机: 3、机组:转动惯量1.2.2 设计指标1、D,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,空载起动到稳态转速时的转速
12、超调量。1.2.3 现行方案的讨论与比较直流电动机的调速方法有三种:调节电枢供电电压U、改变电动机主磁通、改变电枢回路电阻R。改变电阻调速缺点很多,目前很少采用,仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大,往往是和调压调速配合使用,在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法,调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源,常用的可控直流电源有三种:旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。由于旋转变流机组缺点太多,采用汞弧
13、整流器和闸流管这样的静止变流装置来代替旋转变流机组,形成所谓的离子拖动系统。离子拖动系统克服旋转变流机组的许多缺点,而且缩短了响应时间。目前,采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统已经成为直流调速系统的主要形式。由于以上种种原因,所以选择了脉宽调制变换器进行改变电枢电压的直流调速系统。1.2.4 选择PWM控制系统的理由SG3525是一种性能优良,功能全,通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活,大大简化了脉宽调制器的设计及调试,故获得广泛使用。PWM系统在很多方面具有较大的优越性 :1) PWM调速系统主电路线路简单,需用的功率器件少。2) 开关频率高,电流容易连续,谐
14、波少,电机损耗及发热都较小。3) 低速性能好,稳速精度高,调速范围广,可达到1:10000左右。4) 如果可以与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快。变频调速很快为广大电动机用户所接受,成为了一种最受欢迎的调速方法,在一些中小容量的动态高性能系统中更是已经完全取代了其他调速方式。由此可见,变频调速是非常值得自动化工作者去研究的。在变频调速方式中,PWM调速方式尤为大家所重视,这是我们选取它作为研究对象的重要原因。1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由IGBT的优点:1)IGBT的开关速度高,开关损耗小。2)在相同电压和电流定额的情况下,IGBT的安全工作区比GTR大,而且具有耐
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