毕业论文：PWM控制直流调速系统设计 ㊣ 精品文档 值得下载

电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组。

用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

静止可控整流器。

用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。

直流斩波器或脉宽调制变换器。

用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。

由于旋转变流机组缺点太多，采用汞弧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，但是由于汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，尤其是水银如果泄漏，将会污染环境，严重危害身体健康。

目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统即晶闸管电动机调速系统，简称系统，又称静止系统已经成为直流调速系统的主要形式。

但是，晶闸管整流器也有它的缺点，主要表现在以下方面晶闸管般是单向导电元件，晶闸管整流器的电流是不允许反向的，这给电动机实现可逆运行造成困难。

必须实现四象限可逆运行时，只好采用开关切换或正反两组全控型整流电路，构成可逆调速系统，后者所用变流设备要增多倍。

晶闸管元件对于过电压过电流以及过高的和十分敏感，其中任意指标超过允许值都可能在很短时间内元件损坏，因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应保留足够的余量，以保证晶闸管装置的可靠运行。

晶闸管的控制原理决定了只能滞后触发，因此，晶闸管可控制整流器对交流电源来说相当于个感性负载，吸取滞后的无功电流，因此功率因素低，特别是在深调速状态，即系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因素很低，并产生较大的高次谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。

如果采用晶闸管整流装置的调速系统在电网中所占容量比重较大，将造成所谓的电力公害。

为此，应采取相应的无功补偿滤波和高次谐波的抑制措施。

晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，而且脉波数总是有限的。

如果主电路电感不是非常大，则输出电流总存在连续和断续两种情况，因而机械特性也有连续和断续两段，连续段特性比较硬，基本上还是直线断续段特性则很软，而且呈现出显著的非线性。

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。

选择控制系统的理由脉宽调制器采用美国硅通用公司的第二代产品，这是种性能优良，功能全通用性强的单片集成控制器。

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。

系统在很多方面具有较大的优越性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，动态抗扰能力强。

功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。

直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

采用转速电流双闭环的理由同开环控制系统相比，闭环控制具有系列优点。

在反馈控制系统中，不管出于什么原因外部扰动或系统内部变化，只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。

因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。

由于闭环系统的这些优点因此选用闭环系统。

单闭环速度反馈调速系统，采用控制器时，可以保证系统稳态速度误差为零。

但是如果对系统的动态性能要求较高，如果要求快速起制动，突加负载动态速降小等，单闭环系统就难以满足要求。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照要求来控制动态过程的电流或转矩。

另外，单闭环调速系统的动态抗干扰性较差，当电网电压波动时，必须待转速发生变化后，调节作用才能产生，因此动态误差较大。

在要求较高的调速系统中，般有两个基本要求是能够快速启动制动二是能够快速克服负载电网等干扰。

通过分析发现，如果要求快速起动，必须使直流电动机在起动过程中输出最大的恒定允许电磁转矩，即最大的恒定允许电枢电流，当电枢电流保持最大允许值时，电动机以恒加速度升速至给定转速，然后电枢电流立即降至负载电流值。

如果要求快速克服电网的干扰，必须对电枢电流进行调节。

以上两点都涉及电枢电流的控制，所以自然考虑到将电枢电流也作为被控量，组成转速电流双闭环调速系统。

设计技术指标要求直流电动机型号功率电枢电压电枢电流额定转数调速范围起动时超调量电流超调量转速超调量第章控制直流调速系差信号调节。

调节器的比例系数由决定，其中为输出端的分压电位器的分压系数。

调节器的饿强制积分时间常数为而微分反馈时间常数为可以根据系统对速度调节器的饿要求，整定和的数值，其中为微分反馈电位器的分压系数。

的负向限幅采用二极管反馈限幅，限幅值固定为，的正向限幅采用三极管反馈限幅，可以调节电位器来改变正向限幅值，正向限幅值可以由下述决定式中电位器的电阻值电阻的电阻值电源电压二极管的顺向压降三极管的基射电压。

近似式为考虑能用于自动弱磁系统，为了实现自动弱磁升速时限制电动机的最大电流，速度调节器具有速度自动限幅电路，当直流电动机的转速因弱磁超过额定转速时，使速度调节器的限幅自动下降，可以根据直流电动机的要求在最高速限幅值下降到额定转速的限幅的。

速度自动限幅的静态近似可由下图决定。

输出电压输入电压电枢电流调节器电枢电流调节器是用来放大电枢电流偏差信号，并对电流偏差信号进行运算后作为它的输出，它的输出信号对移相触发器进行控制。

电流调节器的作用如下对电网电压波动起及时抗扰作用。

启动时保证获得允许的饿最大电流。

转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化。

电动机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护给定电压实验文件夹主电路年月日脉冲变压器脉冲变压器莱姆元件电流负反馈测速发电机直流电压锯齿波频率幅值脉冲变压器二次侧矩形波周期频率脉冲变压器二次侧矩形波周期频率两个矩形波死区时间脉宽可调到百分之四十五电机正转顺时针电机反转逆时针开环闭环速度反馈闭环应为正引至面板上电机状态开关封锁去脉冲变压器图和外围电路接线图作用。

如果故障消失，系统能够自动恢复正常。

下面我们简要介绍下电流调节器的工作原理。

为了调节电流负反馈强度，电流检测环节内有电位器可供调节，般情况下电位器是这样整定的即当主回路是时，使上取出的电压为。

由于电流给定值最大为，所以当主回路电流是时，系统就会被堵转。

构成对电流偏差信号的调节器，它的传递函数结构图如下图中电流给定值以电压表示电流反馈值以电压表示电流调节器输出调节器比例系数，，为反馈分压器分压系数。

调节器强制积分时间常数，调节器反馈回路微分时间常数，微分反馈分压系数。

调节器反馈回路惯性时间常数，可以根据系统对电流调节内环的要求，整定的数值。

为电流给定过流信号联锁输入速度变换单元速度变换器用于把测速机电压衰减到适合控制系统用的电压信号，并提供超速信号和转速检测信号。

配直流测速机，测速机电压从端子和输入，从端子输出转速表检测信号转速表接端子和从端子输出Ⅰ，输出速度信号假若为从端子输出Ⅱ输出速度信号则为从端子输出ⅤⅥ输出速度信号绝对值供弱磁系统自动改变速度调节器和给定积分器的限幅用。

从端子输出Ⅲ输出超速信号，正常时关断，输出。

超速后导通输出。

由于测速机电压大小不同，故在速度信号衰减回路中配置了个电阻，按测速机电压等级不同，选用不同值电阻见原理图，速度信号用电位器，调节，在该回路中还配置了电容提供左右的滤波，故在速度调节器中不再需要滤波。

通过改变电容的大小可调节滤波时间常数。

超速信号用线性集成电路组成的电压比较器检测，靠可控硅记忆。

正常时在偏移作用下，输出，关断超速后，输出正，导通，超速信号送至电源及事故综合插件。

与其他故障信号综合后输出，可控硅选用如果没有，可用元件代替，但要求触发电流小于故障解除后，按恢复，超速动作值由调正。

输出Ⅰ输出Ⅳ输出Ⅱ输出Ⅲ输出Ⅴ输出Ⅵ电流检测在直流电源的正极引线上安装有霍尔电流传感器，它由电源供电，二次电流通过测量电阻欧姆形成电流反馈信号。

图速度变换器原理图脉冲变压器由产生，经放大了的信号经脉冲变压器，耦合与隔离传至，。

和采用高频铁氧体芯片，二次匝数比为次侧，二次侧使控制电路与主电路隔离。

给定单元给定单元由电源，双刀双掷开关，隔离用二极管，降压电阻及给定电位器组成。

电源为反向给定，为正向给定。

结束语本毕业设计为直流脉宽调速系统，是以控制电路为核心，采用恒频脉宽调制控制方案，由以及两个脉冲变压器构成了信号的产生和驱动。

其中产生的脉宽调制信号作为的驱动信号，而第引脚输出信号经放大后再驱动主电路中采用两个构成的半桥型结构，可看成个降压变换器和个升压变换器电路的组合使其实现无静差的转速闭环控制。

本闭环控制的直流脉宽调速系统应用于教学实验和制作实验挂件，在教学和研究领域发挥作用，方便同学及老师研究，提高安全性和效益性。

通过本次设计，使我们能够冲分的把握理论语实践的相结合。

用我们所学过的理论知识同构通过完成本设计充分发挥出来。

在本设计中我们不但要运用电机理论知识，还要充分运用单片机电路电力电子交流调速等方面的知识，使我们所学过的知识进行综合的应用。

增强我们对所学知识进行综合的应用及综合应用能力，从而达到学至所用的目的，使我们明白把所学的知识能充分应用，那才是真正的学会了。

学了不会用等于白学，因而我们必须时刻注意把我们所学的知识充分应用。

不管事现在还是将来走上社会，都将是非常重要的。

我们在学校所学的理论知识都将是位我们以后走向社会作最备。

只有我们能够充分的实现学至所用的目的，我想不管事我们自己还是教会我们知识的老师都将是非常欣慰。

致谢在整个毕业设计中首先要感谢我的指导老师李瑾老师。

我能顺利的完成本次毕业设计，是离不开她细心的指导和支持的。

设计开始她就为我们指出了设计方向并且制定了周密科学的工作任务安排，在设计过程中她更是细心的解答我们在设计中所运到的疑难问题，定期检查我们的设计成果。

使我们能顺利的完成设计，当然本次设计能够顺利完成与同组的同学的帮助是密不可分的，我们起讨论相关的课题，使我的思路得以极大的开阔，并能发现自己在些内容上