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2019双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证课程设计.doc

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来产生,如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。 双闭环调速系统的结构图

直流双闭环调速系统的结构图如图1所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速,达到设计要求。

双闭环调速系统的结构图

调速系统起动过程的电流和转速波形

如图2所示,这时,启动电流成方波形,而转速是线性增长的。这是在最大电流(转矩)受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。

Id n I

Id n Idm dm Idcr n n IdL IdL O (a)

t

O (b)

t (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程

图2 调速系统起动过程的电流和转速波形

H桥式可逆PWM变换器的工作原理

PWM控制的示意图如图3所示:可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开,当S接通时,供电电源Us通过开关S施加到电动机两端,电源向电机提供能量,电动机储能:当开关S断开时,中断了供电电源Us向电动机电流继续流通。

图3:PWM控制示意图

这样,电动机得到的电压平均值Uas为:

Uas=ton·Us/T=Uas

在系统主电路部分,采用的是大功率GTR为开关元件、H桥电路为功率放大电路所构成的电路结构,如图4所示。图中,四只GTR分为两组,VT1和VT4为一组,VT2和VT3为另一组。同一组中的两只GTR同时导通,同时关断,且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。

脉宽调制器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列,从而平均输出电压的大小,以调节电机转速。

图4:H桥式可逆PWM变换器

正向运行(如图a)所示:

第1阶段,在0≤t≤ton期间,Ub1、Ub4为正,VT1、VT4导通,Ub2、Ub3为负,VT2、VT3截止,电流id沿回路1流通,电动机M两端电压UAB=+Us;

第2阶段,在ton≤t≤T期间,Ub1、Ub4为负,VT1、VT4截止,VD2、VD3续流,并使VT2、VT3保持截止,电流id沿回路2流通,电动机M两端电压UAB=-Us;

反向运行(如图b)所示:

第1阶段,在0≤t≤ton期间,Ub2、Ub3为负,VT2、VT3截止,VD1、VD4续流,并使VT1、VT4截止,电流-id沿回路4流通,电动机M两端电压UAB=+Us;

第2阶段,在ton≤t≤T期间,Ub2、Ub3为正,VT2、VT3导通,Ub1、Ub4为负,使VT1、VT4保持截止,电流-id沿回路3流通,电动机M两端电压UAB=-Us。

双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点:

(1)电流一定连续;(2)可使电机在四象运行;(3)电机停止时有微振电

流,能消除静摩擦死区;(4)低速平稳性好,系统的调速范围可达1:20000左右;(5)低速时,每个开关器件的驱动脉冲仍较宽,有利于保证器件的可靠通。

a.正向电动运行波行

b.反向电动运行波形

双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为:

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