直流脉宽(PWM)调速系统设计与研究——调节器设计讲义.docVIP

摘 要 本课题是对直流脉宽调速系统设计的研究，主要是实现电机的调速。因此在本次设计中对直流调速的原理直流调速控制方式以及调速的特性、PWM基本原理及实现方式进行了全方面阐述。 此次课题需要以电力电子学和电机调速技术为基础，为了得到较好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制，同时速度调节器和电流调节器都选用PI调节器。 为了得到理想的效果，设计的调速系统采用桥式电路作为主电路，采用ASR与ACR作为调节器，触发电路以集成PWM控制器SG3525为核心,保护电路以过流保护为主。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统，广泛应用于各个领域范围。 关键词：ASRACR；调速系统；直流调速器 目 录 1 绪论 1 1.1 设计背景..................................................... 1 1.2 直流调速系统的方案设计 1 1.2.1 设计已知参数 1 1.2.2 设计指标 1 1.3 选择PWM控制系统的理由 2 2 调节器设计 3 2.1 转速、电流双闭环设计 3 2.2 电流调节器设计 4 2.2.1 确定时间常数 4 2.2.2 选择电流调节其结构 4 2.2.3 计算电流调节其参数 5 2.2.4 校验近似条件 5 2.2.5 计算调节其电阻和电容 5 2.3 转速调节器设计 6 2.3.1 确定时间常数 6 2.3.2 选择转速调节器结构 6 2.3.3 计算转速调节其参数 6 2.3.4 检验近似条件 7 2.3.5 计算调节器电阻和电容 7 2.3.6 校核转速超调量 7 3 主电路设计 9 3.1 主电路原理 9 3.2 主电路结构设计 9 3.3 主电路参数计算 10 4 控制电路设计 12 4.1 主要原理 12 4.2 SG3525A内部结构和工作特性 12 5 保护电路设计 15 5.1 过电流保护 15 5.2 过电压保护 15 6 系统调试 16 6.1 实验结果 16 6.1.1 开环机械特性测试 16 6.1.2 闭环系统调试及闭环静特性测定 18 6.1.3 系统参数测定 19 6.2 实验测试波形图 21 6.2.1 PWM控制器SG3525性能测试 21 6.2.2 控制电路的测试 23 6.2.3 系统动态波形的观察 24 总 结 25 参考文献 26 1 绪论 1.1 设计背景 在现代科学技术革命过程中， 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。 1.21.2.1 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＝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，空载起动到稳态转速时的转速超调量。 1.3 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 ： 、PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少。 、开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 、低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。 、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。 22.1 转速、电流双闭环设计 图2.1 双闭环直流调