升降压直流调速文献综述

1、本科生毕业论文（设计）专业文献综述题目:升压降压式直流脉宽调速系统设计姓名：蒋菲菲学院：工学院专业：农业电气化及自动化班级：电气101学号:32110128指导教师：陈士进职称：讲师2014 年2月28日南京农业大学教务处制升压降压式直流脉宽调速系统设计作者蒋菲菲 指导老师陈士进摘要：PWM控制修改器是能经济有效地采用中低压直流驱动，在始末控制上应用直 流逆变系统设计简单和自然换向运行可靠性的优点转换器。由于高的直流电压，产生大 于供电电源的峰值电压,交流-直流升压转换器特别适合作为前端电源在变速驱动系统 将其电源电压为可变的直流电路。在本文中，动态模型和稳态等效一个单相交流直流升 压转换器供

2、电的直流电动机PWM控制电路的方法与统一。目前，对转换器的输入输出 特性进行了讨论和验证，经过测量，计算和模拟结果很接近，证明该模型是非常充足和 准确。关键词：降压-升压式直流变换器；PWM发生器；直流电机The design of step-up step-down de pulse width speedcontrol systemAuthor Jiang fei fei Tutor Chen shi jinAbstract： PWMcontrolled rectifiers can efficiently and economically be employed in lowand me

3、dium power applications of dc drives and in front-end converters of rectifier-inverter systems while maintaining the advantages of design simplicity and operation reliability of naturally commutated schemes. Due to the high dc voltage that is produced which is greater than the peak voltage of the ut

4、ility supply, the ac -dc buck-boost converter is especially suited as a front-end power source in variable-speed drive systems to convert the utility supply voltage into a variable dc link voltage where a single-phase or a three-phase utilities power supply is available. In this paper, the dynamic m

5、odel and steady state equivalent circuit of a single-phase ac-dc buck-boost converter fed dc motor with uniform PWM control is presented. The waveforms of voltage and current, the input and output characteristics of the converter are discussed and verified. Measured, computed and simulated results a

6、re shown to be very close and the model is proved to be efficient and accurate1415Keywords: Buck-boost; ac-dc converter; Uniform PWM; dc motor引言:研究情况及发展前景近十年来，我国的电力拖动控制系统得到迅猛发展，并在现代控制理论基础 上，实现快速在线计算及对系统的优化处理1随着电子技术的进步，各类电气传动装置已由模拟控制转为数字控制。传统 的直流脉宽调速系统是利用电力电子元件的可控性能，采用脉宽调制技术， 将恒定的直流电压调制成可变化大小和极性的直流电压

7、作为电动机的电枢 端电压，实现系统的平滑调速。其变换电路为降压型(BUCK),所得到的电枢电 压的值小于或等于输人电压。而在车载系统中，负载为电压高,功率大的直流 电动机，而使用的蓄电池电压一般为12V,电压较低。升降压式直流脉宽调速 系统,使用脉宽调制技术进行控制，它的控制线路简单,所需元件少,开关频 率高，系统的损耗小,产生的谐波少，且能获得宽的调速范围。伴随技术改革， 直到出现直流脉宽调速系统。PWM系统在很多方面有较大优越性：1、电路线路简单，使用的功率器件少2、开关频率高，电流容易连续，谐波少，电流损耗及发热都比较小3、低速性能好，稳速精度高，调速范围宽4、若与快速响应的电动机配合，

8、则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能 力强5、功率开关工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗 不大，因而装置效率更高 6由于上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛目前我国的直流调速控 制主要在以下几个方面进行着研究1.提高调速的单机容量.我国现有最大单机容量比国外单机容量小的多。 2提高电力电子器件的生产水平，增加品种.3.提高控制单元水平.目前国内使用较多的仍然是小规模集成运放和组 件构成的调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的。目前，国外的第四代产品以微处理器为基础，具有控制、监视、保护、诊 断及复原等多种功能.近年来，各国学者正致力于无速度传感器控制系统的 研究，利

9、用监测定子电压、电流等容易测量的物理量进行速度估算，以取代 速度传感器，这种控制方式不需要监测硬件，也免去了传感器带来的环境适 应性、安装维护等麻烦，提高了系统的可靠性，降低了成本，引起了国内外 学者广泛的兴趣7。正文:一、主要成果目前，国外主要电气公司，如德国的西门子公司、日本的三菱公司、东 芝公司、美国的GE公司等，均已开发出全数字直流调速装置，有成熟的系 列化、模块化的产品供选用。随着现代控制理论的发展，国外在集散型计算 机控制系统方面已有定型成套装置。对复杂的电气化系统进行在线实时控 制，技术已过关，尤其使用单片机使控制更方便可靠，更容易调节参数。由 于直流电源供电方式的不断更新换代，

10、特别是在最近的十几年期问，进一 步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提咼，目前朝着咼速、大功率方 向发展。另外，由于绝缘技术和分析技术的进步，直流电动机已迅速向小型 轻量，低惯量方面发展肌随着各种技术的进步和研究的展开，诸多咼质量的直线电机产品和科研成 果纷纷出现。1985年，美国Ingersol铣床公司生产了采用永磁同步直线电机 的HVM600高速加工中心,最大进给速度达76.2m/min。而在1997年,汉诺威 12.EMO展览会上有20多家公司展出了直线电机传动装置，如德国Trumpf公 司的激光机床，法国Renault auto ma tion公司的加工中心等,展出的直线电 机最大速

11、度达150200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明，在高速度 机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电机。新型磁性材料和控制技术、冷 却方法的出现，为应用经济高速高动力直线电机创造了条件广11。二、发展趋势对于直流调速系统目前的发展方向是大型化和智能化。我国还很少有自主 的系列化的全数字控制直流调速装置商用。由于进口设备价格昂贵，于是给 出了国产全数字控制直流调速装置的发展空间。本课题正是应这样的需求而 产生。此外，由于计算机控制技术的发展，实时运行的图形功能比较强，对 控制过程的参数和状态可以有更直观的了解，便于对系统进行在线监控和管 理。三、存在问题在我国，由模拟量元件组成的PWM闭环

12、控制系统的设计、研制与应用已有 一定数量成功的实例。由PWM系统配合宽调速直流伺服电机能获得最宽的调 速范围，较好的动态性能。PWM系统对普通直流电机也有较强的适应能力，调 试简便，也能获得优于晶闸管系统的调速性能。如武汉重型机床研究所研制 的JMT 一30系统的可靠性较高，能适应电机频繁地起动,在允许电流范围内， 即使电机经常堵转，也不会损坏装置,它具有多种保护功能，在出现意外事故 时能紧急停车，严重事故时切断电源。但是，这种系统在我国毕竟仍在成长阶 段，为使它进一步发展完善，还有不少待研究的课题。应该进一步扩大晶体管PWM系统的容量，使之能达到3040kw,大功率晶 体管组件的出现，使之成

13、为可能。还要使产品系列化，功率组件及控制组件标 准化,使它变成正式工业产品。目前应用范围仅在机床、军工设备上，还可向冶金及其他行业推 广。研究功率管工作状态检测电路,使它保证在开关状态下安全工作。研究减 少功率管开关损耗的电路。现有电路有的较为复杂即，最好能研究出较为简 单而效果又是够显著的电路。PWM系统最易出现的严重问题是功率管的二次击穿与短路烧毁，应研究合 理的接线方法，恰当的保护方式以及其参数计算方法。PWM系统能使电动机在极低转速下运行，例如o.lrPln,即1。分钟才转一 圈，这时转子在不同位置均应是均匀转动成为突出问题。研究在这种运行状 态下,影响转速均匀性的各种因素以及改善方法

14、，是个迫切的问题。PWM系统与晶闸管系统仅在调制放大器不同，它们是十分相似的，用现代 控制理论解决快速动态响应及实现无超调量等问题在这里也是适用的。在二 次型性能指标最优控制上已有南京工学院作了有益的工作191。另外，在观 测器应用，自适应控制及锁相控制等方面均是有许多工作可作的。功率场效应管的应用也是很有前途的。它作为电压控制型器件，触发电路 非常简单，只需很小的驱动功率。由于它是多数载流子导电的器件，没有固有 的开关延迟时间和少数载流子的存贮效应，其工作频率可高达几百kH:。此外 它承受浪涌电流的能力比同等级的功率晶体管强，且容易韭联，可广泛应用 于高频开关电源和高频斩波调速装置，可使磁性

15、元件和池波元件的体积减小, 重量减轻，电源的脉动量降低。从PWM调制放大器本身来说，它是具有继电特性的本质非线性元件，因而 严格说，直流脉宽调速系统是一种典型的非线性控制系统。为了使这种非线 性系统有良好的工作特性，需对由非线性特性引起的一些特殊问题，如自激 振荡、线性化的条件等进行深一步的研究。利用橄机控制来实现PWM调速闭环控制系统与开环控制系统相比，具有 精度高、动态性能好，抗干扰能力强，系统具有纠正偏差的能力等优点， 但是在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。因此采用 转速电流双闭环直流调速系统来获得优良静、动态调速特性。它的缺点是结 构复杂包含元件多，维修困系统失稳而

16、无法正常工作。目前我国的直流调 速控制主要在以下几个方面进行着研究1.提高调速的单机容量.我国现有最大单机容量比国外单机容量小的多。2提高电力电子器件的生产水平，增加品种.3.提高控制单元水平.目前国内使用较多的仍然是小规模集成运放和组 件构成的调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的。目前，国外的第四代产品以微处理器为基础，具有控制、监视、保护、诊 断及复原等多种功能Ml 结论：在我国，由模拟量元件组成的PWM闭环控制系统的设计、研制与应用已有一 定数量成功的实例。由PWM系统配合宽调速直流伺服电机能获得最宽的调速 范围，较好的动态性能。PWM系统对普通直流电机也有较强的适应能力，调试 简便

17、，也能获得优于晶闸管系统的调速性能。动态模型和稳态等效一个单相 交流直流升压转换器供电的直流电动机PWM控制电路的方法与统一。随着技 术的发展，PWM直流脉宽调速系统的发展非常重要，建立相应的模型是非常 必要。参考文献1陈伯时电力拖动自动控制系统M.机械工业出版社,2000,(9).2王兆安.电力电子技术M.机械工业出版社2010，(6).3徐科军一种基于SG3525的可逆直流脉宽调速J.通讯电源技术，2006，(4).4周渊深交直流调速系统与MATLAB仿真J.中国电力出版社，2003.5张玉峰，刘海宽,王树臣.PWM直流调速系统研究J.沈阳工业大学学报，2001, (6).6蔡金萍，基于P

18、WM的直流调速器的研究J.武汉理工大学，2008, (3).7刘刚利，全数字化双闭环可逆直流PWM调速系统研究J.电子科技大学，2005.8康凯，基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统的实现J.中国矿业大学计算机学 院计算机系，2010.9高美霞，黄小芹直流PWM调速系统研究J.包头钢铁学院学报，2000, (4).10彭燕，基于MATLAB/SIMLINK的直流脉宽调速系统研究J.河南科技，2013.11焦玉朋，基于51单片机的直流电机调速系统J.内蒙古大学，2013.朱世钊，电机调速系统的最优PID控制参数方法J.桂林电子科技大学学报，2008. 陈艺，大功率直流电机的调速系统的研究与设计J.大连海事大学，2008.Guoliang Zhong,Liangzhong Jiang.