【正文】 SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWM 控制芯片，它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了 驅(qū)動(dòng)能力 ；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、 PWM 鎖存器 ，有過(guò)流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限 26 制最大占空比 。查閱資料可得鐵心材料的飽和磁密 B T? ， 飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 21900SH A m? ，剩磁磁密 B T? 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟為： （ 1）確定變壓器的 二次側(cè)的強(qiáng)電壓 20U 120 50 105UUVK? ? ? （ 51） 確 定 變 壓 器 的 二 次 側(cè) 的 強(qiáng) 電 壓 20U 120 5 15UUVK? ? ? （ 52） （ 2）確定空載勵(lì)磁電流 0I 02(0 . 2 ~ 0 . 3 ) (0 . 2 ~ 0 . 3 )0 . 6 5 0 . 0 2 4 ~ 0 . 0 3 6I I K A A? ? ? （ 53） 25 式中， 2I 為 一 般 取 晶 閘 管 最 大 觸 發(fā) 電 流 的 兩 倍32 2 2 3 0 0 1 0 0 . 6GTI I A?? ? ? ? ?。依次類(lèi)推，可以確定六個(gè)器件相應(yīng)觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線(xiàn)。其中 VD4和 R17 的作用，主要是防止雙窄脈沖信號(hào)相互干擾。如圖 中兩個(gè)晶閘管構(gòu)成一個(gè)“或”門(mén)。 2) 采用 KJ004 元件組裝的六脈沖觸 發(fā)電路，二極管 VD1～ VD12 組成六個(gè)或門(mén)形成六路脈沖，并由三極管 V1～ V6 進(jìn)行脈沖功率放大。同時(shí)， V7 正脈沖又通過(guò)二極管 VD7，經(jīng)V9～ V11 放大后輸出脈沖。在同步電壓一個(gè)周期內(nèi)， V7 集電極輸出兩個(gè)相位差為 180176。當(dāng) V6 由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí)， C2 所充電壓通過(guò) V6 成為 V7 基極反向偏壓，使 V7 截止。當(dāng) ube6+時(shí)， V6 導(dǎo)通。當(dāng) V4 截止時(shí)，電流經(jīng) (+15V－ R6－ C1－ R22－ RP1－ (－ 15V))對(duì) C1 充電，形成線(xiàn)性增長(zhǎng)的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過(guò) R2 22 RP1 的充電電流和電容 C1 的大小。 V4 基本上處于截止?fàn)顟B(tài)。 (1~ 3腳為 6路 單脈沖輸入)(15 ~10 腳為6 路雙脈沖輸出)至VT 1至VT 2至VT 3至VT 4至VT 5至VT 6 圖 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路 21 圖 KJ004 的電路原理圖 KJ004 的工作原理 如圖 KJ004 的電路原理圖所示，點(diǎn)劃框內(nèi)為 KJ004 的集 成電路部分，它與分立元件的同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路相似。根據(jù)單相同步信號(hào)的上升沿和下降沿，形成兩個(gè)同步點(diǎn)，分別發(fā)出兩個(gè)相位互差 180176。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 M a y 20 0 8 S he e t o f F i l e : F : \ p r ot e l 99 \ y l l \ M y D e s i g n 1. d db D r a w n B y:R2R4R3R1TMVD1 VD2VD3V1V2E1E2 圖 觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路類(lèi)型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對(duì)來(lái)說(shuō)電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)不采用。它由 V V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變 壓器 TM 及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。 （ 4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。或采用相隔 60176。 為了使元件免受在突發(fā)情況下超過(guò)其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過(guò)電壓，過(guò)電流保護(hù)裝置。為此，晶閘管必須嚴(yán)格俺編號(hào)輪流導(dǎo)通，其中晶閘管與按 A 相， 晶閘管與按 B相，晶閘管與按 C 相，晶閘管接成共陽(yáng)極組和共陰極組。 圖 三相橋式不可控整流電路及波形 17 勵(lì)磁回路的選擇 本設(shè)計(jì)勵(lì)磁電路采用三相橋式晶閘管變流裝置供電，構(gòu)成勵(lì)磁電流閉環(huán)控制 。由于電流總是從高電位流向低電位，負(fù)載 R2 和 VD4 流至 A 點(diǎn)，負(fù)載電壓UONUOAt/A。 綜上所述，具有制動(dòng)作用的不可逆 PWM 變換器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)電樞回路中的電流始終是連續(xù)的；而且，由于電流可以反向，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)二象限運(yùn)行，有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能。 衰減到零， VT1 在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。到了 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)刻。 這種電路構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)還存在一種特殊情況，即在電動(dòng)機(jī) 15 的輕載電動(dòng)狀態(tài)中，負(fù)載電流很小，在 VT1 關(guān)斷后（即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 變負(fù)， VT2 截止， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 沿回路 3 通過(guò) VT2 流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)，一部分能量消耗在回路電阻上，一部分轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能存儲(chǔ)在回路電感中，直到 t=T 為止。在錯(cuò)誤 !未找到引用源。 降低。 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。在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為負(fù)， VT2 截止。分為兩段變化。這種電路組成的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)可在第 I、 II 兩個(gè)象限中運(yùn)行。不能反向，因此系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)作用，只能做單向限運(yùn)行，這種電路又稱(chēng)為“受限式”不可逆 PWM 電路。 。由于 VT 在一個(gè)周期內(nèi)具有開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也分為兩階段，即在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 脈動(dòng)的，其平均值等于負(fù)載電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 平均電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為負(fù)， VT 截止，電樞失去電源，經(jīng)二極管VD 續(xù)流。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。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。 11 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。 直流系統(tǒng)中調(diào)速范圍 D、靜差率 S、和額定轉(zhuǎn)速 Nn 之間的關(guān)系：在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào) 速系統(tǒng)中，一般以 Nn 作為最高轉(zhuǎn)速，若額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速降落為 Nn? ，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即： snsns NNN??????? )1(nnm i n 則最低轉(zhuǎn)速為： NNnnn??????m i n0 m i nNnnS 而調(diào)速范圍為： )1(nnDm i nm i nm a xsnsnnn NNN?????? 由上式可見(jiàn)，要求 s 值要求越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。 跟隨指標(biāo)與抗擾指標(biāo)都表征系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的性能，之所以要分別列出，是由于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，其跟隨指標(biāo)和抗 擾動(dòng)指標(biāo)并不相同，不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)這兩類(lèi)指標(biāo)的要求也是不一樣的。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣的飽和輸出 Uim＊ ，這時(shí)電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)?？梢詮V泛應(yīng)用于現(xiàn) 代直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中。 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(xiàn)路簡(jiǎn)單 。 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(lèi)。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。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)。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。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱(chēng)整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 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。 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 采用轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路采用三相全控橋不可逆系統(tǒng)。所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生活中有舉足輕重的作用。最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)。該斬波器既能為煤礦窄軌電機(jī)車(chē)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。 1 目錄 摘要 ???????????????????????? 4 第一章 緒 論 ???????????????? 5 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 ?????????? 6 系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 ???????????????? 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 ?????????????? 7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 ???????????? ? 10 第三章 主電路的 設(shè)計(jì)與分析 ????????? 11 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?????????????????? 11 整流電路 ??????????????????? 16 勵(lì)磁回路的選擇 ???????????????? 17 晶閘管的觸發(fā)電路 ?????????????? 19 KJ004 的工作原理 ?????????????? 21 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)???????????????? 23 第四章 PWM 控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) ???? 25 PWM 信號(hào)發(fā)生器 ???????????????? 25 SG3525 引腳各端子功能 ?????????????? 27 第五章 主 電路元部件及參數(shù)計(jì)算 ?????????? 32 整流變壓器容量計(jì)算 ?????????????? 32 IGBT 管的參數(shù) ?????????????????? 33 三相全控橋整流二極管選擇 ???????????? 34 濾波電容 C1 的 選擇 ?????????????? 34 2 第六章 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì) ???????????? 34 IGBT 的保護(hù)設(shè)計(jì)?????????????????? 34 主電路過(guò)電流保護(hù)電路???????????????? 36 ?? ????????????????? 36 ??????????????????? 39 ?????????????????? 41 第七章 勵(lì)磁回路元件計(jì)算和選擇 ???????????? 42 變壓器的選擇???????????????????? 42 整流元件晶閘管的選型???????????????? 46 第八章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ????????? 47 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ???????????????? 47 ??? ????????????? 51 心得體會(huì) ?????????????????????? 57 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………… 58 3 摘 要 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。 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(mén)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)。而直流電調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣，靜差率小，穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。采用轉(zhuǎn)速反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)性能速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)足要求。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流的限制條件下，充分利用電 機(jī)的允許過(guò)載能力。 5 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和時(shí)間上都比較成熟，并且從閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它有是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，重在對(duì)電路及各元 件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器，整流元件， 保護(hù)電路以及電流轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。 （ 2） 要求達(dá)到的性能指標(biāo)：%5,20 ?? SD，電流超調(diào)量%5?l?，轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，且空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量%10n。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。換向器是一種機(jī)械整流部件