【正文】 故可使用MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過(guò)由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。 由于N+ 區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓1000V的IGBT 通態(tài)壓降為2 ～ 3V 。它與MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開(kāi)啟電壓Ugs(th) 時(shí)，IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。因此熟悉IGBT模塊性能，了解選擇及使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用是十分必要的。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。因此使用中要注意以下幾點(diǎn)：在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí)，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸； 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí)，在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊； 盡量在底板良好接地的情況下操作。IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。采用大功率電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓Us。當(dāng)轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓之差=e小于某一設(shè)定值ε時(shí)，進(jìn)行上面所講的比例積分調(diào)節(jié)算法；而當(dāng)eε時(shí)，不再進(jìn)行積分運(yùn)算，即將積分分離出來(lái)。 橋式PWM降壓斬波器原理電路圖 橋式PWM降壓斬波器電壓輸出波形圖電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平均值為 U= ()由于01 , 范圍是 U~+ U ,因而電動(dòng)機(jī)可在正反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。(2) 調(diào)寬調(diào)頻法。 降壓斬波電路控制原理IGBT相控調(diào)壓或PWM斬波器調(diào)壓比串電阻調(diào)壓損耗小，效率高，而斬波調(diào)壓比相控調(diào)壓又多了不少優(yōu)點(diǎn)，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱很小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快等。與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。；；；調(diào)速范圍；低速時(shí)變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。開(kāi)式傳動(dòng)方式傳動(dòng)效率低，傳動(dòng)比較小，而閉式齒輪箱傳動(dòng)效率較高，齒輪使用壽命較長(zhǎng)。軸箱是軸承箱的簡(jiǎn)稱，與輪對(duì)兩端的軸頸配合安裝，軸箱兩側(cè)的滑槽與車(chē)架上的導(dǎo)軌相配，上面有安放彈簧托架的座孔?！　≤?chē)架是機(jī)車(chē)的主體，是由厚鋼板焊接而成的框架結(jié)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面，特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)數(shù)字化控制，在設(shè)計(jì)中，采用了AT89C51單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量對(duì)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測(cè)量；主電路由整流電路、濾波電路組成，控制電路以單片微機(jī)為核心,組成包括電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、保護(hù)模塊等。在設(shè)計(jì)中，采用PWM調(diào)速方式，通過(guò)改變PWM的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。除了輪對(duì)和軸承箱，機(jī)車(chē)上的機(jī)械和電氣裝置都安裝在車(chē)架上。車(chē)架靠彈簧托架支承在軸箱上，軸箱是車(chē)架與輪對(duì)的連接點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱GM系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。并且IGBT可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。圖為PWM降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形，假定晶閘管 V 先導(dǎo)通了 T 秒（忽略 V 的管壓降，這期間電源電壓 U全部加到電樞上），然后關(guān)斷了T 秒（這期間電樞端電壓為零）。T保持一定，使T在0~范圍內(nèi)變化。 雙閉環(huán)控制原理（1） 電流環(huán)的設(shè)計(jì)由主電路可知，電流反饋環(huán)是霍爾電流傳感器(BHL)主電路電流進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)放大濾波后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，再送入單片微機(jī)進(jìn)行反饋控制，軟件采用比例積分調(diào)節(jié)算法，有式 yk = [ + （）式中，Ts為采樣周期可知，PI調(diào)節(jié)的非遞推位置算式為 （）電流環(huán)的作用：（1）對(duì)內(nèi)環(huán)內(nèi)擾動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。在eε的情況下，將積分分離后有兩種運(yùn)算方法，一種是進(jìn)行比例調(diào)節(jié)運(yùn)算， 它適合用于比例系數(shù)較大的場(chǎng)合；另一種是直接輸出限幅值，使電動(dòng)機(jī)在最大容許的電樞電流下加速或減速，它適合于比例系數(shù)較小的場(chǎng)合。由于電容容量過(guò)大，突加電源時(shí)相當(dāng)于短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串加限流電阻（或者電抗），合上電源以后，延時(shí)開(kāi)關(guān)將短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。其相互關(guān)系見(jiàn)下表。 在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類(lèi)： （2） 靜態(tài)特性IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)特性。在IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， Id 與Ugs呈線性關(guān)系。IGBT 處于斷態(tài)時(shí)，只有很小的泄漏電流存在。 IGBT在關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。脈沖功率放大電路選用模塊EX359，其電源電壓為12V，輸入信號(hào)4~5V，（對(duì)應(yīng)IGBT導(dǎo)通）和2V（對(duì)應(yīng)IGBT關(guān)斷），工作頻率為2~5kHz，可驅(qū)動(dòng)50A以下的逆變器，其內(nèi)部電路如圖35所示。（3）LC濾波器參數(shù)計(jì)算 整流橋輸出端所并接的電容除濾除整流后的電壓紋波，并在負(fù)載變化時(shí)保持電平平穩(wěn)。泵升電壓為50v為則 （）取為1200V 的電容，阻值取100(5) 電抗器參數(shù)計(jì)算與選擇對(duì)絕緣柵雙極型晶體管直流調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載電流較小，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，影響系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。本讀寫(xiě)器以AT89C51為內(nèi)核。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年?？臻e狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。常見(jiàn)的鍵盤(pán)布局如圖1所示。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號(hào)。因?yàn)閄TAL2的邏輯電平與TTL電平不兼容，所以應(yīng)接一個(gè)上拉電阻，對(duì)于外部脈沖信號(hào)只要要求高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns，一般為低于12MHz的方波。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他寄存器有影響，對(duì)我們的設(shè)計(jì)也是要考慮的。R1取200歐姆。 轉(zhuǎn)速檢測(cè)本設(shè)計(jì)中選用的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置由單片微機(jī)、模擬電壓變換電路幾A/D轉(zhuǎn)換器接口芯片組成的測(cè)速裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，圖中的三部分均具有線行特性：(1) 分辨率。圖 測(cè)速機(jī)測(cè)速的電路原理圖(4) 轉(zhuǎn)速反饋值和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，需對(duì)測(cè)速機(jī)輸出的模擬電壓Ua進(jìn)行變換。此次設(shè)計(jì)使我充分認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)的靈活性和多變性。由于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的限制，本次設(shè)計(jì)基本上完成了硬件部分的設(shè)計(jì)。最后在電路圖紙的繪制階段，我也學(xué)會(huì)了許多，能夠更加熟練的操作Protell 99，遇到困難時(shí)可以更加理智的去克服。最后，我要對(duì)四年來(lái)辛勤培養(yǎng)我的信息與電氣工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師在此表示衷心的感謝，對(duì)評(píng)審本設(shè)計(jì)和參加同學(xué)答辯的老師表示誠(chéng)摯的敬意。目前，電機(jī)車(chē)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在日常生活中應(yīng)用比較頻繁，但通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我還是學(xué)到和鞏固了很多以前沒(méi)掌握或粗淺了解的知識(shí)，使我對(duì)礦用電機(jī)車(chē)調(diào)速系統(tǒng)有了更深次的了解和掌握，并通過(guò)本次硬件的設(shè)計(jì)，相信能夠?yàn)槲乙院蟮墓ぷ魈峁┫喈?dāng)寶貴的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。我深深的體會(huì)到，畢業(yè)設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要自己做出決策，即自己確定方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。 速度檢測(cè)電路圖，R2取99K；R3，R5，R8，R6取2 K；R1，R4，R7取1 K即可實(shí)現(xiàn)四倍放大。當(dāng)取時(shí)（數(shù)字量），這樣可簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)速給定值與反饋之間的偏差量的求取。和選定后，CPU從A/D轉(zhuǎn)換器讀入的轉(zhuǎn)換值成正比。由于使用的頻率為12MHZ的晶體振蕩器，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)24μs才能完成復(fù)位操作。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性?！?4MHz之間選擇。： 鍵盤(pán)電路圖時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。選擇8155作為顯示和鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)芯片，顯示原理從8155的PB口輸出要顯示的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)74LS373驅(qū)動(dòng)后通過(guò)拉作為為數(shù)碼管的BCD輸入。 AT89C51的引腳功能表引腳符號(hào)功能40Vcc電源端，為+5V20GND接地端18XTAL2接外部晶體和微調(diào)電容。全靜態(tài)工作：可從0Hz～16MHz。片內(nèi)帶有4KB的閃爍可編程及可檫除只讀存儲(chǔ)器，外部可擴(kuò)展64K的程序空間和64K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（I/O空間）。其臨界電感量Lcr計(jì)算公式為 （）(6) 關(guān)于IGBT的選擇對(duì)于PWM變換器主電路大功率IGBT的選擇，則需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓和額定電流來(lái)選擇。濾波電感主要是用來(lái)限制電流脈動(dòng)和短路電流上升率，按絕緣柵雙極型晶體管三相橋式整流電電路限制電流脈動(dòng)的電感算式估算如下（取Si=10%） （）考慮到整流變壓器和電動(dòng)機(jī)存在一定的電感量，實(shí)際串聯(lián)電感為5mH。當(dāng)V 變?yōu)椤?”時(shí)，發(fā)光二極管截止，光敏三極管截止，于是VT VT放電，給IGBT提供一個(gè)2V左右的反向偏壓，使快速可靠的截止。實(shí)際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間 t(off)=td(off)+trv十t(f) 式中，td(off)與trv之和又稱為存儲(chǔ)時(shí)間。td(on) 為開(kāi)通延遲時(shí)間， tri 為電流上升時(shí)間。 IGBT 的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。一般保存IGBT模塊的場(chǎng)所，應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài)，不應(yīng)偏離太大。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗增大，使原件發(fā)熱加劇，因此，選用IG