PWM控制直流電機(jī)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（論文）（論文）電力電子與電機(jī)拖動(dòng)綜合課程設(shè)計(jì)題專PWM控制直流電機(jī)的系統(tǒng)05自動(dòng)化學(xué)號(hào)：200510320219姓名：張建華完成日期：指導(dǎo)教師： 李曉高電力電子與電機(jī)拖動(dòng)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：PWM脈寬調(diào)制）調(diào)速的電機(jī)控制系統(tǒng)。該電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載為短時(shí)1500r/mintr=20s,要求采用普通直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。設(shè)計(jì)要求進(jìn)行起動(dòng)轉(zhuǎn)矩校核。設(shè)計(jì)題目：PWM脈寬調(diào)制）調(diào)速的電機(jī)控制系統(tǒng)。該電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載為短時(shí)1500r/mintr=20s,要求采用普通直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。設(shè)計(jì)要求進(jìn)行起動(dòng)轉(zhuǎn)矩校核。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份電路圖一份參考文獻(xiàn)教研室主任簽字：年月日目 錄引言;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R即可改變端電PWM(脈寬調(diào)制)是常用的一種調(diào)(定子)電壓的接通和斷開的時(shí)間比(占空比)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。系統(tǒng)概述系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)主要有信號(hào)發(fā)生電路、PWM速度控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分1PWMPIGTRHPWMt，改變占空比，達(dá)到控制目的。圖1PWMSG1525PWMHGTR圖1直流電動(dòng)機(jī)PWM系統(tǒng)原理圖2、R1VD1為過(guò)電SG1525PWMPWMPWMSG1525T1+T2=TT10～TT1 T1Ua=T1T2Ud

TUdUdV的PWMLPWMUa，Ua再經(jīng)LCVa。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)制的工作原理PWM驅(qū)動(dòng)裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來(lái)調(diào)制固定電壓的直流電源SSPWM2S以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通SUSSU向電動(dòng)機(jī)電流繼續(xù)流通。SS圖圖3 PWM控制示意圖電壓平均值Uas可用下式表示：Uas=ton·Us/T=αUs （1-1）tonT（即開關(guān)接通時(shí)間tontoff之和，α=ton/。由式（1-1）tonT的比例也即改變脈主回路在系統(tǒng)主電路部分，采用的是以大功率GTR為開關(guān)元件、H橋電路為功率放2GTR1

和VT為4一組，VT 和VT為另一組。同一組中的兩只GTR同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷，且兩組2 3晶體管之間可以是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷。欲使電動(dòng)機(jī)M向正方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則要求控制電壓Uk電壓Uk

為正，各三極管基極電壓波形如圖3所示。欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，則使控制為負(fù)即可[2]。GTR是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它大多用作功率開關(guān)使用,而且GTR的控制更加方便和靈活，線路結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。4雙極式HPWM變換電路圖5 雙極式PWM變換電路的電壓、電流波形（a）,(b)三極管基極電壓波形(c)電樞電壓波形 （d）電樞電流波形(e)重負(fù)載時(shí)i波形(f) E>U 時(shí)i波形a S aT，正向脈沖寬度為tλt/T1 1電壓U的平均值Uav

=（2λ-1）US

=（2t1

/T-1）US

，并定義雙極性雙極式脈寬放大器的負(fù)載電壓系數(shù)為

ρ=U /Uav

=2t1

/T-1即 U =ρUav S可見，ρ可在-1到+1之間變化。PWM3、低速時(shí)，每5、低速平穩(wěn)性好，20000單元電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)電路電路原理7良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。PI路和積分電路組合起來(lái)就構(gòu)成了比例積分調(diào)節(jié)器，如圖6所示?？芍?UO=-I1R1-R0C1∫UidtI1=I0=Ui/R0U0=-R1Ui/R0-R0C1/1∫UidtUiC1相當(dāng)于短路，反饋回路中只有電阻C1被充電而開始積分，U0線性增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)。圖6PI調(diào)節(jié)器電路一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。圖7轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)電路圖ASR–轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR–電流調(diào)節(jié)器GT–觸發(fā)裝置M–直流電動(dòng)機(jī)TG–測(cè)速發(fā)電機(jī)TA–電流互感器UPE---電力電子變換器Un*---轉(zhuǎn)速給定電壓Un---轉(zhuǎn)速反饋電壓Ui*---電流給定電壓Ui---電流反饋電壓圖中，來(lái)自速度給定電位器給定的信號(hào)Un*UnUn*-Un，ASRUi*作為電流調(diào)ACRUi△Un=ACRUctUd.。PWM驅(qū)動(dòng)裝置控制電路PWMkHz6PWM脈寬調(diào)制器、脈沖分配電路等脈寬調(diào)速系統(tǒng)所特有的電路。3．3．1

圖8PWM驅(qū)動(dòng)裝置控制電路框圖角形波或鋸齒波。PWMPWM脈寬調(diào)制器它的作用是實(shí)現(xiàn)電壓、脈寬的轉(zhuǎn)換（V/MPWMSG1525控制器由R2和Rp1EA(+)(2VREF有較高精度。VREF受15VCC1VCC1VREFVcc7VVREF的精度值(51V±1%EA(+)時(shí)，欠電壓鎖定功能使圖7中A端線由低電壓上升為邏輯高電P1=P2=ABCD=1BCD；P1P2=1；P1P2T1T2截止，P1TT11和l4V01=V02=0)，V沖消失，主開關(guān)管關(guān)斷使直流電機(jī)停轉(zhuǎn)。AT3T38C3，提供放電的路徑。C3T3發(fā)射極電阻放電為零電壓后，限制了比較器PWMPWMD，C3DAV01V02出。欠電壓消失后，欠電壓鎖定功能使AC350μAC3PWMDV01V02V01V02寬。只有C3V01V02C39。圖9SG1525集成PWM控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖V01V02C3Va系統(tǒng)的故障關(guān)閉功能為便于從直流電機(jī)主回路接受檢測(cè)到的故障信號(hào)，例如，電機(jī)過(guò)電流，過(guò)電壓，VDT3-50k131VaR6T3T3A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。即使P1T1T2P1P2=1，和T2導(dǎo)通。V01=V02=0；關(guān)閉驅(qū)動(dòng)脈V，Va=0，電機(jī)停轉(zhuǎn)。另外，故障信號(hào)使，導(dǎo)通提供8引腳㈩腳C3電容的放電路徑，C3放電到T3,C3V01V02的狀態(tài)下．平穩(wěn)上升到某固定轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)波形與控制方式分析V01V02(1114VV01V02V+3)V01V02Vo1和Vo2頻率的二分之一。圖2，F(xiàn)FCPQQ兩個(gè)二分BCPCPCPCPV+CPOSC3。Vo1Vo2V+的上升沿區(qū)間和VVV+≥V-的臨界對(duì)應(yīng)時(shí)刻時(shí)，Vo1Vo2脈沖由邏輯高電平EAV-，2Rp1Rp1VV+的谷點(diǎn)電壓時(shí)，Vo1Vo2的脈寬縮減為零，Vo1=Vo2=0；調(diào)節(jié)RP1VV+Vo2V-V+V+交點(diǎn)在鋸齒波上升沿移動(dòng)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t1，Vo1和Vo2的最大脈沖寬度也為t1。V+V-C2)V+≥V-時(shí)，CPWM時(shí)(V+PWMPWMPWMCP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)PWMCCP同寬。集成控制器與系統(tǒng)工作波形圖見圍3圖10SG1525各點(diǎn)波形與PWM斬波調(diào)壓波形RP1V-電壓．在V+V-V+Vo1+Vo2脈沖(1114Vo1+Vo2)輸出到功VUa，RP1VaVf電壓經(jīng)R3及串聯(lián)二極管(此二極管可防止調(diào)試系統(tǒng)時(shí)正負(fù)極接反形成正反饋)使誤差放大器EA(-)反相輸入端電位下降，誤差電壓△E=EA(+)-EA(-)增大(方向由EA(+)△E9R4、C2構(gòu)成的比例積分V-值上升，V-VV-的交點(diǎn)時(shí)刻(鋸齒披上升沿Vo1+Vo2UVaVaRp1EA(+)所行。脈沖分配電路PWM10晶體管已導(dǎo)通，從而使電源短路。為了避免這種情況發(fā)生，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換電路的工作要求，設(shè)置了大功率晶體管的導(dǎo)通次序，即脈沖分配電路，使大；功率晶體管能按照指定的順序?qū)ā?1V1、V4，V2、V3V1V2、V3V4UdV1V4T1V2、V311（b）所示。11電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平均值為Ua=T1T2Ud(2T1=（2α-1）UdT1T2 T0≤α速運(yùn)轉(zhuǎn)。基極驅(qū)動(dòng)電路V關(guān)其功率驅(qū)動(dòng)電路也不同。BJT2BJT種用的雙電源光電耦合驅(qū)動(dòng)電路，其工作原理如下。Vo1+Vo2為邏輯低電平時(shí)，T4T3基極，穩(wěn)WT3均導(dǎo)通，使集電極為低電平。一般可設(shè)計(jì)T3Vca=Vw+VCESa-VCC=—2.6V，VC3負(fù)位制約；BJT(A為VC3+VEB2=-2V(此時(shí)T1VBE1-VEB2=O．6VBJTC容CB，VB(VCC—Vc)=0．(Vc=2VccCC)。該直流懸浮零電位使BJT基極發(fā)射極間有2V的反向偏置電壓，以保證BJT的可BJTLCL直流電聯(lián)系。Vo1+Vo2R3T1BJTT2VBE1=-VEB2R1BJTR2在BJTCBJT發(fā)射極、集電極，負(fù)電源回路的反向恢復(fù)電流峰值。2R5，可改變Vo1+Vo212IGBT、相關(guān)數(shù)據(jù)分析

圖12 基極驅(qū)動(dòng)電路該系統(tǒng)調(diào)速精度與調(diào)速范圍要求不高。本系統(tǒng)采用三相CT,RT，RD選取SG152501～400kHzCT0001～0.1μ～150kBJTGTof=1kHzf=10kHzfCT,RT，RD的關(guān)系用下式確定f=l／(t1+t2)=1／(0．67R1CTR1+1.3RDCT)例如f=lkHz，T=0．O01s，取定t1=0．0009s，t2=0．0001s，可算得CT=0．OlμFRTRD分別為RT=t1／0．67Ct—0.0009／0．67×

110 6

=134kRD=t2／1．3CT=0．0001／1．3×0．01×106 =7．7kt2一般應(yīng)取遠(yuǎn)小于t1的值,否則影響脈沖占空比(t1／(t1+t2))和斬波效率。此處的占空比最大值為0．0009／(0．0001+0．0009)=0.9。R2RP1VREF(16腳)輸出的最大電流為50mA，一般在40mA以下取值。若取定IREF=1～5mA，RP1R2R2=VREF／IREF=5．1V／5mA=lkRP1設(shè)置為最大值時(shí)可算得RP1+R2=VREF／IREF=5．1V／lmA=5.1kRP1=4．1k其它引腳器件的確定R5RwRRs=Rw+RRwVo1+Vo2=3V．50mA，2TtT2R5R5=(Vcc1--Vo)／Io=(15—3)V／50mA=0．24k.R5=300R5上有較大的電流，還要注意PR5≥(Vcc1--Vo)／Io=0.6W小結(jié)基于PWMSG1525PWM5、元器件明細(xì)表PartType DesignatorFootprint DescriptionCAPC3CAPCCAP+CAPC1CAPC?CAPCTDIODE D?DIODE WDIODE

CapacitorCapacitorCapacitorCapacitorCapacitorDiodeDiodeDiodeINDUCTOR1 L?INDUCTOR1 INDUCTOR1 LMOTORACMOTORAC

MGTG?NPN1NPN1POT2POT2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2

Q?T4R?RP1R9R7R8R6R3R10RDR5

NPNTransistorNPNTransistorPotentiometerPotentiometerRES2RES2R1RES2R4RES2R2RES2RTSG1525UDIP-16PRECISION,DUAL