直流斬波電路的設(shè)計與仿真 畢業(yè)設(shè)計論文-文庫吧
2025-10-28 16:36 本頁面
【正文】 換器，降壓斬波，升壓斬波，儲能電感，直流開關(guān)電源， PWM；直流脈寬調(diào)速 一．降壓斬波電路 降壓斬波原理 ： REUIEETttt EtUMono f fonon??????000 ? 式中 ont 為 V處于通態(tài)的時間； oft 為 V處于斷態(tài)的時間； T為開關(guān)周期； ? 為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比火導(dǎo)通比。 根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式： 1） 保持開關(guān)周期 T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間 ont 不變，稱為 PWM。 2） 保持開關(guān)導(dǎo)通時間 ont 不變，改變開關(guān)周期 T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。 3） ont 和 T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。 4） 電力電子課程設(shè)計 7 工作原理 1） t=0時刻驅(qū)動 V導(dǎo)通，電源 E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓 uo=E，負(fù)載電流 io按指數(shù)曲線上升 2） t=t1時刻控制 V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管 VD續(xù)流，負(fù)載電壓 uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小通常使串接的tttOOOb)TEiGtonto f fio i1i2I10I20t1uoOOOtttTE Ec)iGiGtonto f fiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+MRLVDa)ioEMuoiG電力電子課程設(shè)計 8 電感 L值較大 ? 基于 “分段線性 ”的思想，對降壓斬波電路進(jìn)行解析 ? 從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo) ? 由于 L為無窮大，故負(fù)載電流維持為 Io不變 ? 電源只在 V處于通態(tài) 時提供能量，為 E0I ont ? 在整個周期 T中，負(fù)載消耗的能量為 （ R0I T+ ME 0I T） 一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等 REUIEETttt EtUMono f fonon??????000 ? 輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器 該電路使用一個全控器件 V，途中為 IGBT，也可使用其他器 件，若采用晶閘管，需設(shè)置晶閘管關(guān)斷的輔助電路。為在 V關(guān)斷是給負(fù)載的電桿電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管 VD。斬波電路的典型用途之一個拖動直流電動機(jī)，也可以帶蓄電池負(fù)載，兩種情況句會出現(xiàn)反電動勢。 在具有升降壓功能的非隔離式 DC／ DC變換器中， BuckBoost變換器和 Cuk變換器是負(fù)極性輸出， Sepic變換器和 Zeta變換器是正極性輸出，但這兩個變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，都需要兩個儲能電感，這必然導(dǎo)致變換器的損耗增加、效率變低，且體積和質(zhì) 量大 ，引。本文針對實際研究項目中提出的要求，摒棄采用上述各種變換器，設(shè)計了一 種新穎的具有升降壓功能和正極性輸出的 D C／ D C變換器，并采用該 DC／DC變換器研制出達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求的直流開關(guān)電源，獲得了良好的應(yīng)用價值。 電力電子課程設(shè)計 9 直流系統(tǒng)調(diào)速是由功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路，通常指人為地或自動地改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。機(jī)械特性上通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 PWM 控制技術(shù)是一中廣泛應(yīng) 用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而形狀相通的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時候，效果基本相通。在電力拖動系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電樞電壓的直流調(diào)速是應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)速方法，除了利用晶閘管整流器獲得可調(diào)直流電壓外，還可利用其它電力電子元件的可控性能，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變，大小可調(diào)的直流電壓，用以實現(xiàn)直流電動機(jī)電樞兩端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，采用門極可關(guān)斷晶體管 GTO、全控電力晶體管 GTR、 PMOSFET、絕緣柵晶體管 IGBT）等一些大功率全控 型器件組成的晶體管脈沖調(diào)寬型開關(guān)放大器（ Pulse Width Modulated） ,已逐步發(fā)展成熟，用途越來越廣。 調(diào)速通常通過給定環(huán)節(jié)，中間放大環(huán)節(jié)，校正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)等來實現(xiàn)。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能自動校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差的調(diào)速系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速要受到負(fù)載波動及電源電壓波動等外界擾動的影響。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動的校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差，不受負(fù)載及電網(wǎng)電壓波動等外界擾動的影響，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與給定轉(zhuǎn)速保持一致的調(diào)速系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。這是由于閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)。 IGBT 是強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率 MOSFET 的自然進(jìn)化。由于實現(xiàn)一個較高的擊穿電壓 BVDSS 需要一個源漏通道，而這個通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率 MOSFET 具有 RDS(on)數(shù)值高的特征， IGBT 消除了現(xiàn)有功率 MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率 MOSFET 器件大幅度改進(jìn)了 RDS(on)特性，但是在高電平時，功率導(dǎo)通損耗仍然要比 IGBT 技術(shù)高出很多。較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個電力電子課程設(shè)計 10 低 VCE(sat)的能力，以及 IGBT 的結(jié)構(gòu)，同一個標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡化 IGBT 驅(qū)動器的原理圖。 一個晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速的給定、檢測、反饋、平波電抗器、可控整流器、放大器、直流電動機(jī)等環(huán)節(jié)組成。這些環(huán)節(jié)都是根據(jù)用戶要求首先被選擇而確定下來的，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的固有部分。僅有這些固有部分所組成的系統(tǒng)是難以滿足生產(chǎn)機(jī)械的全面要求的，特別是對系統(tǒng)動態(tài)性能的要求，有時甚至是不穩(wěn)定的，為了設(shè)計一個靜態(tài)，動態(tài)都適用的調(diào)速系統(tǒng)，尤其是達(dá)到動態(tài)性能的要求，還必須對系統(tǒng)進(jìn)行校正。也就是在上述固有部分所組成的調(diào)速系統(tǒng)中另外加一個校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的動態(tài)性能也能達(dá)到指標(biāo)的要求。 本文中的雙閉環(huán)可逆ＰＷ Ｍ調(diào)速系統(tǒng)，采用集成控制器 SG3524 產(chǎn)生占空比可調(diào)的 PWM 波， 它的內(nèi)部包括誤差放大器 ,限流保護(hù)環(huán)節(jié) ,比較器 ,振蕩器 ,觸發(fā)器 ,
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