學(xué)期論文 彭龍

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁(yè)眉頁(yè)腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除，謝謝！學(xué)期論文專業(yè)（系）電氣工程系鐵道自動(dòng)化092彭龍班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)老師完成日期嚴(yán)峻2011-11-02目錄摘要........................................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。Abstract……………………….1第1章課題背景.............................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第2章.............錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速系統(tǒng)概述2.1PWM控制技術(shù)的應(yīng)用..........................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.2PWM在直流調(diào)速中的應(yīng)用......................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.3直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)....................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第3章脈寬調(diào)速的理論及論證.2.1脈寬調(diào)速的簡(jiǎn)介?????????????????????2.2晶閘管的工作原理????????????????????2．3變換器的分類及論證???????????????????2.3.1.不可逆變換器??????????????????????2.3,2可逆變換器??????????????????????第4章心得體會(huì)...................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn).................................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)往往采用以晶閘管為主的相控式整流電路,但晶閘管不能自行關(guān)斷,工作頻率低,限制了其在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著電力、電子器件的迅速發(fā)展,一些大功率電子器件應(yīng)運(yùn)而生,包括GTRMOSFETIGBT等,這些器件既能控制其導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,用IGBT進(jìn)行直流脈寬調(diào)速的系統(tǒng)。該電路具有調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)污染小、響應(yīng)速度快、性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)PWMIGBT湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)Abstrcta1湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第一章課題背景晶閘管變流器構(gòu)成的直流調(diào)速系統(tǒng)，由于其線路簡(jiǎn)單，控制靈活，體積小，效率高以及沒(méi)有旋轉(zhuǎn)噪音和磨損等優(yōu)點(diǎn)，在一般工業(yè)應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地大平波電抗器的電感量，但電感大又限制了系統(tǒng)的快屬性。此外，功率因數(shù)低，設(shè)備達(dá)到更好效果。傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)往往采用以晶閘管為主的相控式整流電路,但晶閘管不能自行關(guān)斷,工作頻率低,限制了其在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著電力、電子器件的迅速發(fā)展,一些大功率電子器件應(yīng)運(yùn)而生,包括GTRMOSFETIGBT等,這些器件既能控制其導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,用IGBT進(jìn)行直流脈寬調(diào)速的系統(tǒng)。該電路具有調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)污染小、響應(yīng)速度快、性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)。2湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2章脈寬調(diào)制2.1PWM控制技術(shù)的應(yīng)用PWM是PulseWidthModulation的縮寫(xiě),即脈沖寬度調(diào)制,是通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,來(lái)等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值).調(diào)速可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。盡管直流電機(jī)比交流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維修保養(yǎng)貴，但是其調(diào)速性能好，所以在調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。然而，近10年來(lái)，由于電力電子技術(shù)已經(jīng)很好的解決了交流調(diào)速問(wèn)題。交流調(diào)速已得到了廣泛的應(yīng)用。其轉(zhuǎn)速為：n=60f/p，對(duì)于籠型或繞線型轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為：n=60f/p(1-s),原則上講，改變極對(duì)數(shù)p、改變轉(zhuǎn)差率s和調(diào)節(jié)頻率f都可以調(diào)速。但對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)以上三種方法雖可采用，但是變極調(diào)速是有極調(diào)速，而改變轉(zhuǎn)差率的目的是各種調(diào)速都是耗能型調(diào)速方法，只有變頻調(diào)速是最為理想的調(diào)速方法。但同步電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行中改變級(jí)對(duì)數(shù)會(huì)引起失步，因此只能調(diào)頻調(diào)速。變頻調(diào)速是以變頻器向交流電動(dòng)機(jī)供電，并構(gòu)成開(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變?yōu)楣潭妷?，可調(diào)頻率的交流變頻器。變頻器的種類有很多種，其中電壓型PWM方式交—直—交變頻器發(fā)展速度最快。PWM導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件不斷發(fā)展；二是PWM控制技術(shù)的日益完善。電力電子技術(shù)不僅促使交流調(diào)速迅速發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了直流調(diào)速的新發(fā)展。2.2PWM在直流調(diào)速中的應(yīng)用PWM廣泛應(yīng)用于直流調(diào)速系統(tǒng)，例如，以往普遍應(yīng)用的晶閘管相控整流—直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，現(xiàn)在也發(fā)展了全波步控整流PWM斬波—供電的。PWM控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)3湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.3直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)采用門極可關(guān)斷晶閘管GTRP—MOSFT等全掛式電力電子器件組成的直流脈寬調(diào)制型的調(diào)速系統(tǒng)近年來(lái)已發(fā)展成熟，用途越來(lái)越廣，與—M系統(tǒng)相比，在很多方面具有較大優(yōu)越性：①主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率元件少；②開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較??；③低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；④系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；⑤全電路元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；⑥電流采用不控三相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高。PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)目前只用與中、小功率的系統(tǒng)，同時(shí)也存在幾個(gè)難克服的固有問(wèn)題：①②調(diào)速時(shí)功率因數(shù)低，也限制了調(diào)速范圍；③要克服上述困難，就得加大平波電抗器的電感，但電感大又限制了系統(tǒng)的快速性。自從全控式電力電子器件問(wèn)世以后，使得脈寬調(diào)速更容易實(shí)現(xiàn)，而且性能更好。因此，脈寬調(diào)速正在一般工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。4湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第3章脈寬調(diào)速的理論及論證.2.1脈寬調(diào)速的簡(jiǎn)介20世紀(jì)70年代以前，以晶閘管為基礎(chǔ)組成的相控整流裝置是機(jī)電傳動(dòng)中半控型器件，使得由其構(gòu)成的V-M系統(tǒng)的性能受到一定的限制。電力電子器件GTOGTRP-MOSFET（絕緣柵極雙極型晶體管）等組成的直流脈沖寬度調(diào)制型（PWM）調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成熟，用途越來(lái)V-M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；③低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；④系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；⑤相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高。脈寬調(diào)速系統(tǒng)和V-M系統(tǒng)之間的主要區(qū)別在于主電路和PWM控制電路，至本節(jié)僅就PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。2.2晶閘管結(jié)構(gòu)是一種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。其外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖8.5所示，它有三個(gè)電極，即陽(yáng)極，陰極。根據(jù)功率的大5湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)小，具有TO92TO220、螺栓形和平板形等多種封裝形式，如圖（）所示。螺栓形帶有螺栓的那一端是陽(yáng)極A，細(xì)線是控制極G，這種結(jié)構(gòu)更換方便，用于100A以下元件。平板形中間的金屬環(huán)是控制極G，離控制極遠(yuǎn)的一面是陽(yáng)極，近的一面是陰極，這種結(jié)構(gòu)散熱效果比較好，用于200A以上的元件。晶閘管是由四層半導(dǎo)體構(gòu)成的，如圖8.5（）所示。它由單晶硅薄片P1N1、P2N2四層半導(dǎo)體材料疊成，形成三個(gè)PN結(jié)。晶閘管的圖形符號(hào)如圖（）所示。圖8.5晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)（）外形封裝（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)（）圖形符號(hào)晶閘管的工作原理維持正向電壓，則晶閘管就維持導(dǎo)通。下面來(lái)分析晶閘管的工作機(jī)理。根據(jù)晶PNP型晶體管VT1，另一只為NPN型晶體管VT2，中間的PN結(jié)為兩管共用。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加上正向電壓時(shí)，這時(shí)VT1和VT2都承受正向電壓，如果在控制極上加上一個(gè)對(duì)陰極為正的電壓，就有控制電流Ig流過(guò)，它6湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)就是VT2的基極電流Ib2經(jīng)過(guò)VT2VT2的集電極就產(chǎn)生電流Ic2=β2Ib2=β2（β2為VT2IC2又恰恰是VT1的基極電流，這個(gè)電流再經(jīng)過(guò)VT1的放大作用，便得到VT1的集電極電流IC2=β1Ib1=β1β2Ig(β1為VT1的電流放大系數(shù)，由于VT1的集電極和VT2的基極是接在一起的，所以這個(gè)電流又流入VT2的基極，再次放大。如此循環(huán)下去，形成觸發(fā)導(dǎo)通過(guò)程。在晶閘管導(dǎo)通后，VT2的基極始終有比控制電流Ig大得多的電流流過(guò)，因此，當(dāng)晶閘管一經(jīng)導(dǎo)通，控制極即使去掉控制電壓，晶閘管仍然可保持導(dǎo)通。當(dāng)在晶閘管陽(yáng)極與陰極間加反向電壓時(shí)，VT1和VT2便都處于反向電壓的作為1V左右。綜上所述，可以得到下述結(jié)論：（1）起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽(yáng)極加正向電壓還是反向電壓晶閘管都不導(dǎo)通，這說(shuō)明晶閘管具有正、反向阻斷的能力。（2）晶閘管的陽(yáng)極和控制極相對(duì)于陰極同時(shí)加正向電壓時(shí)晶閘管才導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件。（3）在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽(yáng)極正向電壓降低到一定的數(shù)值以下。晶閘管分為：半控型和全控型晶閘管器件。半控型：指控制極在器件導(dǎo)通后即失去控制作用的器件，為了關(guān)斷這類器件阻斷能力。7湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全控型：指控制極在器件導(dǎo)通后能夠直接控制通斷的器件。一般用到的都是全控型的如：全控型電力電子器件（門極可關(guān)斷晶閘（絕緣柵極雙極型晶體管）等。PWM變換器的分類及論證2.3。（1）不可逆PWM變換器不可逆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（）所示為無(wú)制動(dòng)作用的簡(jiǎn)單不可逆PWM電力電子器件（圖中為電力晶體管，也可以是MOSFET或IGBT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。（）原理圖圖2.1簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器電路（b）電壓和電流波型電力晶體管VT的基極由頻率為，其脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)，當(dāng)時(shí)，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓通過(guò)VT加時(shí)，為負(fù)，VT截止，電樞失去電源，經(jīng)二極到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；當(dāng)管VD續(xù)流。電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為（）8湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)式中，——PWM的變化范圍在0～1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（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(jiàn)，電流是脈動(dòng)的，其平均值等于負(fù)載電流（——負(fù)載轉(zhuǎn)矩，——由于VT即在期間（2.12）在期間（2.13）式中，R，——電動(dòng)機(jī)電樞回路的總電阻和總電路和總電感；E——電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率都較高，至少是1～4kHz，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2.1（）所示為具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換電路，該電路設(shè)置了兩個(gè)電力晶體管VT1和VT2的通路。這種電路組成的PWM調(diào)速系統(tǒng)可在第、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，即分為兩段變化。期間，為正，VT1飽和導(dǎo)通；為負(fù)，VT2截止。此時(shí)，電源。當(dāng)電在電壓期間，9湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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2.1（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)電力晶體管VT2的情況。這時(shí)和期間，VT2在正的反電動(dòng)勢(shì)EE－產(chǎn)生的反向電流沿回路３通過(guò)VT2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VT1VT2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)，電壓和電流波型示圖2.2（送回電網(wǎng)，只能對(duì)濾波電容器充電而造成瞬時(shí)的電壓升高，稱作泵升電壓，必須采取措施加以限制，以免損壞電力晶體管和整流二極管。10湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.2具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換電路中，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)流期間的時(shí)刻。這時(shí)VD2兩電流很快衰減到零，如在圖2.2（d）中的動(dòng)勢(shì)E經(jīng)VT2沿回路３流過(guò)反向電流期間，VT2關(guān)斷，又沿回路４經(jīng)VD1時(shí)衰減到零，VT2VT1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)檠鼗芈罚苯?jīng)VT1流通。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，VT1、VD1、VT2、VD1四個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件輪流導(dǎo)通，其電流波形示圖2.2（dPWM11湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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運(yùn)行狀態(tài)，在電動(dòng)狀態(tài)下，依靠電力晶體管VT1的開(kāi)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(kāi)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