电气传动仿真实训 报告

电气传动系统计算机仿真实训报告

简介

直流PWM-M调速系统近年来发展很快，直流PWM-M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大的优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。直流PWM-M调速系统与晶闸管调速系统的不同主要在变流主电路上，采用了脉宽调制方式，至于转速和电流的控制和晶闸管直流调速系统一样。

直流PWM-M调速系统的PWM变换器有可逆和不可逆两类，而可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种电路。本次实训我们组主要研究H型主电路双极式的PWM-M调速，并通过仿真分析工作过程。

原理

直流PWM-M调速系统的主要电路组成如图一所示，主电路由4个电力场效应晶体管VT1~4和4个续流二极管VD1~4成H型连接组成。当VT1和VT4导通时，有正向电流i1通过电动机M，电动机正转；当VT2和VT3导通时，有反向电流i2通过电动机M，电动机反转。VT1~VT4的驱动信号的调制原理如图二所示，在三角波与控制信号Uct相交时，分别产生驱动信号Ub1、Ub4和Ub2、Ub3。

图一：直流PWM-M系统主电路

图二：直流PWM调制

图一直流PWM-M系统主电路的仿真模型如图三所示。

图三：直流PWM-M系统仿真模型

图中H型变流器调用了多功能桥（Universal Bridge），其参数设为两相桥臂，AB在交流输出端，开关器件为MOSFET。多功能桥模块参数设ABC在交流输出端时本来是用于逆变，现在用于直流PWM变流时，其驱动电路需要另外设计。设计的双极式驱动控制电路如图四所示，图中输入端In1接脉宽调制信号Uct，输出端Out1输出4路MOSFET的驱动信号。脉宽调制由两个PWM发生器（PWM Generator）模块进行，其中上方的PWM发生器产生VT1和VT2的驱动信号，下方的PWM发生器产生VT3和VT4的驱动信号，为了使PWM发生器输出的驱动信号顺序与多功能桥的驱动顺序一致，模型中加入一个选择器模块（Selector），调整了脉冲序列。因为MOSFET有导通和关断时间，为了避免上下桥臂的两个管子同时导通和关断，造成桥臂的直通现象，需要有“死时”限制，我们采取的办法是使下方的PWM发生器输入的控制信号为[Uct+0.001]，即将下方的Uct略微抬高，使下方的PWM发生器输出信号变窄一些，这

样上下管子就不会同时导通和关断。这个PWM驱动信号发生电路经封装后即形成图三中的PWM的分支电路模块。

图四：双极式PWM驱动信号发生电路

在主电路模型中控制信号Uct通过互动开关与PWM分支电路模块连接，因此双击互动开关模块就可以选择控制信号Uct和-Uct。控制电动机正转或反转。

伺服电动机参数（如图五所示）：电枢电阻Ra=3.4Ω，电枢电感La=60.4mH，转动惯量J=0.014kg·㎡，励磁电压Uf=110V,励磁电流Ia=0.5A。仿真该系统在额定负载时的工作情况。

根据伺服电动机参数计算得伺服电动机励磁电阻Rf=220Ω，励磁电感Lf=0,Laf=0.797mH。将电动机参数输入电动机模块对话框。并通过常数模块输入额定负载转矩Tl=9.55*Ce*Ia=1.15N·m。

在直流PWM模型中，控制信号Uct的取值范围为0~1，Uct也就是双极性PWM的调制度ρ，当Uct=0.8时，PWM交流器的直流电源电压Us=Un/ρ=140V。

图五：伺服电动机参数

直流PWM模型按上述额定参数仿真的结果如下所示。

图六为变流器输出电压放大前的图像，图七为变流器输出电压放大后的一部分（0.01~0.0145s），电压波形呈良好的矩形波，如果不设一定的“死时”，由于上下桥臂管子的换流重叠现象，使输出电压呈梯形如图八所示。

图六：变流器输出电压Ud放大前

图七：变流器输出电压Ud放大后

图八:：不设“死时”时变流器输出电压Ud