发布时间 : 星期三 文章PWM控制直流调速系统毕业设计更新完毕开始阅读aa416fda55270722182ef717
辽宁工程技术大学应用技术与经济管理学院毕业设计（论文）
1 直流电动机及PWM调速系统
直流电动机的种类有很多，按照励磁方式分为他励、并励，串励，复励（集复励和差复励）本设计主要研究他励直流电动机，及调速方式的选择。
1.1 直流电动机调速方式的选择
1.1.1 直流电动机调速方法的选择
直流电动机的调速方法有如下三种：
1）电枢串电阻调速。调速范围小，从曲线可以看出，电枢回路串入的电阻越大，调速范围就越大，但串入较大的电阻时，机械特性又太软，负载稍有波动，转速就会有很大的波动，使系统运行不稳定；在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。如下图1-1
图1-1 他励直流电动机电枢串入电阻时的接线图及特性曲线
2）减弱磁通?调速。调速范围小，减弱磁通调速只能从基速向上调，而转速的上限受换向和机械强度的限制，因而调速范围小；调速的相对稳定性差，调速速后的特性变软；调速的的平滑性好；属于恒功率调速。如下图1-2
3）降低电压调速。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。如图1-3所示Ia变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
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图1-2 直流电机的减弱磁通调速
图1-3 他励直流电动机降低电压调速的接线图及特性曲线
总观以上三种的调速方式，改变电枢电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主速。
1.1.2 直流电源的选择
降低电压调速需要有专门的可调压直流电源，可调直流电源一般分为以下三种：
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1）直流发电机-电动机组（简称G-M系统）。这种系统电机多，占地面积大，噪音大，效率低，目前已很少采用。
2）晶闸管整流装置。整流装置是将交流电压变为可调的直流电压，向直流电动机供电，改变晶闸管出发装置的控制角，可以改变整流装置输出的直流电压，即可改变电动机电枢两端的平均电压，实现电动机的调速。
3）脉宽调制器或直流斩波电路。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。实现电机的调速。
综以上三种情况考虑，直流发电机-电动机组，这种系统的缺点较多，性价比较差，占地面积，大噪音大，给环境造成了污染，采用晶闸管整流相对G-M这种静止的这种整流装置来说，它的整流装置的供电调速系统的占地面积小，噪音小，效率高，现已基本上代替了直流发电机-电动机组，但是晶闸管整流也有其自身的缺点。
1.1.3 晶闸管整流的缺点
晶闸管整流的缺点一般常见为如下几点：
1）晶闸管一般是单向导电元件，晶闸管整流器的电流是不允许反向的，这给电动机实现可逆运行造成困难。必须实现四象限可逆运行时，只好采用开关切换或正、反两组全控型整流电路，构成V-M可逆调速系统，后者所用变流设备要增多一倍。
2）晶闸管元件对于过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任意指标超过允许值都可能在很短时间内元件损坏，因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应保留足够的余量，以保证晶闸管装置的可靠运行。
3）晶闸管的控制原理决定了只能滞后触发，因此，晶闸管可控制整流器对交流电源来说相当于一个感性负载，吸取滞后的无功电流，因此功率因数低，特别是在深调速状态，即系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低，并产生较大的高次谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。如果采用晶闸管整流装置的调速系统在电网中所占容量比重较大，将造成所谓的“电力公害”。为此，应采取相应的无功补偿、滤波和高次谐波的抑制措施。
4）晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，而且脉波数总是有限的。如果主电路电感不是非常大，则输出电流总存在连续和断续两种情况，因而机械特性也有连续和断续两段，连续段特性比较硬，基本上还是直线；断续段特性则很软，而且呈现出显著的非线性。
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由于以上种种原因，所以选择了脉宽调制变换器进行改变电枢电压的直流调速系统。
1.2 PWM控制系统
在异步电动机恒转矩的变频调速系统中，随着变频器输出频率的变化，必须相应地调节其输出电压。此外，在变频器输出频率不变的情况下，为了补偿电网电压和负载变化所引起的输出电压波动，也应适当地调节其输出电压。具体现实调节和调频的方法有很多种，但一般按变频器的输出电压和频率的控制方法分为PAM和PWM
PAM脉幅调制型变频，是一种通过改变电压源的电压Ud或电流源Id的幅值，进行输出控制的方式。它在逆变器部分只控制频率，在整流电路和中间电路部分控制输出的电压或电流。由于PAM存在一些固有的缺陷，目前变频器中已很少应用。
PWM脉宽调制型变频，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频率。脉宽调制的方法很多，以调制脉冲的极性分，可分为单极性调制和双极性调制两种；以载频型号与参考信号频率之间的关系分，可分为同步调制和异步调制两种。
1.2.1 选择PWM控制直流电动机调速的理由
脉宽调制器UPW采用美国Silicon General开发的快速型IGBT驱动专用模块SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。
PWM系统在很多方面具有较大的优越性 ：
1）PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少。
2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 3）低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。
4）如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗不大，因而装置效率较高。
6）直流电源采用不可控整流时电网功率因数比相控整流器高。
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