基于pwm控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計正文-文庫吧
2025-06-12 18:35 本頁面
【正文】 窄時，平均電壓為負，電動機反轉(zhuǎn)。如果正、負脈沖寬度相等，平均電壓為零，電動機停止運轉(zhuǎn)。因為雙極式可逆PWM變換器電動機電樞兩端的平均電壓為 若仍以來定義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，的變化范圍為。為正值，電動機正轉(zhuǎn)；為負值，電動機反轉(zhuǎn)；，電動機停止運轉(zhuǎn)。在時，電動機雖然不動，但電樞兩端的瞬時電壓和流過電樞的瞬時電流都不為零，而是交變的。這個交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增加了電動機的損耗，當(dāng)然是不利的。但是這個交變電流使電動機產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動機正、反向切換時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用，有利于快速切換。 圖13 H橋主電路 圖14當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動機轉(zhuǎn)速由高變低時（減速或者停車），儲存在電動機和負載轉(zhuǎn)動部分的動能將變成電能，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，不能將這部分能量回饋給電網(wǎng)，只能對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”。過高的泵升電壓會損壞元器件，因此必須采取預(yù)防措施，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14所示。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，VT導(dǎo)通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。這種辦法簡單實用，但能量有損失，且會使分流電阻R發(fā)熱，因此對于功率較大的系統(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。 PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計 PWM信號發(fā)生器PWM信號發(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)生的電壓信號送給H橋中的四個IGBT。通過改變電力晶體管基極控制電壓的占空比，而達到調(diào)速的目的。其控制電路如圖15所示.圖15PWM控制電路 SG3525芯片的主要特點SG3525為美國Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，如圖16所示。圖16SG3525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)部包含有精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比050%,灌拉電流峰值可達500mA?？芍苯域?qū)動功率MOS管，工作頻率高達400KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護和軟啟動振蕩器外部同步、死區(qū)時間可調(diào)、PWM瑣存、禁止多脈沖、逐個脈沖關(guān)斷等功能。該電路由基準電壓源、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)動級，軟軟啟動及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0700C。 V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V. SG3525的工作原理 ，微調(diào)至 %，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。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)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。 SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5 的軟啟動電容。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，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。由于實際中，基準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載的變化而升高時，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間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，PWM瑣存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。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和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時，軟啟動電容將開始放電。 此外，SG3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成PWM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，PWM瑣存器才被復(fù)位。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖17所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負圖17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)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串聯(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，是內(nèi)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、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器通常都采用PI調(diào)節(jié)器。在圖17中，標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照觸發(fā)器GT的控制電壓為正電壓的情況標出的，而且考慮運算放大器的反相作用。通常，轉(zhuǎn)速電流兩個調(diào)節(jié)器的輸出值是帶限幅的，轉(zhuǎn)速調(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。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 根據(jù)圖16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17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。飽和時輸出達到限幅值；不飽和時輸出未達到限幅值，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，輸出為恒值，輸入
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