TK-PWM型 直流电动机双极性PWM可逆调速电路排故装置.docVIP

TK-PWM型 直流电动机双极性PWM可逆调速电路排故装置 一、实验目的 1.分析电流环与速度环在直流调速系统中的作用 2.熟悉PWM可逆调速电路的基本组成及工作原理 3.掌握PWM可逆调速电路的整定与调试 4.测定直流调速机械系统的机械特性，完成实训考核 二、实验设备 序号 名称 数量 备注 1 TK-PWM型 直流电动机双极性PWM可逆调速电路排故装置 1 2 DQ03-1 不锈钢电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表 1 3 直流并励电机DQ09 1 4 制动器 1 5 双踪示波器 1 自备 6 万用表 1 自备 三、实验线路及原理 1、概述 采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，脉宽调制是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性： 1）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，谐波少，电机损耗及发热都较小。 3）低速性能好，稳态精度高，调速范围宽。 4）若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。 5）功率开关器件工作在开关状态，道通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大。 由于有以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能中，已完全取代了V-M系统。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。 2、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。总体方案简化图如图1所示。 图1 双闭环调速系统的结构桥式可逆PWM变换器电路如图2所示。这是电动机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 桥式可逆PWM变换器电路 图 PWM变换器的驱动电压波形他们的关系是：。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。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，起着所谓“动力润滑”的作用。 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点： 1）电流一定连续。 2）可使电动机在四象限运行。 3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。 4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 . 按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是，平均电流用表示，平均转速，而电枢电感压降的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成 则机械特性方程式 5、电路设计 本实验系统的主电路采用双极性PWM控制方式，其中主电路由四个IGBT管构成H桥，通过控制IGBT的栅极电压，用以控制IGBT管的通断。受限单极性的控制方式是这样进行控制的：在图1中，电机正转时，在VT1的栅极施加脉冲，VT4的栅极施加高电平，VT2、VT3的栅极为低电平；反转时，VT2栅极施加脉冲，VT3的栅极施加高电平，VT1、VT4的栅极为低电平。四个快恢复二极管VD1~VD4用于续流。 速度调节器的电流反馈量是由主回路中的电流传感器取得的。速度反馈量取自转速表输出的电压值。 本实验系统可设定不同的给定量、速度反馈量及电流反馈量，以完成开环、速度单闭环、电流单闭环及双闭环的调速实验。无论是开环实验还是闭环实验，用万用表观测的Ｕn*／Uct电压为4.7V。 由于给定量Ug恒为正，因