(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥).pdf

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1、实验三十三实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统（双闭环控制的直流脉宽调速系统（H H 桥）桥）一、实验目的一、实验目的(1)了解 PWM 全桥直流调速系统的工作原理。(2)分析电流环与速度环在直流调速系统中的作用。二、实验所需挂件及附件二、实验所需挂件及附件序号编号1.DJK01 电源控制屏备注该挂件包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2.DJK08 可调电阻、电容箱3.DJK09 单相调压与可调负载4.DJK17双闭环 H 桥DC/DC变换直流调速系统5.DD03-2 电机导轨测速发电机及转或 DD03-2 电机导轨、光码盘测速表速系统及数显转速表自备自备6.DJ13-1 直流

2、发电机7.DJ15 直流并励电动机8.D42三相可调电阻9.慢扫描示波器10.万用表三、实验线路及原理三、实验线路及原理252(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第1页(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第1页本实验系统原理框图如图 5-12 所示：图 5-12 双闭环 H 桥 DC/DC 变换直流调速系统原理框图(1)系统组成给定值Ug与速度反馈量Ufn叠加后经速度调节器ASR的PI调节作为电流环的给定输入，它与电流反馈量Ufi叠加后经电流调节器ACR的PI 调节向PWM调节器输出一控制电平 Uc，PWM 调制器产生一频率不变的

3、矩形脉冲波，其脉冲宽度即占空比将随 Uc值的变化而改变，其占空比可调范围0 1。此PWM脉冲经逻辑延时，功放、隔离等处理后，送到开关器件（IGBT 管）的栅极。外加直流电源 Us 经 H 全桥逆变电路输出一与占空比相对应的调制电压，经平波电抗器 Ld驱动直流电机 M，发电机 G 则作为电动机的负载，由同轴上的测速发电机取得速度反馈信号。电流反馈信号取自主电路的取样电阻 Rs 两端。(2)PWM 的生成原理在图5-12中，PWM调制器用于产生一路PWM脉冲波,它是由专用芯片TL494产生，其内部原理图如图 5-13 所示：253(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-

4、第2页(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第2页图 5-13 TL494 的内部原理图在本实验中，把 PWM 调制器接成图 5-14 所示：图 5-14 PWM 波形发生器外围接线图254(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第3页(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第3页上图中只利用了 TL494 的一组输出脉冲。只要控制 TL494 的输入端即“1”脚输入一电平,即可以在输出端“8”脚相应地得到占空比可调节的 PWM 脉冲,其中 PWM 脉冲的频率为 5.7KHz。(3)H 桥逆变电路结构原理H

5、桥 DC/DC 逆变电路的结构图如图 5-15 所示。图 5-15双闭环 H 桥 DC/DC 变换直流调速系统功能原理框图本实验系统的主电路采用单极性 PWM 控制方式，其中主电路由四个 IGBT管构成 H 桥，G1G4 分别由 PWM 产生电路产生后经过驱动电路放大，再送到IGBT 相应的栅极，用以控制 IGBT 管的通断。单极性的控制方式是这样进行控制的：在图5-15 中，左边两个管子的驱动脉冲UG1=-UG2，使VT1 和 VT2 交替导通；而右边两管 VT3、VT4 因电机的转向施加不同的直流控制信号。在电机正转时，VG4恒为正，VG3恒为负，使 VT4 常通，VT3 截止。在电机反转

6、时，VT4 截止而 VT3 常通。四个快恢复二极管 VD1VD4 用于逆变电路的续流。255(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第4页(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第4页其中电流调节器的电流反馈量是由主回路中的取样电阻 Rs 进行取样的。速度反馈量取自测速发电机输出的电压值。本实验系统可设定不同的给定量、速度反馈量及电流反馈量，以完成开环、电流单闭环、速度单闭环及双闭环的调速实验。由于给定量 Ug恒为正，因此速度反馈量必须为负值，在需用到速度闭环时必须检测测速发电机提供的输出电压的极性，将正端连接到面板T1端，负值端连接到面

7、板的 T2端(面板上左边的接线柱为 T1,右边的接线柱为 T2端)。面板上的转向选择开关改变，速度信号与 T1、T2端的连线也相应改变。四、实验内容四、实验内容(1)观测并记录在电机正、反转时，H 桥四个臂开关器件的不同控制逻辑。(2)观测并记录电枢回路电流 Id随给定电压 Ug、负载电阻 Rg改变的波形。(3)电机的正、反转机械特性 n=f（Id）的测定。(4)电机的正、反转控制特性 n=f（Ug）的测定。五、预习题五、预习题(1)在驱动脉冲形成过程中，为什么要加逻辑延时（死区），延时过长会影响那些指标？(2)H 桥变换器的单极式工作模式与双极式工作模式相比有哪些特点？(3)加大转速反馈深度

8、会对调速系统哪些指标产生影响？六、实验方法六、实验方法(1)电机在正、反转时 H 桥开关器件控制波形的观测：按系统原理图 1-1 连接线路。此时测速发电机输出暂不接入控制系统中。电流反馈量电位器调至零，使系统处于开环状态。闭合本调速系统的控制电源，再闭合提供的直流电源 Us。用示波器观测 TL494 输出的 PWM 脉冲，通过调节给定电压量调节电位器使输出脉冲占空比为=100%，用万用表测量此时的 Uc=Ucmax，并记录之。调节Ug至占空比约50%，用双踪示波器同时观测面板上驱动正脉冲G1-E1256(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第5页(完整word版)

9、实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第5页与负脉冲 G2-E2 的输出信号，适当调节示波器扫描时间使脉冲上升、下降沿关系清晰，并记录之。给定电压 Ug由最小值 0 逐渐上调使 Uc逐渐上升至 Ucmax，将此过程中G1-E1、G2-E2、G3-E3、G4-E4 的占空比变化过程填入下表：为了在实验中用双踪示波器测量 G1G4 的波形而不造成短路现象，因此G1G4 的波形是在光耦隔离器的输入端取出的，它只反映波形的占空比随输入控制电平及正反转控制的变化，并不能代表送到 IGBT 管的栅极的实际波形。本实验中，G1，G2 的波形是通过射极跟随输出的，它的峰值约为 4.4V，而送到 I

10、GBT 管的实际驱动波形的峰值为 15V。在实验中对这个现象能加以分析。(2)电枢回路电流波形的观测：重复步骤 1。为了观测电枢回路的电流波形，将图 5-12 电枢回路中 A 点处连线断开，串入 1/10W 固定电阻 R，将面板上的转向选择开关拨到“正转”，示波器探头接 R 两端，闭合直流电源。将 Ug逐渐调至 Uc=Ucmax，调节发电机的负载电阻 RG使 Id=Ied，慢慢减少Ug的值,观测电动机电枢回路电流 Id的变化，选典型波形记录之。调节给定电位器 Ug使 Uc由高电平快速下降,观测 Id的稳定过程。(3)系统开环机械特性的测定重复步骤（一）中的 1。257(完整word版)实验三十

11、三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第6页(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第6页逐渐增加给定电压 Ug使电机启动，升速；调节给定 Ug与负载电阻 RG使电动机 Id=Ied，n=1200rpm。其中 Ied指电机的额定电流。Ug不变，改变 RG使 Id逐渐下降，测出相应的转速 n 及电流平均值 Id，记录于下表：n(rpm)Id(A)(4)系统闭环特性的测定将电流反馈量调节电位器调到最高端。转向选择开关拨至“正向”，Ug0，电动机启动后，测量测速发电机输出电压，将高电位端接入速度反馈的 T1 端，低电位端接入 T2，以保证速度反馈为负值。闭环机械特性的

12、测定调节给定 Ug、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速 n=1200rpm，这时 Un=-0.9V，Ui=0.4V，Ug=1.89V。改变负载电阻 RG，将平均电流 Id及转速 n 记录于下表。调节给定 Ug、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速 n=1000rpm，这时 Un=-0.76V，Ui=0.33V，Ug=1.58V，改变负载电阻 RG，将相关 Id与 n 记录于下表。转速：电流：n（rpm）1200Id（A）n（rpm）1000Id（A）将转向选择开关为“反向”重复确定测速发电机电压的接入极性；再258(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第7页

13、(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第7页测定其闭环机械特性，如实验方法中的 4，并记录于上表。闭环控制特性的测定调节给定 Ug及负载电阻 RG，使系统稳定在 Id=Ied，n=1200rpm，逐渐降低 Ug，记录相关的 Ug与 n 于下表。正转n（rpm）Ug（V）反转n（rpm）Ug（V）动态波形的观测使电机稳定于 n=1200rpm，Ug不变；突加、突减负载（60%Id100Id）时的 id、n 波形。改变电流反馈量及转速反馈量，重复上述（1）的步骤。七、实验报告七、实验报告(1)按照实验方法 3 记录的波形描述导通臂与关断臂切断状态时的控制逻辑原则。(2)画出上述实验中记录的各工作特性曲线 n=f（zd），并比较它们的静差率。(3)画出闭环控制特性曲线 n=f（Ug）。八、注意事项八、注意事项(1)为保证系统在负反馈状态下运行，测速发电机输出电压极性与控制系统的连接必须正确。(2)在测量电枢电流时，应将转速开关拨到“正向”，以保证示波器“地”为低电位。(3)在 Ug下调，使电机减速时，应缓慢调节。259(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第8页(完整word版)实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)-第8页