電力電子課程設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的直流斬波調(diào)速

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：直流電動(dòng)機(jī)的直流斬波調(diào)速Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse姓名班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期：遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)期2009-2010第一學(xué)期姓名專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)課程名稱電力電子技術(shù)論文題目直流電動(dòng)機(jī)的直流斬波調(diào)速評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績(jī)100評(píng)語(yǔ)：任課教師時(shí)間年月曰備注課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目直流電機(jī)的直流斬波調(diào)速二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)用直流斬波實(shí)現(xiàn)直流調(diào)壓，控制直流電

2、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電路。電路由主電路與控制電路組成，主電路主要環(huán)節(jié)是：整流電路、斬波電路及保護(hù)電路?？刂齐娐分饕h(huán)節(jié)是:觸發(fā)電路、電壓電流檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)與故障保護(hù)電路。主電路電力電子開關(guān)器件要采用IGBT或MOSFET，并且系統(tǒng)具有完善的保護(hù)。三、設(shè)計(jì)計(jì)劃1.確定設(shè)計(jì)主題與內(nèi)容。2根據(jù)要設(shè)計(jì)的主題與內(nèi)容查找相關(guān)資料。3. 整理收集的資料。4. 設(shè)計(jì)相關(guān)課題。5. 書寫課程設(shè)計(jì)。四、設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大于等于20,其動(dòng)態(tài)性能為5%W10%，具有過(guò)電流、過(guò)電壓、轉(zhuǎn)速過(guò)載保護(hù)特性?？刂茖?duì)象直流電動(dòng)機(jī)：型號(hào)Z2-12,效率y=71.5%,額定電壓U=110V,轉(zhuǎn)速w=3000r/mi

3、n，功率W=l.lkw，磁功率Wl=4.6kw,I=13A,JJlkg.m'。指導(dǎo)教師:教研室主任：時(shí)間：年月日摘要長(zhǎng)期以來(lái)，直流電機(jī)以其良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能等特點(diǎn)成為大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)的最佳選擇。特別隨著計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域和高開關(guān)頻率、全控型第二代電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，以及脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，直流電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法兩類。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時(shí)受到磁飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制；而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是

4、改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法，調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速目的。這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率低。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：直流電動(dòng)機(jī)、調(diào)速、直流斬波目錄不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考第一章系統(tǒng)工作原理直流電機(jī)斬波調(diào)速控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示：圖1

5、-1原理框圖整流電路測(cè)速電路電流調(diào)整器ACR0轉(zhuǎn)速調(diào)整器冋1.1 結(jié)構(gòu)與調(diào)速原理直流電機(jī)由定子和轉(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。

6、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，斬波后的交流不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考電經(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)。1.2 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

7、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。1.3 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。1.4 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

8、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)。第二章主電路的設(shè)計(jì)與分析2.1 主電路的各個(gè)部分電路主電路主要環(huán)節(jié)是：整流電路、斬波電路及保護(hù)電路。SIVD2m圖2-1調(diào)速系由主電路、控制及保護(hù)電路、信號(hào)*的交流電變?yōu)橹绷麟?，電阻R1為直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖2-1所示，電路三大部分組成。二極管整流

9、C1為濾波電容?？赡鍼WM變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的H型結(jié)構(gòu)形式，它是由四個(gè)功率IGBT管（vT1、VT2、VT3、VT4）和四個(gè)續(xù)流二檢測(cè)起動(dòng)橋把輸入限流電阻,極管（VD1、VD2、VD3、VD4）組成的雙極式PWM可逆變換器，根據(jù)脈沖占空比的不同，在直流電機(jī)M上可得到正或負(fù)的直流電壓。2.1.1 整流電路晶體二極管橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。圖2-2整流電路橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)DI、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；

10、對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在R，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖2-2中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整洗電路小一半！2.1.2斬波調(diào)速電路直流電動(dòng)機(jī)往往需要正、反向運(yùn)行，而且有電動(dòng)和制動(dòng)工作狀態(tài)，這就需要四象限斬波變換

11、電路為電動(dòng)機(jī)供電。圖2-3給出了四象限斬波調(diào)速主電路原理圖。T1T4組成了全橋電路，又稱H橋型電路；TA1檢測(cè)母線的電流大小和方向,TA2檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流大小和方向；電容C用來(lái)減小開關(guān)過(guò)程引起的電壓波紋壓敏電阻Rv用來(lái)抑制電壓尖峰。電機(jī)的工作狀態(tài)同供電方式和負(fù)載有關(guān)。斷，根據(jù)轉(zhuǎn)速要求對(duì)T1進(jìn)行PWM調(diào)制，此時(shí)變換器等效一個(gè)降壓斬波電路，能量由直流電源供向負(fù)載。如果希望電機(jī)運(yùn)行于正想制動(dòng)狀態(tài)，可使T4導(dǎo)通，Tl、T3關(guān)斷，變換器等效一個(gè)升壓斬波電路；調(diào)控T2電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)升壓變換得到一個(gè)略大于Ud的電壓，使得電動(dòng)機(jī)輸出電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩反向，直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的能量就回饋到電

12、網(wǎng)，轉(zhuǎn)速下降。同理，T2導(dǎo)通，Tl、T4關(guān)斷，調(diào)控T3，電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在反向電動(dòng)狀態(tài)；T2導(dǎo)通，Tl、T3關(guān)斷，調(diào)控T4，電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在反向制動(dòng)狀態(tài)。2.1.3保護(hù)電路設(shè)計(jì)斬波器的散熱設(shè)計(jì)：熱管散熱技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際較流行的散熱方式，國(guó)內(nèi)近年來(lái)發(fā)展較快，被人們稱之為熱的“超導(dǎo)體”，已廣泛用于車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)，熱管的主要特點(diǎn)：高效的導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)多樣靈活、重量輕。由于IGBT模塊的開關(guān)頻率高，開關(guān)損耗大，特別是對(duì)大功率IGBT模塊，一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板絕緣的大功率IGBT模塊散熱。目前適合于大功率IGBT模塊的熱管散熱器的熱

13、阻可以達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)以下。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)。IGB

14、T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)。IGBT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

15、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5ps,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)30s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

16、，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

17、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)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。不得用于商業(yè)用途2.2電路參數(shù)及選型Ud=110V考慮占空比為90%，則取考慮到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Us=Ud/0.9=123VU

18、s=1.2U2U2=Us/1.2=102VU2=1.1X1O2V=113VI2=Id=13AK=U1/U2=220/113=1.95I1=I2/K=13/1.08=12AIl=1.05X12=12.6ASI二U1XI1=22OX12.6=2772VAS2=U2X12=113X13=1469VAS=(S1+S2)/2=2120.5VA整流元件選擇二極管承受反向最大電壓UDM=1.414U2=1.414X113=160V考慮3倍裕量，則UTN=3X160=480V取500V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。IdD=0

19、.5Id=0.5X13=6.5AID=Id/1.414=13/1.414=9.2AID(AV)=2ID/1.57=2X9.2/1.57=11.7A濾波電容選擇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2000uF以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故取耐壓C1=2200uF1.5UDM=1.5X160=240V取250V即選用2200uF、250V電容器。IGBT的選擇因?yàn)閁s=123V,取3倍裕量，選耐壓為400V以上的IGBT。由于IGBT是以最大標(biāo)注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為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50A,額定電壓160

20、0V左右的IGBT續(xù)流二極管的選擇根據(jù)Urm=(23)U=(1.52)I得知續(xù)流二極管應(yīng)選IcmA、額定電壓為的Urm二極管僅供個(gè)人參考第三章控制電路的設(shè)計(jì)與分析控制電路（如圖3-1）主要環(huán)節(jié)是：觸發(fā)電路、電壓電流檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)與故障保護(hù)電路。主電路電力電子開關(guān)器件要采用IGBT，并且系統(tǒng)具有完善的保護(hù)?！?U1U2O'O'cO'0ARIAR：B圖3-1控制電路01615s14G133丄逢12651171089O'不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考3.1 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)與分析鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測(cè)，鋸齒波形成，移相控制，脈沖形成，脈沖放大等環(huán)節(jié)組成

21、。3.2脈寬調(diào)制(PWM)控制的設(shè)計(jì)與分析根據(jù)IGBT的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)用脈寬調(diào)制(PWM)控制方式對(duì)開關(guān)管的占空比進(jìn)行控制。采用的芯片是脈寬調(diào)制器SG3525。要改變輸出脈沖PWM的占空比，只要改變調(diào)制信號(hào)Ur的電壓大小即可實(shí)現(xiàn)°SG3525的引腳及其內(nèi)部框圖如圖3-2所示。它主要由基準(zhǔn)電壓調(diào)整器、震蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟啟動(dòng)電路、輸出電路構(gòu)成。3.2.1 欠壓鎖定功能基準(zhǔn)電壓調(diào)整器受15端的外加直流電壓Vc的影響，當(dāng)Vc低于7V或嚴(yán)重欠壓時(shí)，基準(zhǔn)電壓調(diào)整器的精度值就得不到保證，由于設(shè)置了欠壓鎖定電路，當(dāng)出現(xiàn)欠電壓時(shí)，欠電壓鎖定功能使A端線由低

22、電壓上升為邏輯高電平經(jīng)過(guò)或非門輸不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考出轉(zhuǎn)化為P1=P2=0,SG3525的13腳輸出電平，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，逆變器無(wú)電壓輸出。為便于從主回路受檢測(cè)到的故障信號(hào)，集成控制器內(nèi)部T3晶體管基極經(jīng)一電阻連接10引腳。過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)檢測(cè)到的故障信號(hào)使10腳為高電平，由于T3基極與A端線相連,故障信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)閉過(guò)程與欠電壓鎖定過(guò)程類似。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)。軟起動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)主要由晶體管T3和外接電容C3及鎖存器

23、來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)出現(xiàn)欠壓或者有過(guò)流故障時(shí)，A端線高電平傳到T3晶體管基極，T3導(dǎo)通為8引腳外接電容C3提供放電的途徑，C3經(jīng)T3放電到零電壓后，限制了比較器的PWM'脈沖電壓輸出，該電壓上升為恒定的邏輯高電平，PWM'高電平經(jīng)PWM鎖存器輸出至D端線仍為恒定的邏輯高電平，C3電容重新充電之前，D端線的高電平不會(huì)發(fā)生變化，封鎖輸出。當(dāng)故障消除后，A端線恢復(fù)為低電壓正常值，T3截止，C3電容由50“A電流源緩慢充電，C3充電對(duì)PWM'和D端線脈沖寬度產(chǎn)生影響,同時(shí)對(duì)P1和P2輸出脈沖產(chǎn)生影響，其結(jié)果是使P1和P2脈沖由窄緩慢變寬，只有C3充電結(jié)束后，P1和P2的脈沖寬度才不受C

24、3充電的影響。這種軟啟動(dòng)方式,可使系統(tǒng)主回路電機(jī)及功率場(chǎng)效應(yīng)管避免承受過(guò)大的沖擊浪涌電流。3.2.4 波形的產(chǎn)生及控制方式分析鋸齒波作為載波信號(hào)Ut,調(diào)制信號(hào)由9腳輸入，此圖中，調(diào)制信號(hào)由可調(diào)電位器RP上的電壓信號(hào)Ur'和外加的給定信號(hào)Ug疊加而成，RP上的電壓信號(hào)用于確定脈寬調(diào)制波的初始占空比，Ug可正可負(fù)，用于控制逆變器輸出電壓的大小和極性，Ug也可以由摸擬或數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)控制，構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。集成控制器SG3525的輸出側(cè)采用推拉式電路，可使關(guān)斷速度加快。11腳、14腳與12腳連接。PWM脈沖由13腳輸出，這樣能夠保證13腳的輸出與鎖存器的輸出一致。鋸齒波與調(diào)制波的交點(diǎn)

25、比較功能由比較器完成，UtUr時(shí)，比較器輸出的PWM'波形由邏輯低電平變?yōu)楦唠娖?，UtUr時(shí)，比較器輸出的PWM'波形由邏輯高電平變?yōu)榈碗娖?。為保證PWM'波寬不至于太窄，用PWM鎖存器鎖存高電平值，并在CP脈沖下跳時(shí)對(duì)鎖存器清零，以進(jìn)行下一個(gè)比較點(diǎn)的鎖存。3.3延時(shí)、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)在可逆變換器中，跨接在電源Us兩端的上、下兩個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)常交替工作，由于功率場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷要有一定的時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)功率場(chǎng)效應(yīng)管并未完全關(guān)斷。如果在此期間另一個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管已經(jīng)導(dǎo)通，則將造成上下兩管直通，從而使電源正負(fù)極短路。為了避免發(fā)生這種情況。設(shè)置了由R、C電路構(gòu)成的邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。

26、保證在對(duì)一個(gè)管子發(fā)出關(guān)閉脈沖后，延時(shí)2pS左右的時(shí)間后再發(fā)出對(duì)另一個(gè)管子的開通脈沖。如圖所示，Ua為SG3525的13腳輸出占空比可調(diào)的脈沖波形（占空比調(diào)節(jié)范圍不小于0.10.9）,經(jīng)過(guò)RC移相后，輸出兩組互為到相、死區(qū)時(shí)間為4S左右的脈沖，經(jīng)過(guò)光耦隔離后，分別驅(qū)動(dòng)四只IGBT圖3-3延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路不得用于商業(yè)用途3.4 ASR和ACR調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)3.4.1 ASR（速度調(diào)節(jié)器）1速度調(diào)節(jié)器ASR的功能是對(duì)給定和反饋兩個(gè)2輸入量進(jìn)行加法，減法，比例積分和微分等運(yùn)算，使其輸出按某一規(guī)律變化。它由運(yùn)算放大器，輸入與反饋網(wǎng)絡(luò)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。其原理圖如圖3-4所示。速度調(diào)節(jié)器采用電路運(yùn)算放大器，它具

27、有兩個(gè)輸入端，同相輸入端和倒相輸入端，其輸出電壓與兩個(gè)輸入端電壓之差成正比。電路運(yùn)算放大器具有開環(huán)放大倍數(shù)大，零點(diǎn)漂移小，線性度好，輸入電流極小，輸出阻抗小等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成理想的調(diào)節(jié)器。圖1-7中，由二極管VD4,VD5和電位器RP2,RP3組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C2，R9組成反饋微分校正網(wǎng)絡(luò)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)，R15，C1組成速度環(huán)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。場(chǎng)效應(yīng)管V5為零速封鎖電路，當(dāng)4端為10V時(shí)VD5導(dǎo)通，將調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)短接而封鎖，4端為-13V時(shí)，VD5夾斷，調(diào)節(jié)器投入工作。RP1為放大系數(shù)調(diào)節(jié)電位器。元件RP1,RP2,RP3均安裝在面板上。電容C1兩端在面板上裝有接線柱，電

28、容C2兩端也裝有接線柱，可根據(jù)需要外接電容。僅供個(gè)人參考3.4.2ACR（電流調(diào)節(jié)器）電流調(diào)節(jié)器適用于可控制傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)其輸入信號(hào)（給定量和反饋量）時(shí)進(jìn)行加1法、減法、比例、積分、微分，延時(shí)等運(yùn)算2或者同時(shí)兼做上述幾種運(yùn)算。以使其輸出量按某種予定規(guī)律變化。它是由下述幾部分組成：運(yùn)算放大器，兩極管限幅，互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)、反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等。號(hào)，來(lái)自電流變換器的過(guò)流信號(hào)也，當(dāng)該點(diǎn)電位高于某值時(shí)，VST1擊穿，正信號(hào)輸入，ACR輸出負(fù)電壓使觸發(fā)電路脈沖后移。U、U端接邏輯控制器的相應(yīng)輸ZF出端，當(dāng)這二端為高電平時(shí)，三極管VI、V2導(dǎo)通將Ugt和Ugi信號(hào)對(duì)地短接，A用于邏輯無(wú)環(huán)流可逆

29、系統(tǒng)。晶體管V和V構(gòu)成互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)，當(dāng)V、V基極電位為正時(shí)，V34344管（PNP型晶體管）截止，V管和負(fù)截構(gòu)成射極跟隨器。如V,V基極電位為負(fù)334時(shí)，V管（NPN型晶體管）截止，V管和負(fù)截構(gòu)成射極跟隨器。接在運(yùn)算放大器34輸入端前面的阻抗為輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)。改變輸入和反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就能得到各種運(yùn)算特性。元件RP1、RP2、RP3裝在面板上，C1、C2的數(shù)值可根據(jù)需要，由外接電容來(lái)改變。不得用于商業(yè)用途R20僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途第四章總電路圖_rr-w圖4-1總電路圖總結(jié)現(xiàn)在，直流斬波器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等實(shí)際情況當(dāng)中，從中國(guó)大面積，多人口，低技術(shù)，少能源等國(guó)情出發(fā)，大力發(fā)

30、展直流電技術(shù)，結(jié)合電力電子技術(shù)，這對(duì)改善我國(guó)科技現(xiàn)狀水平，提高經(jīng)濟(jì)效益將起著重要作用。電力投資的持續(xù)增長(zhǎng)，因此直流斬波器在電力電子行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，它的傳統(tǒng)領(lǐng)域和新領(lǐng)域節(jié)前景非常廣闊直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時(shí)受到磁飽和限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)，其中PWM（脈寬調(diào)制）便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。PWM調(diào)速控制的基本原理是按一個(gè)固定頻率來(lái)接通

31、和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開的時(shí)間比（占空比）來(lái)改變直流電機(jī)電樞上電壓的"占空比"，從而改變平均電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。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，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。而且采用PWM技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)沖擊，并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)設(shè)計(jì)體會(huì)做了兩周的課程設(shè)計(jì)，使我有了很多的心得體會(huì)，可以說(shuō)這次直流電機(jī)斬波調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是在大家共同努力和在老師的精心指導(dǎo)下共同完成的。一開始接觸這個(gè)課題時(shí)我還不知道該從何下手，很多東西不知該如何實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)2星期的努力，在圖書館和網(wǎng)上查資料，請(qǐng)教