直流PWM调速系统原理及特性实验报告

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1、直流PWM调速系统原理及特性实验一、实验目的通过实验掌握双极性直流PWM调速系统的组成、原理及特性；二、预习要求1复习双极式直流PWM调速系统原理及特性。2回答下列问题：（1）直流PWM放大器在直流PWM调速系统中的作用是什么？答：用脉宽调制的方法，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。（2） 调节直流电机的速度主要有哪几种方法？ 答：由公式可知：其中n为电机转速，U为电枢电压，I为电枢电流，R为电枢回路总电阻，为励磁磁通，Ke为电动势常数。因此，调速方法有以下几种：1）调节电枢供电电压U2）减弱励磁磁通3）改变电枢回路总电

2、阻R(3) 调速系统的性能指标主要有哪些？ 答：A. 稳态指标。1）调速范围D：生产机械要求电动机能达到的最高转速和最低转速之比。2）静差率S：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所对应的转速降落与理想空载转速之比。B. 动态指标。（a）跟随性能指标：在给定信号（或称参考输入信号）R（t）的作用下，系统输出量C（t）的变化情况用跟随性能指标来描述。跟随性能指标包括上升时间、超调量、调节时间等指标。（b）抗扰性能指标：控制系统在稳态运行中，如果受到外部扰动（如负载变化、电网电压波动），就会引起输出量的变化。输出量变化多少？经过多长时间能恢复稳定运行？这些问题反映了系统抵抗扰动的

3、能力。抗扰性能指标包括最大动态变化量和恢复时间等指标。三、实验仪器及设备 1三相调压器一台2交流电机+直流电机机组一套3双线示波器一台4实验与开发平台一套5转速表一只四、实验内容及步骤 1. 断开总电源开关，检查实验设备的连接线。2. 合上总电源开关，压合“控制电源”键，控制电源指示灯亮。3. 选择操作及测试面板上相关按键的状态：设置“主控微机”键为“MCU”状态、设置“给定方式”键为“数字”状态（若希望由上位计算机发出命令）或“模拟”状态（若给定由面板上模拟电位器设置）、“运行模式”键此时不起作用、设置“电机选择”键为“DM”状态、设置“运行状态”键为“停止”状态。4. 接通计算机电源，运行

4、监控软件并进入主菜单。运行控制程序，在上位机监控软件的“参数”菜单栏中，将速度调节器的比例系数调整为0.7、积分系数调整为0.004。逆时针旋转三相调压器手柄以保证调压器输出为零，继而合上“主电源”按键，然后将“运行状态”键设置为“运行”状态。注意：任何时候在压合“主电源”键之前请务必先将三相调压器输出电压调至0伏，否则有可能烧坏功率管。顺时针旋转三相调压器手柄使直流母线电压达到期望值（观察操作及测试面板上的电压表指示，以200-250伏为宜）。监控软件进入主菜单“速度”下的“给定”项，输入一速度给定值（容许范围-1000rpm1000rpm，例如可取1000rpm、500rpm、10rpm等

5、典型的高、中、低速度指令），电机开始转动。（注意若电机“飞车”，表明系统被连成了速度正反馈，此时需要交换直流电机电枢两端的连线或者交换直流电机励磁两端的连线）。退出“给定”选项，选择 “速度”菜单下的“显示”项，。图中左边图形框用来显示转速过渡过程曲线，右边文字框用来输入图形坐标参数。电流标定指图形中能显示的电流最大值（一般设置为1015），速度标定指图形中能显示的速度最大值（一般设置为速度给定量的1.5倍）；逐项输入相应参数，图形框将显示电动机启动时的过渡过程曲线。请记录这些响应曲线，并根据所显示的曲线估算速度超调量、上升时间和稳态误差为5%时的过渡过程时间。在电机运行于某一稳定转速情况下，

6、输入速度给定值为“0”，电机将停止转动，在速度“显示”菜单下可观察到系统的制动过程，请记录制动时间及制动波形。五、实验结果图1 转速=50rpm，起动过程过渡曲线图2 转速=50 rpm，制动过程过渡曲线 图3 转速=300 rpm，起动过程过渡曲线 图4 转速=300 rpm，制动过程过渡曲线 图5 转速=500 rpm，起动过程过渡曲图6 转速=500 rpm，制动过程过渡曲线 图7 转速=1000 rpm，起动过程过渡曲线 图8 转速=1000 rpm，制动过程过渡曲线六、实验数据分析：由实验结果可知，该调速系统在P=0.7，I=0.004参数下，高速时，调节性能好，低速时，有可能出现振

7、荡如n=50rpm启动时。七、实验总结1.操作时仔细小心，安全第一八、实验报告要求1、 分析死区时间对PWM放大器线性放大关系的影响。答：直流PWM放大器的原理如图9所示。图9 直流PWM放大器原理图图中每个桥的上半桥和下半桥是是绝对不能同时导通的，但高速的PWM驱动信号在达到功率元件的控制极时，往往会由于各种各样的原因产生延迟的效果，造成某个半桥元件在应该关断时没有关断，造成功率元件烧毁。死区时间就是在上半桥关断后，延迟一段时间再打开下半桥或在下半桥关断后，延迟一段时间再打开上半桥，从而避免功率元件烧毁。这段延迟时间就是死区时间。在这个时间，上下管都不会有输出，当然会使电压波形输出中断，所以

8、死区时间的存在增大了PWM线性放大器的非线性失真度，使得PWM线性放大器对输出电压的无级连续调节产生一定的影响。但是死区时间一般只占百分之几的周期，所以死区时间会影响输出电压的纹波，对输出电压起不到决定性作用的。2、 PWM放大器输出电压（即电机电枢两端电压）的极性由什么决定？答：由PWM的占空比决定。占空比小于50%，电动机反转；占空比为50%，电动机停止；占空比大于50%，电动机正转。3、 参考操作及测试面板上绘制的系统控制原理图，详细画出这种双极式直流PWM调速系统的工作原理框图，深入分析其工作原理。答： 图10 双闭环直流PWM调速系统原理方框图图10是由双极式PWM脉宽调制放大器供电的直流脉宽调速系统原理方框图，它由速度环和电流环按一环套一环嵌套结构组成，它是一个串级调节系统。其中TA 和TG分别为电流传感器和速度传感器，它们用来检测电机的电枢电流和实际转速。九、实验总结通过实验我掌握双极性直流PWM调速系统的组成、原理及特性；这个实验由于设备问题常常做到一半 电脑关机 又要重新开始做，而且此实验的实验步骤顺序很容易弄错，所以做这个实验要非常的耐心和细心，通过这次实验培养了我做事的严谨性。