机设普 可逆直流调速系统

1、晶闸管装置的整流和逆变状态
• 在两组晶闸管反并联线路的V-M系统中，晶闸管装置可以工作在 整流或有源逆变状态。 • 在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为
Ud0
m π
Um
sin
π m
cos
Ud0maxcos
知识回顾
当 0 < < /2 时,Ud0> 0 ,整流状态,电功率从交流侧输送到直流侧 当 /2 < < max 时,Ud0< 0 ,有源逆变状态，电功率反向传送
可逆直流调速系统
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3.1问题的提出 3.2晶闸管-电动机系统的可逆线路 3.3晶闸管-电动机系统的回馈制动 3.4有环流可逆调速系统 3.5无环流可逆调速系统
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3.1 问题的提出
➢ 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且 常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有 四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。 ➢ 改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能 够改变直流电机的旋转方向。 ➢ 当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的 单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。
单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型的负载 时也可能出现整流和有源逆变状态。
(1) 整流状态，提升重物
▪ 90°，平均整流电压Ud为正,
且理想空载值Ud0 E，所以输出整 流电流Id，使电机产生电磁转矩Te 作电动运行，提升重物， n 0， 这时电能从交流电网经晶闸管装置 V传送给电机，V处于整流状态， V-M系统运行于第一象限。
•机械特性运行范围
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在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运 行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。

目录1 任务分析 (1)1.1概述 (1)1.2双闭环调速系统的结构图 (2)1.3桥式可逆PWM变换器的工作原理 (2)1.4PWM调速系统的静特性 (4)2 电路设计 (5)2.1给定及偏移电源 (5)2.2双环调节器电路 (6)2.2.1 电流调节器 (6)2.2.2 转速调节器 (6)2.3信号产生电路 (7)2.4驱动电路 (9)2.5转速及电流检测电路 (10)3 调节器的参数整定 (11)3.1电流调节器参数的计算 (11)3.2转速调节器参数的计算 (12)3.3参数的校验 (13)3.3.1 电流参数的校验 (13)3.3.2 转速参数的校验 (14)3.3.3 校验退饱和转速超调量 (15)4 心得体会 (16)参考文献 (17)附录 (18)直流双极式可逆PWM调速系统设计1 任务分析1.1 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，可达1：10000左右。

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，因而装置效率高。

6）直流电流采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高。

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。

• 它桥逆变（t4~t5段）
• 反接制动（t5~t6段）
t6 t4 t5 t 7 t8 t' 8 t9 t
O
• 反向起动（t6~t8段）
-Uct m
图3-6 α＝β配合控制系统由正转向反转过渡过程
1）正向电动运行（0~t1段） • 通过ASR和ACR输出移相控制信号为正，正组VF处于整 流状态，称它为本桥；而反组VR处于待逆变状态，称它 为它桥，电动机正向运行。 • 由于ASR、ACR调节器的倒相作用，所以图中参数的极性 为：Un*(+)→ Ui*(-) → Uc (+) • 这一阶段,Un =Un*；Ui =Ui* ；电枢电压Udαf>E，其差值为Id R∑；由于电流基本维持Id= IdL恒定，所以电感中磁能基本 不变化。 • 这一阶段能量大部分由电网通过整流装置供给电动机，一 小部分消耗在电阻上。其能量公式如下：
• 1.电枢可逆线路 • 在要求频繁正反转的生产机械上经常采用的是两组晶闸管 变流装置反极性连接构成的可逆线路。
正向
VF
+ Id -I d
VR MA ~
+
O + Id
反向 (a)
-n (b)
• 一组供给正向电流，称 为VF组；另一组供给 反电向电流，称为VR 组 • 正、反向运行时调速系 统工作在第一、三两个 象限中
运动控制系统
第 3章
可逆直流调速系统及其应用
内容提要：
▶ 晶闸管变流装置-直流电动机（V-M）可逆
调速系统
▶ 脉宽调制变换器——直流电动机
3.1 晶闸管变流装置-直流电动机（V-M）可逆 调速系统
3.1.1 晶闸管变流装置-直流电动机可逆调速系统主 电路及特点

直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真摘要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。

本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。

长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。

微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。

本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。

在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。

论文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、双闭环调速目录前言 (1)第1章直流PWM-M调速系统 (2)第2章UPE环节的电路波形分析 (4)第3章电流调节器的设计 (6)3.1 电流环结构框图的化简 (6)3.2 电流调节器参数计算 (7)3.3 参数校验 (8)3.3.1 检查对电源电压的抗扰性能： (8)3.3.2 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 (9)3.3.3 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 (9)3.3.4 电流环小时间常数近似处理条件 (9)3.4 计算调节器电阻和电容 (9)第4章转速调节器的设计 (11)4.1 电流环的等效闭环传递函数 (11)4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (11)4.3 转速调节器的参数的计算 (14)4.4 参数校验 (14)4.4.1 电流环传递函数化简条件 (15)4.4.2 转速环小时间常数近似处理条件 (15)4.5 计算调节器电阻和电容 (15)4.6 调速范围静差率的计算 (16)第5章系统仿真 (17)5.1 仿真软件Simulink介绍 (17)5.2 Simulink仿真步骤 (17)5.3 双闭环仿真模型 (17)5.4 双闭环系统仿真波形图 (18)结论 (19)参考文献 (20)前言直流PWM_M调速系统几年来发展很快，直流PWM_M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大的优越性，在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。