晶闸管直流电动机调速系统设计.doc

武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书目录1设计概述11.1设计意义及要求11.2方案分析11.2.1可逆调速方案11.2.2控制方案的选择22主电路的设计与分析32.1整流电路32.2斩波调速电路43控制电路的设计与分析63.1触发电路的设计与分析63.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析63.2.1欠压锁定功能73.2.2系统的故障关闭功能73.2.3软起动功能73.2.4波形的产生及控制方式分析83.3延时、驱动电路的设计83.4ASR和ACR调节器设计93.4.1ASR（速度调节器）93.4.2ACR（电流调节器）10结束语12参考文献13附录1413晶闸管直流电动机调速系统设计1设计概述1.1设计意义及要求有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统1.2方案分析1.2.1可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。图1-1两组晶闸管反并联示意图如上图电动机正转时由正组晶闸管装置VF供电反转时由反组晶闸管装置VR供电。两组晶闸管分别由两套触发装置控制都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。但是不允许让两组晶闸管同时处于整流状态否则将造成电源短路因此对控制电路提出了严格的要求。1.2.2控制方案的选择在这里，我们选择双闭环直流调速系统，ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR别调节转速和电流。由于调速系统的主要被控量是转速，故把转速负反馈组成的环作为外环，以保证电动机的转速准确跟随给定电压，把由电流负反馈组成的环作为内环，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这就形成了转速、电流双闭环调速系统。系统的原理框图如图1-2所示：图1-2原理框图2主电路的设计与分析主电路主要环节是：整流电路、斩波电路及保护电路。图2-1调速系统直流脉宽调速系统的组成如图2-1所示，由主电路、控制及保护电路、信号检测电路三大部分组成。二极管整流桥把输入的交流电变为直流电，电阻R1为起动限流电阻，C1为滤波电容。可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型结构形式，它是由四个功率IGBT管（VT1、VT2、VT3、VT4）和四个续流二极管（VD1、VD2、VD3、VD4）组成的双极式PWM可逆变换器，根据脉冲占空比的不同，在直流电机M上可得到正或负的直流电压。2.1整流电路晶体二极管桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。图2-2整流电路桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在R，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图2-2中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！2.2斩波调速电路直流电动机往往需要正、反向运行，而且有电动和制动工作状态，这就需要四象限斩波变换电路为电动机供电。图2-3给出了四象限斩波调速主电路原理图。T1~T4组成了全桥电路，又称H桥型电路；TA1检测母线的电流大小和方向，TA2检测电动机的电流大小和方向；电容C用来减小开关过程引起的电压波纹压敏电阻Rv用来抑制电压尖峰。电机的工作状态同供电方式和负载有关。图2-3斩波调速电路电