PWM直流脉宽调速系统课程设计

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1、 1 目录 PWM 直流脉宽调速系统1 1 概述1 2 设计任务及要求2 2.1 主要任务 2 2.2 设计要求 2 3 理论设计3 3.1 方案论证3 3.2 系统模型的建立5 3.2.1 直流电机模型 5 3.2.2 调速系统动态模型8 3.3 调速系统性能分析 9 3.3.1 静态性能和启动过程 9 3.3.2 动态性能11 3.3.3 两个调节器的作用12 3.4 调节器设计13 4 MATLAB 仿真 19 4.1 PWM 直流脉宽调速系统仿真 19 4.2 仿真结果 19 5 小结 20 参考文献 21 附页21 2 2 1 概述 直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在大范围内平

2、滑调整，在许多需要调速或 快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。自从全控型电力电子器件问世以后，就 出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速 系统，简称直流PWM调速系统。 直流PWM调速系统采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT等 电力电子器件组成的直流脉冲宽度（PWM）型的调速系统近年来已经发展成熟，用途越来 越广泛，与晶闸管可控整流调速系统（V-M系统）相比，在很多方面具有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率元件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少， 电机损耗和发热都较小；（3）低速性能好，稳

3、速精度高，因而调速范围宽；（4）系统频 带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；（5）主电路元件工作在开关状态，导通损耗 小，装置效率较高；（6）直流电源采用不可控三相整流时，电网功率因数高。 2 主要任务及要求 题目中所给的负载电机额定数据如下： PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0，Ifn=1.14A，GD2=2.96N.m2 Tm=0.07s，Tl=0.005s 所给出的 PWM 变流装置参数如下： Rrec=0.5，Ks=44。 2.1 主要任务 (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成， 画出系统组

4、成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形， 并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。 (4) 绘制 PWM 直流脉宽调速系统的电气原理总图. 3 3 2.2 设计要求 (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围 （D10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统在 5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (3)稳态指标：无静差 (4)动态指标：电流超调量：i5%，起动到额定转速时的超调量：n8%，动态速降 n10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s 3 理论设计 3.1 方案论证 要求采用直流 PWM 调制，所以开关器件必须是全控型的电力电子器件，全控型的器件 有门极可关断晶闸管 GTO、全控电力晶体管 GTR、MOSFET、IGBT 等，因为 IGBT 具有较高的 开关频率，较高的功率承受能力，而且驱动简单，所以选择 IGBT 作为开关器件。 要求实现电机的可逆运行，要