直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計1設計分析1.1雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的結構圖1.2調速系統(tǒng)起動過程的電流和轉速波形(a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)起動過程(b)理想快速起動過程1.3H橋雙極式逆變器的工作原理脈寬調制器的作用是：用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為如果定義占空比，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中調速時，的可調范圍為0～1相應的。當時，為正，電動機正轉；當時，為負，電動機反轉；當時，，電動機停止。但電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的平均值等于零，不產生平均轉矩，徒然增大電動機的損耗這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時靜摩擦死區(qū)。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動機在四象限運行。3）電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4）低速平穩(wěn)性好，每個開關器件的驅動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導通。1.4PWM調速系統(tǒng)的靜特性由于采用了脈寬調制，電流波形都是連續(xù)的，因而機械特性關系式比較簡單，電壓平衡方程如下.按電壓平衡方程求一個周期內的平均值，即可導出機械特性方程式，電樞兩端在一個周期內的電壓都是，平均電流用表示，平均轉速，而電樞電感壓降的平均值在穩(wěn)態(tài)時應為零。于是其平均值方程可以寫成則機械特性方程式2電路設計四單元IGBT模塊型號：20MT120UF生產廠家：IR公司主要參數(shù)如下：=1200V=16A=1002.1給定基準電源此電路用于產生±15V電壓作為轉速給定電壓以與基準電壓，如圖6所示：圖6給定基準電源電路2.2雙閉環(huán)調節(jié)器電路設計為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進行采樣，然后與給定值比較，決定調節(jié)器的輸出，反饋的關鍵是對被控量進行采樣與測量。2.2.1電流調節(jié)器由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時間常數(shù)，以濾平電流檢測信號為準。為了平衡反饋信號的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時間上配合恰當。圖7含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節(jié)器2.2.2轉速調節(jié)器轉速反饋電路如圖8所示，由測速發(fā)電機得到的轉速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時間常數(shù)。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉速給定通道上也加入相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。圖8含給定濾波與反饋濾波的PI型電轉速調節(jié)器2.3信號產生電路本設計采用集成脈寬調制器SG3524作為脈沖信號發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中IGBT的開關頻率，選擇適當?shù)?、值即可確定振蕩頻率。電路中的PWM信號由集成芯片SG3524產生，SG3524采用是定頻PWM電路,DIP-16型封裝。由SG3524構成的基本電路如圖8所示，由15腳輸入+15V電壓，用于產生+5V基準電壓。在6、7引腳之間接入外部阻容元件構成PI調節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。12、13引腳通過電阻與+15V電壓源相連，供內部晶體管工作，由電流調節(jié)器輸出的控制電壓作為2引腳輸入，通過其電壓大小調節(jié)12、13引腳的輸出脈沖寬度，實現(xiàn)脈寬調制變換器的功能實現(xiàn)。圖9SG3524管腳圖主要參數(shù)：輸入電壓Uimax：40V輸出電流：500mA好散功率：1W2.4IGBT基極驅動電路原理EXB841系列驅動器的各引腳功能如下：腳1：連接用于反向偏置電源的濾波電容器；腳2：電源（＋20V）；腳3：驅動輸出；腳4：用于連接外部電容器，以防止過流保護電路誤動作（大多數(shù)場合不需要該電容器）；腳5：過流保護輸出；腳6：集電極電壓監(jiān)視；腳7、8：不接；腳9：電源；腳10、11：不接；腳14、15：驅動信號輸入（-，＋）；2.5基于EXB841驅動電路設計驅動電路中V5起保護作用，避免EXB841的6腳承受過電壓，通過VD1檢測是否過電流，接VZ3的目的是為了改變EXB模塊過流保護起