第一章、设计分析
1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。
图1-1 双闭环调速系统的结构图
2 调速系统起动过程的电流和转速波形
如图1-2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 Idm Idcr n Id n Idm 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1-2 调速系统起动过程的电流和转速波形
3 H桥双极式逆变器的工作原理
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
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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。
H形双极式逆变器电路如图1-3所示。这时电动机M两端电压UAB的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。
图1-3 H形双极式逆变器电路
双极式逆变器的四个驱动电压波形如图4所示。
Ug1Ug4tOtonUg3TUg2tOUABUstOtonT-Usidid1id2tO
图1-4 H形双极式逆变器的驱动电压波形
Ug1?Ug4??Ug2??Ug3。他们的关系是：在一个开关周期内，当0?t?ton时，
晶体管VT1、VT4饱和导通而VT3、VT2截止，这时UAB?Us。当ton?t?T时，VT1、
VT4截止，但VT3、VT2不能立即导通，电枢电流id经VD2、VD3续流，这时
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UAB??Us。UAB在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电
压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。
T当正脉冲较宽时，ton?，则UAB的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，
2T则反转；如果正负脉冲相等，ton?，平均输出电压为零，则电动机停止。
2双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为
Ud?如果定义占空比??tonT?ton?2ton?Us????1?Us （1-1） TT?T?Uton，电压系数??d
UsT则在双极式可逆变换器中
??2??1 （1-2）
调速时，?的可调范围为0～1相应的???1~?1。当??动机正转；当??1时，?为正，电211时，?为负，电动机反转；当??时，??0，电动机停止。22但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而
电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区。 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点：
1）电流一定连续。
2）可使电动机在四象限运行。
3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。
4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。
4 PWM调速系统的静特性
由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下
Us?Rid?Ldid?E (0?t?ton) （1-3） dtdidUs?Rid?L?E (ton?t?T) （1-4）
dt 8
按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是Ud??Us，平均电流用Id表示，平均转速n?E/Ce，而电枢电感压降Ldid的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成 dt?Us?RId?E?RId?Cen （1-5）
则机械特性方程式
RRn??Id?n0?Id （1-6）
CeCeCe?Us
第二章、电路设计
H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图2-1所示。PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容C0滤波，以获得恒定的直流电压Us。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rz消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VTz。
图2-1 H桥式直流脉宽调速系统主电路
四单元IGBT模块型号：20MT120UF 主要参数如下：
UCER=1200V Ic=16A TCN=100?C PCM?0.9kW UCE(sat)?3.05V
*1给定基准电源
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此电路用于产生±15V电压作为转速给定电压以及基准电压，如图2-2所示：
图2-2 给定基准电源电路
2 双闭环调节器电路设计
为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，决定调节器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。 （1） 电流调节器
由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数
Toi?0.001s，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道
上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。
图2-3 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器
（2） 转速调节器
转速反馈电路如图2-4所示，由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数Ton?0.005s。根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。
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