直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)05607

1、. . . 綜 合 課 程 設(shè) 計(jì)電子電氣工程系題目：直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電子電氣系電氣專業(yè)2008級(jí)綜合課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書時(shí)間：2010-2011年度第一學(xué)期一題目直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)目的（1）培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。（2）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析和解決工程技術(shù)問題的能力。（3）通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，訓(xùn)練并提高學(xué)生在理論計(jì)算、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)等方面的能力。三 容根據(jù)所學(xué)知識(shí)，熟練選用學(xué)過的器件完成直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試。四要求每個(gè)學(xué)生需獨(dú)立完成，期末時(shí)提交源程序

2、與課程設(shè)計(jì)報(bào)告。五、進(jìn)度 整個(gè)設(shè)計(jì)過程在一周完成。六、成績(jī)?cè)u(píng)定運(yùn)行每個(gè)同學(xué)的程序、審閱課程設(shè)計(jì)報(bào)告，根據(jù)下面的標(biāo)準(zhǔn)給每位同學(xué)評(píng)定課程設(shè)計(jì)考試成績(jī)。1  原理設(shè)計(jì)的正確（60%）  2  知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用得當(dāng)（10%）3  原理設(shè)計(jì)合理 （20%）    4.報(bào)告撰寫準(zhǔn)確、無(wú)誤（10%） （指導(dǎo)教師簽名）審定： （教研室主任簽名）電子電氣系電氣專業(yè)2008級(jí)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書時(shí)間：2010-2011年度第一學(xué)期    一題目   直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

3、;   二設(shè)計(jì)要求    1 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：電源電壓：DC30V,15V轉(zhuǎn)速超調(diào)小于5%系統(tǒng)無(wú)靜差。2寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。    三給定條件：    集成運(yùn)放、SG3525、LDS18200或分立的MOSFET、30V,1000rpm伺服電機(jī)等。四工作計(jì)劃 整個(gè)設(shè)計(jì)過程在一周完成。 （指導(dǎo)教師簽名）審定： （教研室主任簽名）直流PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)前言在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過程中，電氣自動(dòng)化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大

4、功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組，以線形組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計(jì)思想和理論概念上的一個(gè)飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分?，F(xiàn)代的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以與集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過合理的簡(jiǎn)化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運(yùn)算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò)（調(diào)節(jié)器），和由 R、C等元件構(gòu)成的

5、無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)相比,又可以實(shí)現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律,于是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果事先對(duì)這些典型系統(tǒng)作比較深入的研究,把它們的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性當(dāng)作預(yù)期的特性,弄清楚它們的參數(shù)和系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系,寫成簡(jiǎn)單的公式或制成簡(jiǎn)明的圖表,則在設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí),只要能把它校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式,就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來(lái)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算,這樣,就建立了工程設(shè)計(jì)方法的可能性。目前，隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日臻成熟并日漸成為實(shí)際應(yīng)用的主流，但這并不意味著傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)完全退出了實(shí)際應(yīng)用的舞臺(tái)。相反，近幾年交流變頻調(diào)速在控

6、制精度的提高上遇到了瓶頸，于是直流調(diào)速的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了出來(lái)。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。譬如在對(duì)控制精度有較高要求的造紙，轉(zhuǎn)臺(tái)，輪機(jī)定位等系統(tǒng)中仍離不開直流調(diào)速裝置，因此加強(qiáng)對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究還是很有必要的。鑒于直流調(diào)速系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以與國(guó)防事業(yè)中的重要作用，有必要對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)作進(jìn)一步的研究和開發(fā)。本文基于PWM的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)出應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。首先描述了變頻器的發(fā)展歷程，提出了PWM調(diào)速方法的優(yōu)勢(shì)，指出了未來(lái)PWM調(diào)速方法的發(fā)展前景，點(diǎn)出了研究PWM調(diào)速方法的意義。應(yīng)用于直流電機(jī)的調(diào)速方式很多，其中以PWM變頻調(diào)速方

7、式應(yīng)用最為廣泛，而PWM變頻器中，H型PWM變頻器性能尤為突出，作為本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，本文將對(duì)PWM的理論進(jìn)行詳細(xì)論述。在此基礎(chǔ)上，本文將做出SG3525單片機(jī)控制的H型PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，然后對(duì)各個(gè)部分分別進(jìn)行論證，力圖在每個(gè)組成單元上都達(dá)到最好的系統(tǒng)性能。第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說，這種方法最好。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。（2）改變電動(dòng)

8、機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。（3）改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)與電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小圍的升速。對(duì)于要

9、求在一定圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主速。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點(diǎn)太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來(lái)代替旋轉(zhuǎn)

10、變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動(dòng)系統(tǒng)。離子拖動(dòng)系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點(diǎn)，而且縮短了響應(yīng)時(shí)間，但是由于汞弧整流器造價(jià)較高，體積仍然很大，維護(hù)麻煩，尤其是水銀如果泄漏，將會(huì)污染環(huán)境，嚴(yán)重危害身體健康。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止Ward-Leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。但是，晶閘管整流器也有它的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面： （1）晶閘管一般是單向?qū)щ娫?，晶閘管整流器的電流是不允許反向的，這給電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行造成困難。必須實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行時(shí)，只好采用開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成V-M可逆

11、調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。 （2）晶閘管元件對(duì)于過電壓、過電流以與過高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任意指標(biāo)超過允許值都可能在很短時(shí)間元件損壞，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時(shí)還應(yīng)保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的可靠運(yùn)行。 （3）晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可控制整流器對(duì)交流電源來(lái)說相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，吸取滯后的無(wú)功電流，因此功率因素低，特別是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃與附近的用電設(shè)備。如果采用晶閘管

12、整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占容量比重較大，將造成所謂的“電力公害”。為此，應(yīng)采取相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償、濾波和高次諧波的抑制措施。 （4）晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，而且脈波數(shù)總是有限的。如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。由于以上種種原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。1.2選擇PWM調(diào)速系統(tǒng)脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator、簡(jiǎn)稱PWM、由于它的特殊性能、常被用于直流負(fù)載回路中、燈具調(diào)光或直流電動(dòng)機(jī)

13、調(diào)速、HW-1020型調(diào)速器、就是利用脈寬調(diào)制(PWM)原理制作的馬達(dá)調(diào)速器、PWM調(diào)速器已經(jīng)在:工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計(jì)算機(jī)電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。與V-M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路簡(jiǎn)單，需用的電力電子器件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗與發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速圍寬，可達(dá)1:10000左右；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)

14、快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。因而，PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，特別是在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，已經(jīng)完全取代了V-M系統(tǒng)。1.3 選擇IGBT的H橋型主電路的理由IGBT的優(yōu)點(diǎn)：1） IGBT的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。2） 在一樣電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。3） IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。4） IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。5）

15、 與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)可保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。在眾多PWM變換器實(shí)現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見。這種電路具備電流連續(xù)、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行、無(wú)摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)以H型PWM直流控制器為主要研究對(duì)象。1.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度

16、反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，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)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以

17、恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上兩點(diǎn)都涉與電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.5設(shè)計(jì)容和要求1.5.1設(shè)計(jì)容根據(jù)所學(xué)知識(shí)，熟練選用學(xué)過的器件完成直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試。1.5.2設(shè)計(jì)要求 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：電源電壓：DC30V,15V轉(zhuǎn)速超調(diào)小于5%系統(tǒng)無(wú)靜差第2章 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)2.1 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1.1 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。PW

18、M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2-1（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2-1 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器電路（a）原理圖 （b）電壓和電流波型電力晶體管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，當(dāng)時(shí)，為正，VT飽和

19、導(dǎo)通，電源電壓通過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2-1（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在一個(gè)周期具有開關(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  &#

20、160; 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2-2（a）所示為具有制動(dòng)作用的不可逆

21、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)

22、時(shí)，一般情況下實(shí)際上是電力晶體管VT1和續(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2-2（b）所示，與圖2-1沒有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)不與立刻變化，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

23、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VD1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2-2（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)。圖2-2 具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換電路這種電路構(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，

24、使VT2得以導(dǎo)通，反電動(dòng)勢(shì)E經(jīng)VT2沿回路3流過反向電流，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，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，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2-2（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)

25、有兩種運(yùn)行狀態(tài)，在電動(dòng)狀態(tài)下，依靠電力晶體管VT1的開和關(guān)兩種狀態(tài)，在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)下則依靠VT2的開和關(guān)兩種狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)下電路電壓平衡方程式都分為兩個(gè)階段，情況同簡(jiǎn)單的不可逆的PWM變換器電路一樣，即在期間為式，在期間為式，只不過兩種狀態(tài)下電流的方向相反，即在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)為?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖2-3所示，圖中（a）為T型PWM變換器電路，（b）為H型PWM變換器電路。圖2-3 可逆PWM變換器電路 （a）T型 （b）H型T型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和與兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡(jiǎn)單，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋，適用于作為電壓低于50V的

26、電動(dòng)機(jī)的可控電壓源；但是T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求承受兩倍的電源電壓，在一樣的直流電源電壓下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半。H型電路是實(shí)際上廣泛應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個(gè)可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極性電源，所需電力電子器件的耐壓相對(duì)較低，但是構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)電樞兩端浮地。   H型變換器電路在控制方式上分為雙極式、單極式和受限單極式三種。（1）雙極式可逆PWM變換器：  雙極式可逆PWM變換器的主電路如圖2-3（b）所示。四個(gè)電力

27、晶體管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中兩個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓波形一樣，即，VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷；，VT2和VT3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。而且，和，相位相反，在一個(gè)開關(guān)周期VT1，VT4和VT2，VT3兩組晶體管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，變換器輸出電壓在一個(gè)周期有正負(fù)極性變化，這是雙極式PWM變換器的特征，也是“雙極性”名稱的由來(lái)。  由于電壓極性的變化，使得電樞回路電流的變化存在兩種情況，其電壓、電流波形如圖2-4所示。圖2-4 雙極式PWM變換器電壓和電流波形 （a）電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí) （b）電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕時(shí)如果電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較重，平均負(fù)載電流較大

28、，在時(shí)，和為正，VT1和VT4飽和導(dǎo)通；而和為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)，加在電樞AB兩端，電樞電流沿回路流通（見圖2-4（b），電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。在時(shí)，和為負(fù)，VT1和VT4截止；和為正，在電樞電感釋放儲(chǔ)能的作用下，電樞電流經(jīng)二極管VD2和VD3續(xù)流，在VD2和VD3上的正向壓降使VT2和VT3的c-e極承受反壓而不能導(dǎo)通，電樞電流沿回路2流通，電動(dòng)機(jī)仍處于電動(dòng)狀態(tài)。有關(guān)參量波形圖示于圖2-4（a）。  如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，即當(dāng)時(shí)，。于是在時(shí)，VT2和VT3的c-e極兩端失去反壓，并在負(fù)的電源電壓（）和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的共同作用

29、下導(dǎo)通，電樞電流反向，沿回路3流通，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。在（）時(shí)，和變負(fù)，VT2和VT3截止，因電樞電感的作用，電流經(jīng)VD1和VD4續(xù)流，使VT1和VT4的c-e極承受反壓，雖然和為正，VT1和VT4也不能導(dǎo)通，電流沿回路4流通，電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，VT1和VT4才導(dǎo)通，電流又沿回路1流通。有關(guān)參量的波形示于圖2-4（b）。這樣看來(lái)，雙極式可逆PWM變換器與具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換器的電流波形差不多，主要區(qū)別在于電壓波形；前者，無(wú)論負(fù)載是輕還是重，加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓都在和之間變換；后者的電壓只在和0之間變換。這里并未反映出“可逆”的作用。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)制可逆運(yùn)行，由正、負(fù)驅(qū)

30、動(dòng)電壓的脈沖寬窄而定。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)， ，電樞兩端的平均電壓為正，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，平均電壓為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖寬度相等，平均電壓為零，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)殡p極式可逆PWM變換器電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為   若仍以來(lái)定義PWM電壓的占空比，則雙極式PWM變換器的電壓占空比為。改變即可調(diào)速，的變化圍為。為正值，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；為負(fù)值，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在時(shí)，電動(dòng)機(jī)雖然不動(dòng)，但電樞兩端的瞬時(shí)電壓和流過電樞的瞬時(shí)電流都不為零，而是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增加了電動(dòng)機(jī)的損耗，當(dāng)然是不利的。但是這個(gè)交

31、變電流使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動(dòng)機(jī)正、反向切換時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，有利于快速切換。（2）單極式可逆PWM變換器：  單極式可逆PWM變換器和雙極式變換器在電路構(gòu)成上完全一樣，不同之處在于驅(qū)動(dòng)信號(hào)不一樣。圖2-3（b）中，左邊兩個(gè)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，具有和雙極式一樣的正、負(fù)交替的脈沖波形，使VT1和VT2交替導(dǎo)通；右邊兩個(gè)器件VT3、VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)則按電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向施加不同的控制信號(hào)：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，使恒為負(fù)，恒為正，VT3截止VT4常通；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，則使恒為正，恒為負(fù)，VT3常通VT4截止。這種驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化顯然會(huì)使不同階段各電力電子器件

32、的開關(guān)情況和電流流通的回路與雙極式變換器相比有不同。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí)電流方向連續(xù)不變；負(fù)載較輕時(shí)，電流在一個(gè)開關(guān)周期也會(huì)變向。由于本次設(shè)計(jì)要求電機(jī)能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)，并且能進(jìn)行無(wú)極調(diào)速等。又根據(jù)雙極式H型可逆PWM變換器具有的優(yōu)點(diǎn)：電流一定連續(xù)，可以使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限動(dòng)行；電動(dòng)機(jī)停止時(shí)的微振交變電流可以消除靜摩擦死區(qū)；低速時(shí)由于每個(gè)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬而有利于折可靠導(dǎo)通；低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速圍。但雙極式H型可逆PWM變換器也有缺點(diǎn)，在工作過程中，四個(gè)電力電子器件都處于開關(guān)狀態(tài)，容易發(fā)生上、下兩只電力電子器件直通的事故，降低了設(shè)備的可靠性。為了避免這種情況，我們?cè)O(shè)置邏輯

33、延時(shí)環(huán)節(jié)DLD，保證在對(duì)一個(gè)元件發(fā)出關(guān)斷信號(hào)后，延遲足夠時(shí)間再發(fā)出對(duì)另一個(gè)元件的開通信號(hào)。由于電力電子的器件的導(dǎo)通時(shí)也存在開通時(shí)間，因此延遲時(shí)間通常大于元件的關(guān)斷時(shí)間即可以了。所以，本次設(shè)計(jì)我們選擇雙極式H型可逆PWM變換器。主電路如圖2-5所示。圖2-5 H橋主電路2.1.2 泵升電路當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)（減速或者停車），儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能將變成電能，并通過PWM變換器回饋給直流電源。當(dāng)直流電源功率二極管整流器供電時(shí)，不能將這部分能量回饋給電網(wǎng)，只能對(duì)整流器輸出端的濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱作“泵升電壓”。過高的泵升電壓會(huì)損壞元器件，因此必須采取預(yù)防措施

34、，防止過高的泵升電壓出現(xiàn)?？梢圆捎糜煞至麟娮鑂和開關(guān)元件（電力電子器件）VT組成的泵升電壓限制電路，如圖2-6所示。圖2-6 泵升電壓限制電路當(dāng)濾波電容器C兩端的電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許數(shù)值時(shí)，VT導(dǎo)通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。這種辦法簡(jiǎn)單實(shí)用，但能量有損失，且會(huì)使分流電阻R發(fā)熱，因此對(duì)于功率較大的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在分流電路中接入逆變，把一部分能量回饋到電網(wǎng)中去。但這樣系統(tǒng)就比較復(fù)雜了，我們就不選擇這種方式了。2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)2.2.1IGBT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MOS

35、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2-6所示。設(shè)計(jì)中選的IGBT管的型號(hào)是IRGPC50U,它的參數(shù)如下：管子類型：NMOS場(chǎng)效應(yīng)管極限電壓Vm：600V極限電流Im：27 A耗散功率P：200 W 額定電壓U：220V額定電流I：1.2A圖2-7 IGBT信號(hào)與波形圖2.2.2 緩沖電路參數(shù)如圖2-3(b)所示，H橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。 IGBT的緩沖電路功能側(cè)重于開關(guān)過程中過電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)30-50kHz；因此很小的

36、電路電感就可能引起頗大的，從而產(chǎn)生過電壓，危與IGBT的安全。逆變器中IGBT開通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出緩沖電路電阻R=10K；電容。2.2.3泵升電路參數(shù)如圖2-6所示，泵升電路由一個(gè)電容量大的電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)VT組成。泵升電路中電解電容選取C=2000；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U型號(hào)的IGBT管；電阻選取R=20。

37、第3章 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)3.1 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H橋中的四個(gè)IGBT。通過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3-1所示.圖3-1 PWM控制電路3.11 SG3525芯片的主要特點(diǎn)SG3525為美國(guó)Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，如圖3-2所示。圖3-2 SG3525芯片的部結(jié)構(gòu)它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其部包含有精密基準(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

38、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)與關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度圍是0-700C。基準(zhǔn)電壓為5.1 V士1%，工作電壓圍很寬，為8V到35V.3.1.2 SG35

39、25引腳各端子功能SG3525采用16端雙列直插DIP封裝，各端子功能介紹如下: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):

40、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

41、.6V到3. 5V變化的鋸齒波。6腳:Rr(震蕩電阻端):震蕩電阻一端接至6腳，另一端直接接至地端。Rr的阻值決定了部恒流值對(duì)Cr充電。其取值圍為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)圍更寬。其取值圍為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，該電容由部Vf的50uA恒流源充電。9腳:COMPENS

42、ATION(補(bǔ)償端):在誤差放大器輸出端9腳與誤差放大器反相輸入端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端接入過流檢測(cè)信號(hào)。過流檢測(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

43、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)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?？梢栽赩<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

44、用一個(gè)電源，也可用更高電壓的電源。電壓圍是1. 8V-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的部基準(zhǔn)電壓。如果該腳電壓低于門限電壓(Turn-off: 8V)，該芯片部電路鎖定，停止工作基準(zhǔn)源與必要電路除外)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。3.1.3SG3525的工作原理 S

45、G3525置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓圍，無(wú)須外接分壓電組。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，該高電平通過兩個(gè)或

46、非門加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。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)

47、，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(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)過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，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蛟斐蒔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。3.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)3.2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖3-3所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)

48、速和電流兩種負(fù)圖3-3轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串聯(lián)連接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入，用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶管整流的觸發(fā)器。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。     為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器通常都采用PI調(diào)節(jié)器。在圖3-3中，標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照觸發(fā)器GT的控制電壓為正電壓的情況標(biāo)出的，而且考慮運(yùn)算放大器的反相作用。通常，轉(zhuǎn)速電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出值是帶限幅的，轉(zhuǎn)速

49、調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓為，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓是，它限制了PWM裝置輸出電壓的最大值。3.2.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 根據(jù)圖3-3的原理圖，可以很容易地畫出雙閉環(huán)調(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3-4所示。其中PI調(diào)節(jié)器用帶限幅的輸出特性表示，這種PI調(diào)節(jié)器在工作中一般存在飽和和不飽和兩種狀況。飽和時(shí)輸出達(dá)到限幅值；不飽和時(shí)輸出未達(dá)到限幅值，這樣的穩(wěn)態(tài)特征是分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非輸入信號(hào)反向使調(diào)節(jié)器所在的閉環(huán)成為開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽各時(shí)，PI調(diào)節(jié)器的積分（I）作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)

50、時(shí)總是等于零。圖3-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖實(shí)際上，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的，對(duì)于靜特性來(lái)說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器存在飽和與不飽和兩種情況。  （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：  在正常負(fù)載情況下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，電流調(diào)節(jié)器也不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，依靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，它們的輸入偏差電壓都是零。因此系統(tǒng)具有絕對(duì)硬的靜特性（無(wú)靜差），即    從而得到圖3-5靜特性的段。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和， ，所以。這表明， 段靜特性從理想空載狀態(tài)（）一直延續(xù)到電流最大值，而一般都大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。這是系統(tǒng)靜特性的正常運(yùn)行段。

51、圖3-5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和：   當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流上升時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出也將上升，當(dāng)上升到某一數(shù)值（）時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)失出調(diào)節(jié)作用，呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。此時(shí)只剩下電流環(huán)起作用，雙閉環(huán)調(diào)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速無(wú)靜差系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)  因而        是所對(duì)應(yīng)的電樞電流最大值，由設(shè)計(jì)者根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度選定。這時(shí)的靜特性為圖3-5中的A-B段，呈現(xiàn)很陡的下垂特性

52、。由以上分析可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)ASR起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到之后，ASR飽和，ACR起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成、外兩個(gè)閉環(huán)的效果，這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性要強(qiáng)得多。     綜合以上分析結(jié)果可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，系統(tǒng)變量之間存在如下關(guān)系：      上述關(guān)系表明，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓和轉(zhuǎn)速

53、反饋系數(shù)決定的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓即電流環(huán)給定電壓是由負(fù)載電流和電流反饋系數(shù)決定的，而控制電壓即電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓則同時(shí)取決于轉(zhuǎn)速n和電流，或者說同時(shí)取決于和。這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)：比例調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于輸入量，而PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)輸出量與輸入量無(wú)關(guān)，而是由其后面環(huán)節(jié)的需要所決定，后面需要PI調(diào)節(jié)提供多大的輸出量，它就能提供多少，但這要在調(diào)節(jié)器不飽和的情況下。     采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)后，由于增加了電流環(huán)，而電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)里，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，可以通過電流反饋得到與時(shí)調(diào)節(jié)，不必等到它影響到轉(zhuǎn)速后，再由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作出反應(yīng)。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓擾動(dòng)所引起的動(dòng)態(tài)速度變化要比在單態(tài)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中小得多。綜上所述，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用可以歸納如下：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用:使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，保證穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。對(duì)負(fù)載擾動(dòng)起抗擾作用。其輸出限幅值決定允許的最大電流，在起動(dòng)時(shí)給出最大電流給定信號(hào)。（2）電流調(diào)節(jié)器的作用:對(duì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)起與時(shí)抗擾作用。起動(dòng)時(shí)保證獲得恒定的最大允許電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起到快速的安全保護(hù)作用。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。3.2.3電流