某軋機(jī)直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、某軋機(jī)直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要4第一章 緒 論5第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定62.1系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)要求62.2直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇72.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性10第三章 主電路的設(shè)計(jì)與分析113.1主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.2 整流電路163.3 勵(lì)磁回路的選擇173.4 晶閘管的觸發(fā)電路193.5 kj004的工作原理213.6 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)23第四章 pwm控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)254.1 pwm信號(hào)發(fā)生器254.2 sg3525引腳各端子功能27第五章 主電路元部件及參數(shù)計(jì)算325.1 整流變壓器容量計(jì)算325.2 igbt管的參數(shù)335.3 三相全控橋整流

2、二極管選擇345.4 濾波電容c1的選擇34第六章 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)346.1 igbt的保護(hù)設(shè)計(jì)346.2 主電路過(guò)電流保護(hù)電路366.3過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)366.4過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)396.5斬波器的散熱設(shè)計(jì)41第七章 勵(lì)磁回路元件計(jì)算和選擇42 7.1 變壓器的選擇427.2 整流元件晶閘管的選型46 第八章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)478.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)478.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)51心得體會(huì)57參考文獻(xiàn)58摘 要直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。晶閘管問(wèn)世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系

3、統(tǒng)（簡(jiǎn)稱v-m系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。本文首先明確了設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，在了解了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理后依次對(duì)晶閘管相控整流調(diào)速系統(tǒng)的主電路，保護(hù)電路，檢測(cè)電路和觸發(fā)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且計(jì)算了相關(guān)參數(shù)。目前,市場(chǎng)上用的最多的igbt直流斬波器,它是屬于全控型斬波器，它的主導(dǎo)器件采用國(guó)際上先進(jìn)的電力電子器件igbt，由門極電壓控制，從根本上克服了晶閘管斬波器及gtr 斬波器的缺點(diǎn)。該斬波器既能為煤礦窄軌電機(jī)車配套的調(diào)速裝置，針對(duì)不同的負(fù)載對(duì)象，做一些少量的改動(dòng)又可用于其它要求

4、供 電電壓可調(diào)的直流負(fù)載上。與可控硅脈沖調(diào)速方式和電阻調(diào)速方式相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：雙閉環(huán)控制 單項(xiàng)全控橋 三相橋式 igbt第一章 緒 論 許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)性能。而直流電調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣，靜差率小，穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采

5、用轉(zhuǎn)速反饋和pi調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)性能速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的。但它只在超過(guò)臨界電流值以后強(qiáng)烈的復(fù)返快作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流的限制條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力。最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后又讓電流立

6、即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行。這是，起動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能的得到的最快起動(dòng)過(guò)程。 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和時(shí)間上都比較成熟，并且從閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它有是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生活中有舉足輕重的作用。另一方面，需要指出的是電氣傳動(dòng)與自動(dòng)控制有著密切的關(guān)系，調(diào)速傳動(dòng)的控制裝置主要是各種電力電子變流器，它為電動(dòng)機(jī)提供可控的直流電流，并成為弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的媒介。本設(shè)計(jì)報(bào)告首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)形式。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，重在對(duì)電

7、路及各元件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器，整流元件，保護(hù)電路以及電流轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定2.1系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 采用轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路采用三相全控橋不可逆系統(tǒng)。勵(lì)磁回路采用三相橋式晶閘管變流裝置供電，構(gòu)成勵(lì)磁電流閉環(huán)系統(tǒng)控制。技術(shù)數(shù)據(jù)：（1） 直流電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)：電動(dòng)機(jī)型號(hào)：z2-62, 220v，69.5a，1500rpm，允許過(guò)載倍數(shù)，電樞回路電阻，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（2） 要求達(dá)到的性能指標(biāo)：，電流超調(diào)量，轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，且空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。2.2直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 2.2.1直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 直流電機(jī)由定

8、子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。換向器是一種機(jī)械整流部件。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整體。各換向片間互相絕緣。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可靠性有很大影響。 直流電機(jī)斬波調(diào)速原理是利用可控硅整流調(diào)壓來(lái)達(dá)直流電機(jī)調(diào)速

9、的目的，利用交流電相位延遲一定時(shí)間發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使可控硅導(dǎo)通即為斬波，斬波后的交流電經(jīng)電機(jī)濾波后其平均電壓隨斬波相位變化而變化。為了達(dá)到控制直流電機(jī)目的，在控制回路加入了速度、電壓、電流反饋環(huán)路和pid調(diào)節(jié)器來(lái)防止電機(jī)由于負(fù)載變化而引起的波動(dòng)和對(duì)電機(jī)速度、電壓、電流超常保護(hù)。 2.2.2調(diào)速方案選擇 隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法，其中pwm(脈寬調(diào)制)是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞(定子)電壓的接通和斷開的時(shí)間比(占空比)來(lái)控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，其速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可使電

10、機(jī)的速度達(dá)到并保持一穩(wěn)定值。最近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。 2.2.3調(diào)速電路方案 本電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制方式, 與晶閘管調(diào)速相比, 技術(shù)先進(jìn), 可減少對(duì)電源的污染。為使整個(gè)系統(tǒng)能正常安全地運(yùn)行, 設(shè)計(jì)了過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路, 另外還有過(guò)壓吸收電路。確保了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。 2.2.4控制方案選擇 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法兩類。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步, 發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。如: 由交流電源供電, 使用晶閘管進(jìn)行相控調(diào)壓; 使用硅整流器將交流電整流成直流或由蓄電池等

11、直流電源供電, 再由pwm 斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓等。pwm 驅(qū)動(dòng)裝置與傳統(tǒng)晶閘管驅(qū)動(dòng)裝置比較, 具有下列優(yōu)點(diǎn): 需用的大功率可控器件少, 線路簡(jiǎn)單; 調(diào)速范圍寬; 電流波形系數(shù)好, 附加損耗小; 功率因數(shù)高?？梢詮V泛應(yīng)用于現(xiàn)代直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中。本系統(tǒng)是基于pwm 控制的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。 此設(shè)計(jì)采用雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。圖2.1 轉(zhuǎn)速、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖2.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到idm時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣的飽和輸出uim，這時(shí)電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)

12、節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖2.2所示：圖2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能對(duì)于一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)要不斷處于起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及突加突減負(fù)載的過(guò)渡過(guò)程，此時(shí)，必須研究相關(guān)電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定性、快速性、動(dòng)態(tài)誤差等。這對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行是很有意義的。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)代表了系統(tǒng)發(fā)生過(guò)渡過(guò)程時(shí)的性能，動(dòng)態(tài)指標(biāo)分跟隨指標(biāo)和抗擾動(dòng)指標(biāo)。跟隨指標(biāo)與抗擾指標(biāo)都表征系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的性能，之所以要分別列出，是由于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，其跟隨指標(biāo)和抗擾動(dòng)指標(biāo)并不相同，不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)這兩類指標(biāo)的要

13、求也是不一樣的。此外，當(dāng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，總是希望最大超調(diào)和最大動(dòng)態(tài)速降小一點(diǎn)，振蕩次數(shù)少一些，調(diào)整時(shí)將及恢復(fù)時(shí)間短一點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)誤差小一點(diǎn)，即希望能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快。事實(shí)上，這些指標(biāo)要求，在同一系統(tǒng)中往往是相互矛盾的，因此需要具體對(duì)象所提出的要求，首先滿足主要方面的性能指標(biāo)要求，而適當(dāng)降低其他方面的指標(biāo)。直流系統(tǒng)中調(diào)速范圍d、靜差率s、和額定轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以作為最高轉(zhuǎn)速，若額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速降落為，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即：則最低轉(zhuǎn)速為：而調(diào)速范圍為：由上式可見，要求s值要求越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也

14、越小。第三章 主電路的設(shè)計(jì)與分析3.1 pwm變換器介紹脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱pwm變換器。pwm變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。下面分別對(duì)各種形式的pwm變換器做一下簡(jiǎn)單的介紹和分析。不可逆pwm變換器分為無(wú)制動(dòng)作用和有制動(dòng)作用兩種。圖3-1（a）所示為無(wú)制動(dòng)作用的簡(jiǎn)單不可逆pwm變換器主電路原理圖，其開關(guān)器件采用全控型的電力電子器件。電源電壓一般由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控整流電路提供。電容c的作用是濾波，二極管vd在電力晶體管vt關(guān)斷時(shí)為電動(dòng)機(jī)電樞回路提供釋放電儲(chǔ)能的續(xù)流回路。 圖3.1 簡(jiǎn)單的不可逆pwm變換器電路 （a）原

15、理圖 （b）電壓和電流波形圖電力晶體管vt的基極由頻率為f，其脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)開關(guān)周期t內(nèi)，當(dāng)error! no bookmark name given.時(shí)，為正，vt飽和導(dǎo)通，電源電壓通過(guò)vt加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，vt截止，電樞失去電源，經(jīng)二極管vd續(xù)流。電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為 ，式中，pwm電壓的占空比，又稱負(fù)載電壓系數(shù)。的變化范圍在01之間，改變，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 圖3-1（b）繪出了穩(wěn)態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞的脈沖端電壓、平均電壓和電樞電流的波型。由圖可見，電流是脈動(dòng)的，其平均值等于負(fù)載電流（負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 直流電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩電流比）。由于vt

16、在一個(gè)周期內(nèi)具有開關(guān)兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也分為兩階段，即在期間， ； 在期間，。式中，r，l電動(dòng)機(jī)電樞回路的總電阻和總電感；e電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。pwm調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率都較高，至少是14khz，因此電流的脈動(dòng)幅值不會(huì)很大，再影響到轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)e的波動(dòng)就更小，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)，視n和e為恒值。這種簡(jiǎn)單不可逆pwm電路中電動(dòng)機(jī)的電樞電流不能反向，因此系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)作用，只能做單向限運(yùn)行，這種電路又稱為“受限式”不可逆pwm電路。這種pwm調(diào)速系統(tǒng)，空載或輕載下可能出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能均差。 圖3.2 具有制動(dòng)作用的不可逆pwm變換電路圖3.2（a）所示為具有制動(dòng)作用的

17、不可逆pwm變換電路，該電路設(shè)置了兩個(gè)電力晶體管vt1和vt2，形成兩者交替開關(guān)的電路，提供了反向電流的通路。這種電路組成的pwm調(diào)速系統(tǒng)可在第i、ii兩個(gè)象限中運(yùn)行。vt1和vt2的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓大小相等，極性相反，即。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)平均電流就為正值，電流分為兩段變化。在期間，為正，vt1飽和導(dǎo)通；為負(fù)，vt2截止。此時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端，電流沿圖中的回路流通。在期間，和改變極性，vt1截止，原方向的電流沿回路2經(jīng)二極管vd2續(xù)流，在vd2兩端產(chǎn)生的壓降給vt2施加反壓，使vt2不可能導(dǎo)通。因此，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，一般情況下實(shí)際上是電力晶體管vt1和

18、續(xù)流二極管vd2交替導(dǎo)通，而vt2則始終不導(dǎo)通，其電壓、電流波型如圖3.2（b）所示，與圖2-1沒(méi)有vt2的情況完全一樣。如果電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行中要降低轉(zhuǎn)速，可將控制電壓減小，使的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓降低。但是由于慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)e來(lái)不及立刻變化，因而出現(xiàn)的情況。這時(shí)電力晶體管vt2能在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)中起作用。在期間，vt2在正的和反電動(dòng)勢(shì)e的作用下飽和導(dǎo)通，由e產(chǎn)生的反向電流沿回路3通過(guò)vt2流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)，一部分能量消耗在回路電阻上，一部分轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能存儲(chǔ)在回路電感中，直到t=t為止。在（也就是）期間，因變負(fù)，vt2截止，只能沿回路4經(jīng)二極管v

19、d1續(xù)流，對(duì)電源回饋制動(dòng)，同時(shí)在vd1上產(chǎn)生的壓降使vt1承受反壓而不能導(dǎo)通。在整個(gè)制動(dòng)狀態(tài)中，vt2和vd1輪流導(dǎo)通，vt1始終截止，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電壓和電流波型圖3-2（c）。反向電流的制動(dòng)作用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直到新的穩(wěn)態(tài)。這種電路構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)還存在一種特殊情況，即在電動(dòng)機(jī)的輕載電動(dòng)狀態(tài)中，負(fù)載電流很小，在vt1關(guān)斷后（即期間）沿回路2徑vd2的續(xù)流電流很快衰減到零，如在圖2-2（d）中的期間的時(shí)刻。這時(shí)vd2兩端的壓降也降為零，而此時(shí)由于為正，使vt2得以導(dǎo)通，反電動(dòng)勢(shì)e經(jīng)vt2沿回路3流過(guò)反向電流，產(chǎn)生局部時(shí)間的能耗制動(dòng)作用。到了期間，vt2關(guān)斷，又沿回路4經(jīng)vd1續(xù)流，

20、到時(shí)衰減到零，vt1在作用下因不存在而反壓而導(dǎo)通，電樞電流再次改變方向?yàn)檠鼗芈方?jīng)vt1流通。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，vt1、vd1、vt2、vd1四個(gè)電力電子開關(guān)器件輪流導(dǎo)通，其電流波形示圖3-2（d）。綜上所述，具有制動(dòng)作用的不可逆pwm變換器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)電樞回路中的電流始終是連續(xù)的；而且，由于電流可以反向，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)二象限運(yùn)行，有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能。由具有制動(dòng)作用的不可逆pwm變換器構(gòu)成的直流調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)有兩種過(guò)兩種狀態(tài)下電流的方向相反，即在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)為3.2 整流電路 三相橋式不可控整流電路及波形如圖3-3所示。三相橋式不可控整流電路可以看為兩個(gè)三相半波不可控整流電路的組合，其

21、中vd1、vd3、vd5為三個(gè)共陰極二極管的三相半波整流電路，負(fù)載r兩端的電壓，三個(gè)共陽(yáng)極的二極管vd4、vd6、vd2的陰極分別接至交流電源a、b、c。它們的共陽(yáng)極端n至負(fù)載電阻r的負(fù)端，r2昀正端接交流電源的中點(diǎn)0點(diǎn)。由于電流總是從高電位流向低電位，負(fù)載r2和vd4流至a點(diǎn)，負(fù)載電壓uon-uoa-t/a;在cot6cot8期間，ub最低，電流從o點(diǎn)經(jīng)負(fù)載r2和vd6流至b點(diǎn)，因此，負(fù)載上的整流電壓為線電壓，哪兩相的線電壓瞬時(shí)值最大時(shí)，哪兩相的二極管就導(dǎo)通，整流電流從相電壓瞬時(shí)值最高的那一端流出至負(fù)載，再回到相電壓瞬時(shí)值最低的那一相。在一個(gè)交流電源周期2n期間，三相橋式不可控整流電路的輸出

22、電壓波形由六個(gè)形狀相同的電壓波段組成，其輸出電壓最大值為線電壓的幅值，輸出的紋波較三相半波不可控整流時(shí)要小。其輸出電壓的平均值為三相半波不可控整流電路輸出電壓平均值的兩倍。 圖3.3 三相橋式不可控整流電路及波形3.3 勵(lì)磁回路的選擇本設(shè)計(jì)勵(lì)磁電路采用三相橋式晶閘管變流裝置供電，構(gòu)成勵(lì)磁電流閉環(huán)控制。圖3.5三相橋式晶閘管變流裝置 三相全控橋整流電路實(shí)際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽(yáng)極組串聯(lián)電路。三相全控橋式整流電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)共陰極組和共陽(yáng)極組同時(shí)進(jìn)行控制，控制角都是在一個(gè)周期內(nèi)6個(gè)晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：。6個(gè)觸發(fā)脈沖相依次相差為了構(gòu)成一個(gè)完整的電流回路，要求兩

23、個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè)在共陽(yáng)極組，另一個(gè)在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴(yán)格俺編號(hào)輪流導(dǎo)通，其中晶閘管與按a相，晶閘管與按b相，晶閘管與按c相，晶閘管接成共陽(yáng)極組和共陰極組。在電路控制下，只有接在電路共陽(yáng)極組中點(diǎn)位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陰極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的回路。如圖3.5所示。 由于電網(wǎng)電壓與工作電壓（）常常不一致，故在主電路前端需配置一個(gè)整流變壓器，以得到與負(fù)載匹配的電壓，同時(shí)把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可以起到降低或減少晶閘管變流裝置對(duì)電網(wǎng)和電其他設(shè)備的干擾。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過(guò)其所承受的電壓電流的侵害，電路中

24、加入了過(guò)電壓，過(guò)電流保護(hù)裝置。3.4 晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在學(xué)要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求： （1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60或采用相隔60的雙窄脈沖。 （2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流35倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)12aus。 （3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特

25、性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 （4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。在本設(shè)計(jì)中最主要的是第1、2條。理想的觸發(fā)脈沖電流波形如圖3.6。圖3.6 理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形-脈沖前沿上升時(shí)間（）-強(qiáng)脈沖寬度 -強(qiáng)脈沖幅值（）-脈沖寬度 -脈沖平頂幅值（）常用的晶閘管觸發(fā)電路如圖3.7。它由v1、v2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器tm及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當(dāng)v1、v2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出出發(fā)脈沖。vd1和r3是為了v1、v2由導(dǎo)通變?yōu)橹苯貢r(shí)脈沖變壓器tm釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它的電

26、路環(huán)節(jié)。圖3.7 觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路類型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對(duì)來(lái)說(shuō)電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)不采用。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，所以本設(shè)計(jì)采用的是集成觸發(fā)器，選擇目前國(guó)內(nèi)常用的kj、kc系例，本設(shè)計(jì)采用kj004集成塊和kj041集成塊。對(duì)于三相全控整流或調(diào)壓電路，要求順序輸出的觸發(fā)脈沖依次間隔60。本設(shè)計(jì)采用三相同步絕對(duì)式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號(hào)的上升沿和下降沿，形成兩個(gè)同步點(diǎn)，分別發(fā)出兩個(gè)相位互差180的觸發(fā)脈沖。然后由分屬三相的此種電路組成脈沖形成單元輸出6路脈沖，再

27、經(jīng)補(bǔ)脈沖形成及分配單元形成補(bǔ)脈沖并按順序輸出6路脈沖。本設(shè)計(jì)課題是三相全三相全控橋整流電路中有六個(gè)晶閘管，觸發(fā)順序依次為：vt1vt2vt3vt4vt5vt6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60o，可以選用3個(gè)kj004集成塊和一個(gè)kj041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖3.8。圖3.8 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路 圖3.9 kj004的電路原理圖3.5 kj004的工作原理如圖3.9 kj004的電路原理圖所示，點(diǎn)劃框內(nèi)為kj004的集成電路部分，它與分立元件的同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路相似

28、。v1v4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓us經(jīng)限流電阻r20加到v1、v2基極。在us的正半周，v1導(dǎo)通，電流途徑為(+15vr3vd1v1地)；在us負(fù)半周，v2、v3導(dǎo)通，電流途徑為(+15vr3vd2v3r5r21(15v)。因此，在正、負(fù)半周期間。v4基本上處于截止?fàn)顟B(tài)。只有在同步電壓|us|0.7v時(shí)，v1v3截止，v4從電源十15v經(jīng)r3、r4取得基極電流才能導(dǎo)通。電容c1接在v5的基極和集電極之間，組成電容負(fù)反饋的鋸齒波發(fā)生器。在v4導(dǎo)通時(shí)，c1經(jīng)v4、vd3迅速放電。當(dāng)v4截止時(shí)，電流經(jīng)(+15vr6c1r22rp1(15v)對(duì)c1充電，形成線性增長(zhǎng)的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過(guò)r

29、22、rp1的充電電流和電容c1的大小。根據(jù)v4導(dǎo)通的情況可知，在同步電壓正、負(fù)半周均有相同的鋸齒波產(chǎn)生，并且兩者有固定的相位關(guān)系。v6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)。鋸齒波電壓uc5、偏移電壓ub、移相控制電壓uc分別經(jīng)r24、r23、r26在v6基極上疊加。當(dāng)ube6+0.7v時(shí)，v6導(dǎo)通。設(shè)uc5、ub為定值，改變uc，則改變了v6導(dǎo)通的時(shí)刻，從而調(diào)節(jié)脈沖的相位。v7等組成了脈沖形成環(huán)節(jié)。v7經(jīng)電阻r25獲得基極電流而導(dǎo)通，電容c2由電源+15v經(jīng)電阻r7、vd5、v7基射結(jié)充電。當(dāng) v6由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí)，c2所充電壓通過(guò) v6成為 v7基極反向偏壓，使v7截止。此后c2經(jīng) （+15vr25v6

30、地）放電并反向充電，當(dāng)其充電電壓uc2+1.4v時(shí)，v7又恢復(fù)導(dǎo)通。這樣，在v7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由充電時(shí)間常數(shù)r25和c2決定。v8、v12為脈沖分選環(huán)節(jié)。在同步電壓一個(gè)周期內(nèi)，v7集電極輸出兩個(gè)相位差為180的脈沖。脈沖分選通過(guò)同步電壓的正負(fù)半周進(jìn)行。如在us正半周v1導(dǎo)通，v8截止，v12導(dǎo)通，v12把來(lái)自v7的正脈沖箝位在零電位。同時(shí)，v7正脈沖又通過(guò)二極管vd7，經(jīng)v9v11放大后輸出脈沖。在同步電壓負(fù)半周，情況剛好相反，v8導(dǎo)通，v12截止，v7正脈沖經(jīng) v13v15放大后輸出負(fù)相脈沖。說(shuō)明：1) kj004中穩(wěn)壓管vs6vs9可提高v8、v9、v12、v13的

31、門限電壓，從而提高了電路的抗干擾能力。二極管vd1、vd2、vd6vd8為隔離二極管。2) 采用kj004元件組裝的六脈沖觸發(fā)電路，二極管vd1vd12組成六個(gè)或門形成六路脈沖，并由三極管v1v6進(jìn)行脈沖功率放大。3) 由于 v8、v12的脈沖分選作用，使得同步電壓在一周內(nèi)有兩個(gè)相位上相差 的脈沖產(chǎn)生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，需要六個(gè)與主電路同相的同步電壓。因此主變壓器接成d，yn11及同步變壓器也接成d，yn11情況下，集成觸發(fā)電路的同步電壓usa、usb、usc分別與同步變壓器的usa、usb、usc相接 rp1rp3為鋸齒波斜率電位器，rp4rp6為同步相位3.6 脈沖變壓

32、器的設(shè)計(jì)本方案的雙脈沖電路是采用性能價(jià)格比優(yōu)越的、每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)相隔60的脈沖的電路。如圖3.10中兩個(gè)晶閘管構(gòu)成一個(gè)“或”門。當(dāng)v5 、v6都導(dǎo)通時(shí)，uc5 約為-15v，使截止，沒(méi)有脈沖輸出，但只要中有v5、v6中一個(gè)截止就使得變?yōu)檎妷海沟胿7 、v8導(dǎo)通就有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)控制的v5或v6截止（前后間隔60），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖了。其中vd4和r17的作用，主要是防止雙窄脈沖信號(hào)相互干擾。此觸發(fā)脈沖環(huán)節(jié)的接線方式為：以vt1器件的觸發(fā)單元而言，圖3.10電路中的y端應(yīng)該接vt2器件觸發(fā)單元的x端，因?yàn)関t2器件的第一個(gè)脈沖比vt1器件的第一個(gè)

33、脈沖滯后60。所以當(dāng)vt2觸發(fā)單元的v4由截止變導(dǎo)通時(shí)，本身輸出一個(gè)脈沖，同時(shí)使vt1器件觸發(fā)單元v6的管截止，給vt1器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。同理，vt1器件觸發(fā)單元的x端應(yīng)接vt6器件觸發(fā)單元的y端。依次類推，可以確定六個(gè)器件相應(yīng)觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線。圖3.10同步型號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路圖3.10中脈沖變壓器tp主要用于完成觸發(fā)脈沖信號(hào)的電流放大，解決觸發(fā)電路與晶閘管控制極電路之間的阻抗匹配，并實(shí)現(xiàn)弱電回路（觸發(fā)回路）和強(qiáng)電回路（晶閘管主電路）之間的電隔離。如圖可以得出tp脈沖變壓器的一次側(cè)電壓u1 強(qiáng)觸發(fā)電壓50v弱觸發(fā)電壓15v。取變壓器的變比k=5，脈沖寬度，脈沖變壓器的磁

34、鐵材料選擇dr320。查閱資料可得鐵心材料的飽和磁密， 飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 ，剩磁磁密 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟為：（1）確定變壓器的二次側(cè)的強(qiáng)電壓 （5-1） 確定變壓器的二次側(cè)的強(qiáng)電壓 （5-2）（2）確定空載勵(lì)磁電流 （5-3）式中，為一般取晶閘管最大觸發(fā)電流的兩倍。（3）計(jì)算脈沖磁導(dǎo)率，選定鐵心材料。 第四章 pwm控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)4.1 pwm信號(hào)發(fā)生器pwm信號(hào)發(fā)生器以集成可調(diào)脈寬調(diào)制器sg3525為核心構(gòu)成，他把產(chǎn)生的電壓信號(hào)送給兩個(gè)igbt。通過(guò)改變電力晶體管基極控制電壓的占空比，而達(dá)到調(diào)速的目的。其控制電路如圖4.1所示. 圖4.1 pwm控制電路sg3525芯片的主要特點(diǎn)sg35

35、25 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成pwm控制芯片，它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、pwm鎖存器，有過(guò)流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。 sg3525為美國(guó)silicon general公司生產(chǎn)的專用pwm控制集成電路，如圖4.2所示。 圖4.2 sg3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)ur的大小，在a、b兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相等、相位相互錯(cuò)開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即pwm信號(hào)）。它適用于

36、各開關(guān)電源、斬波器的控制。 輸出級(jí)采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比0-50%可調(diào).每一通道的驅(qū)動(dòng)電流最大值可達(dá)200ma,灌拉電流峰值可達(dá)500ma?？芍苯域?qū)動(dòng)功率mos管，工作頻率高達(dá)400khz，具有欠壓鎖定、過(guò)壓保護(hù)和軟啟動(dòng)振蕩器外部同步、死區(qū)時(shí)間可調(diào)、pwm瑣存、禁止多脈沖、逐個(gè)脈沖關(guān)斷等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、pwm比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，軟啟動(dòng)及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0-700c。基準(zhǔn)電壓為5.1 v士1%，工作電壓范圍很寬，為8v到35v.4.2 sg3525引腳各端子功能 sg3525采用16端雙列直插dip封裝，各端子

37、功能介紹如下:1腳:inv. input(反相輸入端):誤差放大器的反相輸入端，該誤差放大器的增益標(biāo)稱值為80db，其大小由反饋或輸出負(fù)載來(lái)決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容元件的組合。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5v-5. 2v。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。負(fù)反饋控制時(shí)，將電源輸出電壓分壓后與基準(zhǔn)電壓相比較。2腳:ni. input (同相輸入端):此端通常接到基準(zhǔn)電壓16腳的分壓電阻上，取得2. 5v的基準(zhǔn)比較電壓與inv. input端的取樣電壓相比較。3腳:sync(同步端):為外同步用。需要多個(gè)芯片同步工作時(shí)，每個(gè)芯片有各自的震蕩頻率，可

38、以分別他們的4腳和3腳相連，這時(shí)所有芯片的工作頻率以最快的芯片工作頻率同步。也可以使單個(gè)芯片以外部時(shí)鐘頻率工作。4腳:osc. output(同步輸出端):同步脈沖輸出。作為多個(gè)芯片同步工作時(shí)使用。但幾個(gè)芯片的工作頻率不能相差太大，同步脈沖頻率應(yīng)比震蕩頻率低一些。如不需多個(gè)芯片同步工作時(shí)，3腳和4腳懸空。4腳輸出頻率為輸出脈沖頻率的2倍。輸出鋸齒波電壓范圍為0. 6v到3. 5v.5腳:cr(震蕩電容端):震蕩電容一端接至5腳，另一端直接接至地端。其取值范圍為0.001,u f到0. 1 u f。正常工作時(shí)，在cr兩端可以得到一個(gè)從0.6v到3. 5v變化的鋸齒波。6腳:rr(震蕩電阻端):震

39、蕩電阻一端接至6腳，另一端直接接至地端。rr的阻值決定了內(nèi)部恒流值對(duì)cr充電。其取值范圍為2k歐到150k歐 rr和cr越大充電時(shí)間越長(zhǎng)，反之則充電時(shí)間短。7腳:dischatge rd(放電端):cr的放電由5. 7兩端的死區(qū)電阻決定。把充電和放電回路分開，有利與通過(guò)死區(qū)電阻來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍更寬。其取值范圍為0歐到500歐。放電電阻rd和ct越大放電時(shí)間越長(zhǎng)，反之則放電時(shí)間短。8腳:softstatr(軟啟動(dòng)):比較器的反相端即軟啟動(dòng)器控制端8,端8可外接軟啟動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部vf的50ua恒流源充電。9腳:compensation(補(bǔ)償端):在誤差放大器輸出端9腳與誤差

40、放大器反相輸入端1腳間接電阻與電容，構(gòu)成pi調(diào)節(jié)器，補(bǔ)償系統(tǒng)的幅頻、相頻響應(yīng)特性。補(bǔ)償端工作電壓范圍為1. 5v到5. 2v.10腳:shutdown(關(guān)斷端):10端為pwm鎖存器的一個(gè)輸入端，一般在10端接入過(guò)流檢測(cè)信號(hào)。過(guò)流檢測(cè)信號(hào)維持時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，軟起動(dòng)端8接的電容c:將被放電。電路正常工作時(shí)，該端呈高電平，其電位高于鋸齒波的峰值電位(3. 30。在電路異常時(shí)，只要腳10電壓大于0. 7v，三極管導(dǎo)通，反相端的電壓將低于鋸齒波的谷底電壓(0.9v)，使得輸出pwm信號(hào)關(guān)閉，起到保護(hù)作用.11腳:output a,14腳: output b(脈沖輸出端):輸出末級(jí)采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)

41、功率管時(shí)關(guān)斷速度更快.11腳和14腳相位相差1800，拉電流和灌電流峰值達(dá)200ma。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收之間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，起持續(xù)時(shí)間約為l00ns?？梢栽趘處接一個(gè)約0. luf的電容濾去電壓尖峰。12腳:ground(接地端):該芯片上的所有電壓都是相對(duì)于ground而言，即是功率地也是信號(hào)地。在實(shí)驗(yàn)電路中，由于接入誤差放大器反向輸入端的反饋電壓也是相對(duì)與12腳而言，所以主回路和控制回路的接地端應(yīng)相連。13腳:vc(推挽輸出電路電壓輸入端):作為推挽輸出級(jí)的電壓源，提高輸出級(jí)輸出功率?？梢院?5腳共用一個(gè)電源，也可用更高電壓的電源。電壓范圍是1. 8v-

42、3. 4v.15腳:+vin(芯片電源端):直流電源從15腳引入分為兩路:一路作為內(nèi)部邏輯和模擬電路的工作電壓;另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生5.1士1%v的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。如果該腳電壓低于門限電壓(turn-off: 8v)，該芯片內(nèi)部電路鎖定，停止工作基準(zhǔn)源及必要電路除外)使之消耗的電流降至很小(約2ma).另外，該腳電壓最大不能超過(guò)35v.使用中應(yīng)該用電容直接旁路到ground端。16腳:vref(基準(zhǔn)電壓端):基準(zhǔn)電壓端16腳的電壓由內(nèi)部控制在5. 1 v土1%?？梢苑謮汉笞鳛檎`差放大器的參考電壓。4.1.3 sg3525的工作原理 sg3525內(nèi)置了5.1v精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至

43、 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無(wú)須外接分壓電阻。sg3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在ct引腳和discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于sg3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。 sg3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5 的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的pwm比較器反向輸入端處于低電平，pwm比較器輸出高電平。此時(shí)，pwm瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。

44、只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，sg3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致pwm比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，pwm瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，pwm瑣存器將立即動(dòng)作，禁止sg3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平

45、持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過(guò)接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響sg3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過(guò)低，在sg3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。 此外，sg3525還具有以下功能，即無(wú)論因?yàn)槭裁丛蛟斐蓀wm脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)，pwm瑣存器才被復(fù)位。 圖4.3 sg3525引腳功能第五章 主電路元部件及參數(shù)計(jì)算5.1 整流變壓器容量計(jì)算 變壓器二次側(cè)電壓的計(jì)算 在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電

46、壓往往不一致。此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾。要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器。這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用聯(lián)接。 為整流變壓器的總?cè)萘?，為變壓器一次?cè)的容量，為一次側(cè)電壓, 為一次側(cè)電流, 為變壓器二次側(cè)的容量，為二次側(cè)電壓，為二次側(cè)的電流，為相數(shù)，以下就是各量的推導(dǎo)和計(jì)算過(guò)程。 考慮占空比為，則 取 考慮10%的裕量 一、二次電流計(jì)算 變比 考慮空載電流，取 變壓器容量計(jì)算 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為整流變壓器。5.2 igbt管的參數(shù) igbt（insulated gate bipolor transistor）叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有mo

47、s門極的高速開關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其開關(guān)速度可達(dá)1ms，額定電流密度100a/cm2，電壓驅(qū)動(dòng)，自身?yè)p耗小。其符號(hào)和波形圖如圖5.1所示。 圖5.1 igbt 信號(hào)及波形圖 設(shè) 考慮占空比為，則 因?yàn)?，取倍裕量，選耐壓為 大致為4倍關(guān)系，故應(yīng)選用大于4倍額定負(fù)載電流的igbt為宜，因此選用以上,額定電壓1600v左右的igbt。設(shè)計(jì)中選的igbt管的型號(hào)是gt40t101,它的參數(shù)如下：管子類型：nmos場(chǎng)效應(yīng)管極限電壓vm：1500v極限電流im：80a額定電壓u：220v 續(xù)流二極管的選擇 根據(jù) 得知 續(xù)流二極管應(yīng)選、額定電壓為的二極管5.3 三相全控橋整流二極

48、管選擇 二極管承受反向最大電壓 考慮3倍裕量，則取 該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。 5.4 濾波電容c1的選擇 c1一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000 uf以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故 取 ，耐壓 取 即選用電容器。第六章 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)6.1 igbt的保護(hù)設(shè)計(jì) 在斬波電路中對(duì)斬波器的保護(hù)，實(shí)際上就是對(duì)igbt的保護(hù)。所以重要的是怎么設(shè)計(jì)好對(duì)開關(guān)管igbt的保護(hù)方案。在設(shè)計(jì)對(duì)igbt的保護(hù)系統(tǒng)中，主要是針對(duì)過(guò)電流保護(hù)和開關(guān)過(guò)程中的過(guò)電壓保護(hù)。 (1) i

49、gbt的過(guò)電流保護(hù)：igbt的過(guò)流保護(hù)電路可分為2類：一類是低倍數(shù)的（1.21.5倍）的過(guò)載保護(hù)；一類是高倍數(shù)（可達(dá)810倍）的短路保護(hù)。對(duì)于過(guò)載保護(hù)不必快速響應(yīng)，可采用集中式保護(hù)，即檢測(cè)輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過(guò)設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有igbt驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過(guò)載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過(guò)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。 igbt能承受很短時(shí)間的短路電流，能承受短路電流的時(shí)間與該igbt的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長(zhǎng)。如飽和壓降小于2v的igbt允許承受的短路時(shí)間小于5s，而飽和壓降3v的igbt允許承受的短路時(shí)間可達(dá)15s，45v時(shí)可達(dá)30

50、s以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的降低，igbt的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。 通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓2種。軟關(guān)斷指在過(guò)流和短路時(shí)，直接關(guān)斷igbt。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)就關(guān)斷，很容易發(fā)生誤動(dòng)作。為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力，可在故障信號(hào)與啟動(dòng)保護(hù)電路之間加一延時(shí)，不過(guò)故障電流會(huì)在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇上升，大大增加了功率損耗，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件的di/dt增大。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，器件仍然壞了。 降柵壓旨在檢測(cè)到器件過(guò)流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。降柵壓后設(shè)有固定延時(shí)，故障電流在這一

51、延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值，則降低了故障時(shí)器件的功耗，延長(zhǎng)了器件抗短路的時(shí)間，而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的di/dt，對(duì)器件保護(hù)十分有利。若延時(shí)后故障信號(hào)依然存在，則關(guān)斷器件，若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了抗騷擾能力。 igbt開關(guān)過(guò)程中的過(guò)電壓保護(hù) 關(guān)斷igbt時(shí)，它的集電極電流的下降率較高，尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關(guān)斷措施，它的臨界電流下降率將達(dá)到數(shù)ka/s。極高的電流下降率將會(huì)在主電路的分布電感上感應(yīng)出較高的過(guò)電壓，導(dǎo)致igbt關(guān)斷時(shí)將會(huì)使其電流電壓的運(yùn)行軌跡超出它的安全工作區(qū)而損壞。所以從關(guān)斷的角度考慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。但對(duì)

52、于igbt的開通來(lái)說(shuō)，集電極電路的電感有利于抑制續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流和電容器充放電造成的峰值電流，能減小開通損耗，承受較高的開通電流上升率。一般情況下igbt開關(guān)電路的集電極不需要串聯(lián)電感，其開通損耗可以通過(guò)改善柵極驅(qū)動(dòng)條件來(lái)加以控制。6.2 主電路過(guò)電流保護(hù)電路過(guò)電流保護(hù)采用的是在主電路中串聯(lián)一個(gè)1的電阻，在其兩端并聯(lián)電磁繼電器的線圈。過(guò)流保護(hù)信號(hào)取自電阻兩端的電壓，當(dāng)主電路的電流高于一定數(shù)值時(shí)，電磁繼電器的開關(guān)閉合，接通低電平，該過(guò)電流信號(hào)還送到sg3525的腳10。在sg3525內(nèi)部由于t3基極與a端線相連，a端線由低電壓上升為邏輯高電平，經(jīng)過(guò)sg3525a的13腳輸出為高電平，功率驅(qū)動(dòng)電路輸出至功率場(chǎng)效應(yīng)管的控制脈沖消失。在電路中，過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)還輸出一個(gè)信號(hào)到與門的輸入端，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流信號(hào)時(shí)，檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出一低電平信號(hào)到與門的輸入端，使脈沖消失，與sg3525的故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成雙重保護(hù)。6.3過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)6