双闭环直流调速系统的设计论文

双闭环直流调速系统的设计论文内容摘要：

系统的 工作原理 双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的，实际的调速系统除要求对转速进行调整外 , 很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求 ,这就需要一个电流截止负反馈系统。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图 所示，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入， 再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。 从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。 这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。 为了获得良好的静态和动态性能，转速和电流调节器一般都采用 PI调节器。 徐海学院 11 级《电力拖动与运动控制系统》课程设计 第 4 页 本设计中选择的拓扑结构及其依据 主电路拓扑结构的选择与依据 模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，便于学习入门，但其 控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制效果受 到器件的性能、 温度等因素的影响。 单片机作为工业用机它以系统结构简单，可靠性高、速度疑、并且体积小，价 格便宜被广泛用于现代工业自动化控制中。 系统引入微机控制后，用软件取代硬件电路，减少了所用设备的数量，降低了 系统在使用过程中由于元件老化和接触不良等因素造成的故障率，从而使系统的可 靠性大大提高．又由于用软件编程实现各种调节规律，在不改动硬件设备的情况下 可任意改变系统参数和控制程序，易于系统的优化等优点，微机在调速系统上的应 用必将越来越广泛．所以本次设计采用双闭环直流数字调速系统。 主电路 采用直流 PWM 变换器，与 VM 系统相比，直流 PWM 调速系统在许多 方面有较大的优越性 ： ，需用的功率器件少； ，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； ，稳速精度高，调速范围宽； ，动态响应快，动态抗扰能力强； ，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； ，电网功率因数比相控整流器高。 综上 所 述，本设计 选用 PWM 调速系统。 徐海学院 11 级《电力拖动与运动控制系统》课程设计 第 5 页 主电路拓扑结构 图 数字控制双闭环直流调速系统硬件结构 电力半导体器件的选型及其依据 逆变器功率元件（ IPM）的选择 （ 1） 额定电流的选择 在选用智能功率模块时，需要考虑到电机的过载要求，安全裕度等要求，从逆 变部分的主电路可以看出，流过一只 IGBT 管子的最大电流应当等于电动机定子一 相的最大电流，所以功率元件的电流额定为： I IPMn∼ 2 m∼ 2s m 其中 :为电流的过载倍数 ,这里取  Ism:额定电流这里为 （ ~2）：为安全裕量 所以带入试验用电机的相关数据得到，电流额定为： 徐海学院 11 级《电力拖动与运动控制系统》课程设计 第 6 页 Ι ipmn ( ~ 2) ~ (2)额定电压的选择 直流电源由 380V 的三相交流 电直接整流得到，所以直流侧电压为 U d U 2 156 V其中 U 2 为交流电相电压的有效值， 为考虑到大电容滤波后的电感升高系数。 功率元件的电压额定为 Un≥ d  V所以在实际的应用中选择 IGBT 的型号为 1MBH60D100 额定电流 60A 额定功率为 260W 有续流二极管 ,可以满足要求。 整流部分元件 的选择 三相全波整流桥参数的计算 整流部分采用不可控整流，整流二极管的电流额定为 VT ,直流侧的最大电流为 Im,根据电力电子学的相关知识，三相全控桥通过二极管的电流有效值 IVT 和直流侧电流 Im 的关系为 mVT I31I  再根据二极管的通态平均电流与电流的有效值的关系为 VTI 所以综上二极管的电流的额定电流即二极管的通态平均电流为（考虑到安全裕度）， ~ )3~2()3~2(I  mND I 考虑到滤波电容充电电流 的影响，需要有更大的电流裕量 ,取 ND =25A 电压额定：二极管两端断态重复峰值电压为，交流电源的线电压。 所以电压额定为： U ND (2∼ 3)U m (2∼ 3)2380 1072∼ 1596V 选用 UND  1600V 为了减小主电路的体积，使之易于安装，选用 25A /1600V 的二极管两单元模块三个构成整流桥。 直流滤波电解电容及其依据 由于通过整流桥后的直流是含有脉动的 直流，必须通过电容加以滤波。 根据二极管的最大整流平均 IF 和最高反向工作电压 UR 分别应满足： IF IO(AV) 247。 2≈ 247。 2= (A) 徐海学院 11 级《电力拖动与运动控制系统》课程设计 第 7 页 UR 2 U2= 2 160=352 (V) 选用 2ZC 系列的大功率硅整流二极管，型号和参数如下所示： 在设计主电路时，滤波电容是根据负载的情况来选择电容 C 值，使 RC≥ (3～ 5)T/2,且有 Udmax= 156=(V) 2 C≥ , 即 C≥ 15000uF 故此，选用型号为 CD15 的铝电解电容，其额定直流电压为 400v， 22020 uF 驱动电路的原理图及其原理说明 具有制动作用的不可逆 PWM 变换器构成的调速系统，电动机电枢回路中的电流始终是连续的；而且，由于电流可以反向，系统可以实现二象限运行，有较好的静、动态性能。 可逆 PWM变换器主电路的结构形式有 T型和 H型两种，其基本电路如图 23所示，图中（ a）为 T型 PWM变换器电路，（ b）为 H型 PWM变换器电路。 图 可逆 PWM变换器主电路的结构形式 T型电路由两个可控电力电子器件和与两个续流二极管组成，所用元件少，线路简单，构成系统时便于引出反馈，适用于作为电压低于 50V 的电动机的可控电压源；但是 T型电路需要正负对称的双极性直流电源，电路中的电力电子器件要求承受两倍的电源电压，在相同的直流电源电压下，其输出电压的幅值为 H 型电路的一半。 H 型电路是实际上广泛应用的可逆 PWM 变换器电路，它由四个可控电力电子器件（以下以电力晶体管为例）和四个徐海学院 11 级《电力拖动与运动控制系统》课程设计 第 8 页 续流二极管组成的桥式电路，这种电路只需要单极 性电源，所需电力电子器件的耐压相对较低，但是构成调速系统的电动机电枢两端浮地。 在本次设计中我们选择的是 H型。 电压、电流和温度等传感器的具体型号 为有效的监控直流电机的运行情况，需要用于与电路相匹配的传感器如（电流传感器，电压传感器，温度传感器等） 电流传感器：供应电流互感器 型号为 JC600W32 电压传感器： 型号为 PT02V450/ 温度传感器： 型号为 FDYH2020WS 主回路中的保护电路 发生故障时， 必须进行保护，以避免故障进一步扩大。 故障保护一般分为硬 件和软件两级保护。 （ 1） 硬件保护 快速封锁功率变换器 UPE 的驱动信号，并将 UPE 与供电电源断开。 （ 2） 软件保护 进入故障保护中断程序，锁存故障信号，禁止 UPE 驱动信号输出，通过外围电路显 示故障类型，并同时产生声、光等报警信号。 硬件保护起作用后，故障随之消失，如果没有软件保护，系统将重新投入运行， 再次导致故障出现。 因此，只有硬件保护是不够的，必须设置软件保护。 交流侧过压过流保护 在变压器副边并联电阻和电容 ，可以把变压器铁芯释放的磁场的能量转换为电场能量。