pwm直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　題 目PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，以控制電路為核心，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，由SG3525,LM1413以及兩個(gè)脈沖變壓器構(gòu)成了PWM信號(hào)的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)。其中SG3525

2、產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而第11,14引腳輸出信號(hào)經(jīng)LM1413放大后再驅(qū)動(dòng)IGBT，主電路中采用兩個(gè)IGBT構(gòu)成的半橋型結(jié)構(gòu)，可看成一個(gè)降壓變換器和一個(gè)升壓變換器電路的組合，使其實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可逆，調(diào)速范圍D大于10。在電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速時(shí)，靜差率不大于5%，加人轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性接近理想情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流調(diào)速 脈沖寬度調(diào)制

3、 仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　PWM DC PWM speed control system, to control the circuit as the core, with constant frequency pulse width modulation control

4、 scheme, by SG3525, LM1413 and two pulse transformer form generation and drive the PWM signal. The SG3525 generates a pulse width modulated signal as the driving signal o

5、f IGBT, and the 11,14 pin output signal by the LM1413 amplification and then drive IGBT, two IGBT half bridge type structure formed by the main circuit, can be

6、regarded as a combination of a buck converter a</p><p>　　Keyword DC speed-regulating system；pulse Width Modulation；simulation </p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

7、t;<b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法介紹1</p><p>　　1.3 選擇PWM

8、控制系統(tǒng)的理由1</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求2</p><p>　　1.5 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由3</p><p>　　第二章 PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1功率轉(zhuǎn)換電路4</p><p>　　2.2系統(tǒng)的反饋回路5</p><p&

9、gt;　　2.3主電源整流電路及繼電器-控制電路及勵(lì)磁電路5</p><p>　　2.3.1主電源整流電路5</p><p>　　2.3.2繼電器-控制電路5</p><p>　　2.3.3勵(lì)磁電路5</p><p>　　2.4保護(hù)電路及給定積分環(huán)節(jié)及控制電路直流電源的設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4.1保

10、護(hù)電路6</p><p>　　2.4.2定積分環(huán)節(jié)及控制電路直流電源的設(shè)計(jì)7</p><p>　　第三章PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1控制電路的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2 SG3525的應(yīng)用9</p><p>　　3.3 SG2325芯片的主要特點(diǎn)9</p&g

11、t;<p>　　3.4 SG2325引腳各端子功能10</p><p>　　3.5 SG2325的工作原理12</p><p>　　3.6 LM1413的作用12</p><p>　　3.7 PID調(diào)節(jié)器的基本原理12</p><p>　　3.8 PWM波形發(fā)生器 14</p>

12、<p>　　3.9  給定單元 14</p><p>　　第四章 仿真與討論15</p><p>　　4.1流程與示意圖15</p><p>　　第五章 結(jié)論與展望17</p><p><b>　　5.1 結(jié)論17</b></p><p>&l

13、t;b>　　5.2 展望17</b></p><p><b>　　致謝18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b&

14、gt;</p><p>　　目前，在直流調(diào)速方面晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展的很成熟，但脈沖寬度調(diào)制（PWM)直流調(diào)速系統(tǒng)與之相比有著許多無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。PWM裝置控制原理利用三相不可控橋式整流電路由電網(wǎng)得到直流電主電源，再由功率轉(zhuǎn)換電路在控制電路控制下進(jìn)行PWM調(diào)制，將主電源能量傳遞給電動(dòng)機(jī),PWM直流調(diào)速系統(tǒng)性能越優(yōu)，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，必須對(duì)功率轉(zhuǎn)換電路，控制電路等電路進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計(jì)，

15、并反復(fù)驗(yàn)證與改進(jìn)，最終才能得到較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　1.2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法介紹</p><p>　　1、調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。電樞電流變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。 </p&

16、gt;<p>　　2、改變電動(dòng)機(jī)主磁通φ。改變磁通可以以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速、屬恒功率調(diào)速方法。電樞電流變化時(shí)遇到的時(shí)間常數(shù)要大很多，響應(yīng)速度較慢．但所需電源容量小。 </p><p>　　3、改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻

17、調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用。</p><p>　　1.3 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由</p><p>　　自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時(shí)把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來(lái)使用。調(diào)壓調(diào)速的實(shí)現(xiàn)需要有專門的可控直流電源。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，電力電子器件迅速發(fā)展，研制并生產(chǎn)出多種既能控制其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的性能優(yōu)良的全控型器件，由它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速系統(tǒng)近

18、年來(lái)在中小功率直流傳動(dòng)中得到了迅猛的發(fā)展，與老式的可控直流電源調(diào)速系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　采用全控型器件的PWM調(diào)速系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關(guān)頻率高，因此系統(tǒng)的頻帶寬，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 </p><p>　　由于開關(guān)頻率高，僅靠電動(dòng)機(jī)電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速性能好，穩(wěn)速精

19、度高，調(diào)速范圍寬，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都較小。 </p><p>　　PWM系統(tǒng)中，主電路的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，裝置效率高，而且對(duì)交流電網(wǎng)的影響小，沒(méi)有晶閘管整流器對(duì)電網(wǎng)的“污染”，率因主電路所需的功率元件少，線路簡(jiǎn)單，控制方便。 </p><p>　　目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于

20、速度指令VC的高低。當(dāng)VC設(shè)定以后，無(wú)論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓變小，調(diào)制波的占空比就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時(shí)，占空比減小，電樞電流減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍內(nèi)，在允許的過(guò)載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差

21、在1%左右，并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。轉(zhuǎn)速不受電壓與負(fù)載變動(dòng)的響。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來(lái)源于永磁體，沒(méi)有激磁損耗的問(wèn)題,由于轉(zhuǎn)子中無(wú)交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無(wú)銅耗又無(wú)鐵耗，綜合效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高出10~20%左右(依據(jù)功率大小而定)。 </p><p>　　無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有高效率、高轉(zhuǎn)矩、高精度的三高特性,非常適合使用在24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械,同時(shí)具有體積小,重量輕,可作成各種體積形狀,

22、產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)。 </p><p>　　過(guò)去，由于稀土永磁體價(jià)格比較高等因素，限制了稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，但是隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其價(jià)格已迅速下降，稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加顯現(xiàn)，在儀器儀表領(lǐng)域的運(yùn)用日益廣泛。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良調(diào)速性能、在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行、低電磁干擾等特性使其很適合作為微型泵的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。我國(guó)微型真空泵行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)成都“

23、氣?！睓C(jī)電公司一直致力于先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，在國(guó)內(nèi)率先推出了配備國(guó)際先進(jìn)無(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)速微型泵。氣海公司對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試篩選，電機(jī)裝泵通過(guò)了24h不停機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)電機(jī)進(jìn)行了極限工況、長(zhǎng)時(shí)間交變載荷的考驗(yàn)。電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小，能很好滿足泵的要求。最新研發(fā)的調(diào)速微型泵，型號(hào)眾多，適用面廣，有調(diào)速真空泵、調(diào)速氣泵（VML、VLC、VLK系列，F(xiàn)ML、FAL系列）、調(diào)速水泵（WKY、WPY、WNY系列，抽水抽氣兩用），

24、泵的壓力、流量范圍寬而且調(diào)節(jié)方便。具有長(zhǎng)壽命、低干擾、能輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)（FG)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求</p><p>　　技術(shù)數(shù)據(jù)：Z2-71型直流電動(dòng)機(jī)</p><p>　　額定功率：PN=10KW</p><p>　　額定電壓：UN=220</p><p>　　額定電流：IN=

25、54.8</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：NN=1000r/min</p><p>　　最大勵(lì)磁功率：PL=370W</p><p>　　勵(lì)磁電壓：UL=220V</p><p>　　勵(lì)磁電流：IL=1.7A</p><p>　　調(diào)速范圍D不小于10，靜差率s不大于5%，可逆，制動(dòng)迅速平穩(wěn)</p><

26、p>　　1.5 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由 </p><p>　　同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用 PI 控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度

27、誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。 在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直

28、流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)</p><p>　　第二章 PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1功率轉(zhuǎn)換電路</b></p><p&

29、gt;　　設(shè)計(jì)中采用具有阻塞二極管的改進(jìn)型H型功率轉(zhuǎn)換電路，PWM控制模式選用單極模式控制。這種功率轉(zhuǎn)換電路性能完全滿足設(shè)計(jì)要求，其特點(diǎn)是采用了阻塞二極管2Vl、2V2，電路本身就具有防止直通短路的能力，相對(duì)于RC阻容延時(shí)直通保護(hù)電路，其線路更簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本也較低，電路如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 功率轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　圖中，下橋臂1V1、1V2兩個(gè)功率器件由

30、驅(qū)動(dòng)電路控制，工作在開關(guān)狀態(tài)，兩管的驅(qū)動(dòng)電壓波形為大小相等、相位相反、無(wú)延時(shí)的兩個(gè)方波;上橋臂兩個(gè)功率管1V3、1V4則根據(jù)1V1、1V2的開通關(guān)斷情況在外加獨(dú)立偏壓的作用下自動(dòng)選擇工作狀態(tài)，因此只需兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)1V1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平、1V2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平時(shí)，1V1導(dǎo)通，1V2截止，由于1V3通過(guò)RP接到偏壓源up上，此時(shí)處在自動(dòng)工作狀態(tài)下的1V3也就隨之導(dǎo)通，電流流徑為:US電源正極一1V3~電動(dòng)機(jī)~2V1~1V1~US電源

31、負(fù)極。此時(shí)由于2Vl的鉗位作用使1V4截止，防止上下兩臂兩管直通短路。當(dāng)1V1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平、1V2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，1V2導(dǎo)通，1V1截止，電源經(jīng)R。及1V1的RS、C:、VD吸收電路給電容充電，1V4的基極電壓逐漸升高直至導(dǎo)通。在1V2、1V4導(dǎo)通時(shí)，同樣由于2V2的鉗位作用使1V3截止，防止上下橋臂兩管直通短路。因?yàn)?V1、2V2串接在主電路中，故有附加功率損耗和電壓損耗。圖中每個(gè)功率管都并聯(lián)了電阻、電容、二極管組成的緩沖

32、電路，用以在管子關(guān)斷時(shí)限制UCE的上升率，以使器件安全開關(guān)。除了加防直通保護(hù)措施</p><p>　　2.2系統(tǒng)的反饋回路</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)系統(tǒng)由電流環(huán)(內(nèi)環(huán))、轉(zhuǎn)速環(huán)(外環(huán))組成，電流檢測(cè)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)分別使用霍爾電流檢測(cè)裝置和測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸人。為了獲得良好的靜動(dòng)態(tài)性能

33、，均采用PI調(diào)節(jié)器。為限制轉(zhuǎn)速超調(diào)還需在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)疊加一個(gè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)。</p><p>　　1電流調(diào)節(jié)器(ACR)的設(shè)計(jì)針</p><p>　　對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，按典型工型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，選用含給定濾波與反饋濾波的PI型。</p><p>　　2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于設(shè)計(jì)要求s=5%，轉(zhuǎn)速調(diào)

34、節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型n型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用含給定濾波與反饋濾波的PI調(diào)節(jié)器。芯片在系統(tǒng)中的具體使用及反饋電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.3主電源整流電路及繼電器-控制電路及勵(lì)磁電路</p><p>　　2.3.1主電源整流電路</p><p>　　主電源整流電路采用三相不可控橋式整流電路，由電網(wǎng)得到直流電主電源。其整流變壓器、整

35、流二極管均可按工程方法計(jì)算選取，同時(shí)必須設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施，如過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)。</p><p>　　2.3.2繼電器-控制電路</p><p>　　為使電路工作可靠，總電源由自動(dòng)開關(guān)引人，脫扣器的額定電流為30A的DZS-50型三極自動(dòng)斷路器即可滿足要求。用交流接觸器控制主電路通斷，選線圈電壓為220v的CJ20-63型交流接觸器。選用吸引線圈電流為60A。的JL14-1125型直流過(guò)

36、電流繼電器作為過(guò)電流保護(hù);在勵(lì)磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流為2.5A的JL14-11zQ直流欠電流繼電器作為弱磁保護(hù)。選用LA系列控制按鈕，起動(dòng)按鈕用綠色，停止按鈕用紅色。繼電一接觸器控制電路設(shè)計(jì)如圖2-2所示。</p><p><b>　　2.3.3勵(lì)磁電路</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組采用三相不可控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引人，整流二極

37、管可與主電路二磁保護(hù)，在磁場(chǎng)回路中需串人欠電流繼電器。具體如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 主電源整流電路及繼電器-控制電路及勵(lì)磁電路</p><p>　　2.4保護(hù)電路及給定積分環(huán)節(jié)及控制電路直流電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.4.1保護(hù)電路</b></p><p>　　在PWM系統(tǒng)中，保護(hù)

38、電路是重要的部分，需裝設(shè)以下幾種保護(hù)措施:橋路同側(cè)短路保護(hù);過(guò)電流保護(hù);欠電壓/過(guò)電壓保護(hù);IZT保護(hù);瞬時(shí)停電保護(hù);泵升電壓的抑制保護(hù)。其中泵升電壓的抑制保護(hù)尤為重要，泵升電壓抑制電路圖如圖2-3所示由R16和R17構(gòu)成對(duì)儲(chǔ)能電容c6兩端電壓US的分壓器，在R16、R17選定之后，運(yùn)算放大器N3輸入電壓與Us成正比。由運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓比較器，參考電壓UREF為門限電壓加到N3的反相輸人端。選定UREF，當(dāng)電容兩端電壓超過(guò)預(yù)定的最大值

39、USMAX時(shí)，VT管導(dǎo)通，電容通過(guò)RL放電，在儲(chǔ)能電容儲(chǔ)存一部分反饋能量的同時(shí)，把反饋能量的一部分消耗在分流電阻中，從而把電壓限制在規(guī)定值之內(nèi)。</p><p><b>　　圖2-3保護(hù)電路</b></p><p>　　2.4.2定積分環(huán)節(jié)及控制電路直流電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于放大器輸人電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的控制電壓UC

40、又為正電壓，所以給定電壓UGD取負(fù)電壓，而一切反饋均取正電壓。為此給定電壓與觸發(fā)芯片共用一個(gè)一巧V電源，用一個(gè)2.2kn，IW電位器引出給定電壓。給定電壓的穩(wěn)定與否直接影響系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)精度影響很大，因此在這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為SG2325芯片的供電電源。同時(shí)，選用CM7805三端集成穩(wěn)壓器作為芯片輸出級(jí)的電源。</p><p>　　第三章PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控

41、制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　從集成化角度考慮，以SG3525集成脈沖觸發(fā)芯片作為控制電路的核心SG3525型集成芯片是專門為直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的單片IC，它可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)象限的脈寬調(diào)制，并具有雙閉環(huán)反饋控制功能。但對(duì)所選取的IGBT模塊SG1731芯片的輸出電流較小，所以在芯片輸出端與IGBT模塊基極之間加一級(jí)射極輸出器，以擴(kuò)展輸出電流，

42、使IG-BT模塊能正常導(dǎo)通。</p><p><b>　　圖3-1控制電路</b></p><p>　　3.2 SG3525的應(yīng)用</p><p>　　集成脈寬調(diào)制控制器SG3525是控制電路的核心，它采用恒頻脈寬控制方案，適合于各種開關(guān)電源，斬波器的控制。本實(shí)驗(yàn)電路中用SG3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其外圍電路接線圖如下

43、。</p><p>　　圖3-2 SG3525典型電路</p><p>　　3.3 SG2325芯片的主要特點(diǎn)</p><p>　　1)工作電壓范圍寬：8～35V。</p><p>　　2)內(nèi)置5．1V±1．0%的基準(zhǔn)電壓源。 </p><p>　　3)芯片內(nèi)振蕩器工作頻率寬100Hz～400 kHz。 &

44、lt;/p><p>　　4)具有振蕩器外部同步功能。 </p><p>　　5)死區(qū)時(shí)間可調(diào)。為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)快速場(chǎng)效應(yīng)管的需要，末級(jí)采用推拉式工作電路，使開關(guān)速度更陜，末級(jí)輸出或吸入電流最大值可達(dá)400mA。 </p><p>　　6)內(nèi)設(shè)欠壓鎖定電路。當(dāng)輸入電壓小于8V時(shí)芯片內(nèi)部鎖定，停止工作(基準(zhǔn)源及必要電路除外)，使消耗電流降至小于2mA。 </p>

45、<p>　　7)有軟啟動(dòng)電路。比較器的反相輸入端即軟啟動(dòng)控制端芯片的引腳8，可外接軟啟動(dòng)電容。該電容器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓UREF由恒流源供電，達(dá)到2.5V的時(shí)間為t=(2．5V/50μA)C，占空比由小到大(50%)變化。</p><p>　　8)內(nèi)置PWM(脈寬調(diào)制)。鎖存器將比較器送來(lái)的所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，系統(tǒng)的可靠性高。  </p>&l

46、t;p>　　圖3-3 SG3525芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.4 SG2325引腳各端子功能</p><p>　　1.INV.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。</p><p>　　2.NONINV.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在

47、閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。</p><p>　　3.Sync(引 腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。</p><p>　　4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。</p><p>　　5.C

48、T(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。</p><p>　　6.RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。</p><p>　　7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回。</p><p>　　8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動(dòng)電容。</p><p

49、>　　9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。</p><p>　　10.Shutdown(引 腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。</p><p>　　11.Output A（引腳11）：輸出端A。

50、引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端路</p><p>　　12.Ground(引腳12)：信號(hào)地。</p><p>　　13.VC(引 腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。</p><p>　　14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。</p><p>　　15.VCC（引腳15）：偏置電源接入端

51、。</p><p>　　16.VREF(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓</p><p>　　圖3-4 SG3525引腳圖</p><p>　　3.5 SG2325的工作原理</p><p>　　SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無(wú)須外接分壓電組。SG352

52、5還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。</p><p>　　SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5u的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向

53、輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)PWM瑣存器輸

54、出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過(guò)接地電阻可靠接</p><

55、;p>　　3.6 LM1413的作用</p><p>　　LM1413是一種復(fù)合晶體管（達(dá)林頓電路）陣列驅(qū)動(dòng)器，增加和耗散功率大，可靠性高。由于SG3525的驅(qū)動(dòng)能力有限，本電路中把SG3525第，14腳的輸出信號(hào)經(jīng)LM1413放大后再驅(qū)動(dòng)IGBT。</p><p>　　3.7 PID調(diào)節(jié)器的基本原理</p><p>　　在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常

56、用的控制規(guī)律是PID控制。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖4.1所示，系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。</p><p>　　圖3-5 PID控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差</p><p>　　e(t)=i(t)-c(t)</p><p>　　將偏差的

57、比例(P),積分(I)和微分（D）通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用及對(duì)控制效果的影響如下:比例環(huán)節(jié):作用快，無(wú)滯后，只要一有偏差，立即就能給出相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用，它能及時(shí)克服擾動(dòng)，使被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定在給定值附近。加大比例系數(shù)可以提高系統(tǒng)對(duì)偏差的分辨率，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。缺點(diǎn)是對(duì)具有自平衡性的控制對(duì)象有余差(自平衡性是指系統(tǒng)階躍響應(yīng)終值為一有限值)，擾動(dòng)出現(xiàn)后，比例調(diào)節(jié)的結(jié)果使

58、被調(diào)量不能回到給定值，只能恢復(fù)給定值附近。對(duì)一帶有滯后的系統(tǒng)，叮能產(chǎn)生振蕩，動(dòng)態(tài)特性也差。比例系數(shù)過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定:若取值過(guò)小，可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量，增大穩(wěn)定裕度，但會(huì)降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使過(guò)渡時(shí)間延長(zhǎng)。積分環(huán)節(jié):提高系統(tǒng)的抗干擾能力，消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，適用于有自平衡性的系統(tǒng)。只要有偏差存在，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)就不斷動(dòng)作，直到把偏差信號(hào)消除。但它有滯后現(xiàn)象，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，超調(diào)量變大，并可能產(chǎn)生振蕩。加大積分系

59、數(shù)有利于減小系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，但過(guò)強(qiáng)的積分作用會(huì)使超調(diào)增大。通常在調(diào)節(jié)過(guò)程的初級(jí)階段，為防止由于某些外部因素以及非</p><p>　　3.8 PWM波形發(fā)生器 </p><p>　　為了獲得PWM控制信號(hào)，控制電路采用了SG3525芯片，“PWM發(fā)生器”控制單元是以PWM脈寬調(diào)速系統(tǒng)的核心，它由PWM芯片SG3525，及其相關(guān)的外圍電路組成。</p>&l

60、t;p>　　本系統(tǒng)采用SG3525內(nèi)的誤差放大器作為電流調(diào)節(jié)器，因此正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)各一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，分屬在各自SG3525芯片內(nèi)。為了使SG3525輸出的PWM信號(hào)能通過(guò)脈沖變壓器的隔離傳至IGBT的G-S級(jí)，采用一片LM1413芯片對(duì)兩路輸出PWM信號(hào)進(jìn)行了放大。</p><p>　　3.9  給定單元 </p><p>　　給定單元由±15V電

61、源，雙刀雙擲開關(guān)，隔離用二極管，降壓電阻及給定電位器組成。+15V電源為“反向”給定，-15V為“正向”給定。</p><p><b>　　第四章 仿真與討論</b></p><p><b>　　4.1流程與示意圖</b></p><p>　　使用仿真軟件MATABLE中的SIMLINK仿真功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果如下。圖

62、6a所示是當(dāng)系統(tǒng)在最低轉(zhuǎn)速、當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載干擾時(shí)的靜態(tài)曲線，上方為電流曲線下方為轉(zhuǎn)速曲線。從圖中可以看出，在出現(xiàn)負(fù)載擾動(dòng)后，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了一個(gè)較小的波動(dòng)，但在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速回到了額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)靜差率公式計(jì)算，得出在最低轉(zhuǎn)速時(shí)，靜差率不大于5%，達(dá)到系統(tǒng)的調(diào)速要求。圖6b所示為PWM調(diào)速系統(tǒng)加了轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后的動(dòng)態(tài)特性曲線，上方為轉(zhuǎn)速曲線，下方為電流曲線O。從中可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在增加了一個(gè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)之后，轉(zhuǎn)速超調(diào)明顯減少，上升時(shí)間

63、雖然有所增加，但系統(tǒng)能在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電流的曲線也更加接近理想曲線。</p><p>　　圖4-1 調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速靜態(tài)波形圖</p><p>　　圖4-2系統(tǒng)帶有轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的動(dòng)態(tài)特性曲線</p><p><b>　　第五章 結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　5.1 結(jié)論</b

64、></p><p>　　本課題的研發(fā)工作經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的不懈努力，目前基本達(dá)到了預(yù)期的要求，通測(cè)試，可得到如下結(jié)論：</p><p>　　1 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可逆，調(diào)速范圍D大于10。</p><p>　　2 在電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速時(shí)，靜差率不大于5%，達(dá)到系統(tǒng)的靜差率設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3 加人轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性接近理想

65、情況。</p><p>　　可見，方案實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。</p><p><b>　　5.2 展望</b></p><p>　　1主電路復(fù)雜，需要的電力電子器件太多使得成本太高，未來(lái)發(fā)展應(yīng)該降低成本使更多的領(lǐng)域都用到 </p><p>　　2開關(guān)頻率低，電流不容易連續(xù)，諧波多，電機(jī)損耗及發(fā)熱多這樣使得電機(jī)的使用壽命降低應(yīng)該

66、減少電機(jī)損耗</p><p>　　3低速性能不好，穩(wěn)速精度低，調(diào)速范圍不寬。不適合在一些需要低速運(yùn)行的領(lǐng)域或需要速度穩(wěn)定運(yùn)行的以及速度跨越比較大的領(lǐng)域</p><p>　　4若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)弱，應(yīng)該增強(qiáng)這方面。</p><p>　　5電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗大，效率低。</p><

67、;p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)為PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，是以控制電路為核心，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，由SG3525,LM1413以及兩個(gè)脈沖變壓器構(gòu)成了PWM信號(hào)的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)。其中SG3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而第11,14引腳輸出信號(hào)經(jīng)LM1413放大后再驅(qū)動(dòng)IGBT，主電路中采用兩個(gè)IGBT構(gòu)成的半橋型結(jié)構(gòu)，可看成一個(gè)降壓變換器和一個(gè)升壓變換器電路的組合，使其實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。</p>&

68、lt;p>　　有問(wèn)題才能進(jìn)步，這些問(wèn)題對(duì)我是一種激勵(lì)，我會(huì)在以后的工作和學(xué)習(xí)中更加的努力。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我們能夠充分的把握理論與時(shí)間的相結(jié)合。用我們所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)通過(guò)完成本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮出來(lái)。在本設(shè)計(jì)中我們不但要運(yùn)用電機(jī)理論知識(shí)，還要充分運(yùn)用單片機(jī)，電路，電力電子，交流調(diào)速等方面的知識(shí)，使我們所學(xué)

69、過(guò)的知識(shí)進(jìn)行綜合的應(yīng)用。增強(qiáng)我們對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合的應(yīng)用及綜合應(yīng)用的能力，從而達(dá)到學(xué)至所用的目的，使我們明白把所學(xué)的知識(shí)能充分應(yīng)用，那才是真正學(xué)會(huì)了，學(xué)了不會(huì)等于白學(xué)。因而我們必須時(shí)刻注意把我們所學(xué)的知識(shí)充分應(yīng)用。不管是現(xiàn)在還是將來(lái)走向社會(huì)，都將是非常重要的。我們?cè)趯W(xué)校所學(xué)的理論知識(shí)都將為我們將來(lái)走向社會(huì)鋪好路，只有我們能夠充分的實(shí)現(xiàn)學(xué)至所用的目的，我想不管是我們自己還是教會(huì)我們知識(shí)的老師都將非常欣慰。

70、</p><p>　　在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中首先要感謝我的指導(dǎo)老師。我能勝利的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使離不開她的細(xì)心的指導(dǎo)和支持的。設(shè)計(jì)一開始她就為我們指出了設(shè)計(jì)方向并制定了周密科學(xué)的工作任務(wù)安排，在設(shè)計(jì)過(guò)程中她更是細(xì)心的解答我們?cè)谠O(shè)計(jì)中所遇到的疑難問(wèn)題，定期檢查我們的設(shè)計(jì)成果，是我們順利的完成設(shè)計(jì)，</p><p>　　當(dāng)然本次設(shè)計(jì)能夠順利完成與同組的同學(xué)的幫助是密不可分的，我們一起討論相關(guān)的課題，

71、使我的思路得以極大開闊，并能發(fā)現(xiàn)在某些內(nèi)容上的欠缺。這也是我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的一大動(dòng)力，所以我要感謝我的同學(xué)。</p><p>　　在完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文過(guò)程中給予我?guī)椭娜撕芏?，在此沒(méi)有一一列出，但我要再次感謝他們，謝謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]徐承韜，隋麗萍. 電力電子[J].<<

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