【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 =1200V cI =16A *CNT =100C? kWPCM ? VU satCE )( ? 1 給定基準(zhǔn)電源 此電路用于產(chǎn)生177。 15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準(zhǔn)電壓，如圖 22所示： 8 圖 22 給定基準(zhǔn)電源電路 2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對(duì)被控量進(jìn)行采樣，然后與給定值比較，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反饋的關(guān)鍵是對(duì)被控量進(jìn)行采樣 與測(cè)量。 （ 1） 電流調(diào)節(jié)器 由于電流檢測(cè)中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)sToi ? ，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。為了平衡反饋信號(hào)的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時(shí)間上配合恰當(dāng)。 圖 23 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 （ 2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速反饋電路如圖 24所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù) sTon ? 。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。 9 圖 24 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 3 信號(hào)產(chǎn)生電路 本設(shè)計(jì)采用集成脈寬調(diào)制器 SG3524作為脈沖信號(hào)發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中 IGBT的開(kāi)關(guān)頻率，選擇適當(dāng)?shù)?tR 、 tC 值即可確定振蕩頻率。 電路中的 PWM信號(hào)由集成芯片 SG3524產(chǎn)生， SG3524采用是定頻 PWM電路 ,DIP16型封裝。 由 SG3524構(gòu)成的基本電路如圖 25所示，由 15腳輸入 +15V電壓，用于產(chǎn)生 +5V基準(zhǔn)電壓。在 7引腳之間接入外部阻容元件構(gòu)成 PI調(diào)節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。 1 13引腳通過(guò)電阻與 +15V電壓源相連，供內(nèi)部晶體管工作，由電流調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓作為 2引腳輸入，通過(guò)其電壓大小調(diào)節(jié) 1 13引腳的輸出脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制變換器的功能實(shí)現(xiàn)。 圖 25 SG3524管腳 圖 10 圖 26 SG3524引腳接線圖 圖 27 SG3524內(nèi)部框圖 主要參數(shù)：輸入電壓 Uimax： 40V 輸出電流： 500mA 好散功率： 1W 11 4 IGBT 基極驅(qū)動(dòng)電路原理 工作原理如圖 28所示 圖 28 EXB841內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 EXB841 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下： 腳 1 ：連接用于反向偏置電源的濾波電容器； 腳 2 ：電源（ ＋ 20V ）； 腳 3 ：驅(qū)動(dòng)輸出； 腳 4 ：用于連接外部電容器，以防止過(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作（大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器）； 腳 5 ：過(guò)流保護(hù)輸出； 腳 6 ：集電極電壓監(jiān)視； 腳 7 、 8 ：不接； 腳 9 ：電源； 腳 10 、 11 ：不接； 腳 14 、 15 ：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入（ ，＋）； 5 基于 EXB841驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路中 V5起保護(hù)作用，避免 EXB841的 6腳承受過(guò)電壓，通過(guò) VD1檢測(cè)是否過(guò)電流，接 VZ3的目的是為了改變 EXB模塊過(guò)流保護(hù)起控點(diǎn)，以降低過(guò)高的保護(hù)閥值從而解決過(guò)流保護(hù)閥值太高的問(wèn)題。 R1和 C1及 VZ4接在 +20V電源上保證穩(wěn)定的電壓。 VZ1和 VZ2避免柵極和射極出現(xiàn)過(guò)電壓， Rge是防止 IGBT誤導(dǎo)通。 針對(duì) EXB841存在保護(hù)盲區(qū)的問(wèn)題，可如圖 12所示將 EXB841的 6腳的超快速恢復(fù)二極管 VDI換為導(dǎo)通壓降大一點(diǎn)的超快速恢復(fù)二極管或反向串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，也可采取對(duì)每個(gè)脈沖限制最小脈 寬使其大于盲區(qū)時(shí)間，避免 IGBT過(guò)窄脈寬下 12 的低輸出大功耗狀態(tài)。針對(duì) EXB841軟關(guān)斷保護(hù)不可靠的問(wèn)題，可以在 EXB841的 5腳和 4腳間接一個(gè)可變電阻， 4腳和地之間接一個(gè)電容，都是用來(lái)調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間，保證軟關(guān)斷的可靠性。針對(duì)負(fù)偏壓不足的問(wèn)題，可以考慮提高負(fù)偏壓。一般采用的負(fù)偏壓是 5V，可以采用 8V的負(fù)偏壓 (當(dāng)然負(fù)偏壓的選擇受到 IGBT柵射極之間反向最大耐壓的限制 )，輸人信號(hào)被接到 15腳， EXB841正常工作驅(qū)動(dòng) IGBT. 圖 29 EXB841驅(qū)動(dòng) IGBT設(shè)計(jì)圖 主要參數(shù)：電源電壓： 20V 最大輸出 功率： 47mA 最高工作頻率： 10kHz 6 鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路 鋸齒波信號(hào)發(fā)生器 SG的輸出信號(hào) Us與控制信號(hào) *CU 在 PWM轉(zhuǎn)換器（ SG3524）中進(jìn)行比較， PWM輸出幅度恒定、寬度變化的方波脈沖序列，即 PWM 波。 SG電路可有 UJT或者 PUT構(gòu)成。 UJT鋸齒波信號(hào)發(fā)生器基本電路如圖 210 所示 圖 210 鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路 13 7 轉(zhuǎn)速及電流檢測(cè)電路 （ 1） 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖 211 所示。與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反 饋電壓 nU ，與給定電壓 *nU 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 nU? 輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，測(cè)速電路如圖 15 所示，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 圖 211 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 （ 2） 電流檢測(cè)電路 通過(guò)霍爾傳感器測(cè)量電流的 電流檢測(cè)電路 原理如圖 212所示 。 圖 212 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理 霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 13所示。用一環(huán)形導(dǎo)磁材料作成磁芯，套在被測(cè)電流流過(guò)的導(dǎo)線上，將導(dǎo)線中電流感生的磁場(chǎng)聚集起來(lái)，在磁芯上開(kāi)一氣隙，內(nèi)置一個(gè)霍爾線性器件，器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導(dǎo)線中流通的電流。 閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點(diǎn)： 1）可以同時(shí)測(cè)量任意波形電流，如：直流、交流、脈沖電流； 14 2）副邊測(cè)量電流與原邊被測(cè)電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為 2kV～12kV； 3）電流測(cè)量范圍寬，可測(cè)量額定 1mA～ 50kA電流； 4）跟蹤速度 di/dt50A/μs ； 5）線性度優(yōu)于 ％ IN； 6）響應(yīng)時(shí)間 1μs ； 7）頻率響應(yīng) 0～ 100kHz。 第三章、 參數(shù)整定 (1)CT,RT， RD 的 選取 SG1525 集成控制器可輸出 0． 1～ 400kHz 的脈沖頻率 ，對(duì)應(yīng) CT= 0． 001～ F， RT=2 ～ 150k? 取值 。一般對(duì)于 BJT和 GTo器件可取 f=1kHz 以下，IGBT器件取 f= 10kHz 左右 。 f與 CT,RT， RD的關(guān)系用下式確定 f=l／ (t1+ t2 )=1／ (0． 67R1CTR1+ ) 例如 f= lkHz， T= 0． 001s，取 定 t1= 0． 02s， t2=0． 16s，可算得Ce= min/r時(shí)的 RT與 RD分別為 RT = t1／ 0． 67Ct— ／ 0． 67 0． 011061 = 134k? RD= t2／ 1． 3CT= 0． 0001／ 1． 3 0． 01 610? =7． 7k? t2 一般應(yīng)取遠(yuǎn)小于 t1 的值 ,否則影響脈沖占空比 (t1／ (t1 + t2))和斬 波效率 。此處的占空比最大值為 0． 0009／ (0． 0001+0． 0009)=。 (2)R2和 RP1 的選取 VREF(16 腳 )輸出的最大電流為 50mA， 一 般在 40mA 以下取值 。若取定IREF=1～ 5mA變化 ， RP1設(shè)為零值時(shí)可算得 R2為 R2= VREF／ IREF=5． 1V／ 5mA=lk? RP1設(shè)置為最大值時(shí) 可算 得 RP1+ R2= VREF／ IREF= 5． 1V／ lmA =? RP1 = 4． 1k? (3)其它引腳器件的確定 15 R5 電阻的選取要用調(diào)試方法確定，一般選取一個(gè)可調(diào)電位器 Rw 和一個(gè)固定的 R串聯(lián)組成 Rs=Rw+R 的結(jié)構(gòu)。當(dāng) Rw調(diào)為零時(shí)， R的大小要足以限制功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入電流不超過(guò)允許值 。例如 ，功率驅(qū)動(dòng)電路要求 Vo1 +Vo2=3V．驅(qū)動(dòng)輸入電流最大允許值為 50mA，忽略圖 2中 Tt或 T2導(dǎo)通壓降最小值 (sat)，可算得 R5? 電阻應(yīng)為 R5? =(Vcc1Vo)／ Io= (1 5— 3)V／ 50mA = 0． 24k? . 可選取 R5? =300? ,略大于計(jì)算值的電阻。由于 R5? 上有較大的電流，還要注意其瓦 數(shù) 的選擇 此處可選 PR5? ≥ (Vcc1Vo)／ Io = 。 16 第四章、 電路圖總體設(shè)計(jì) 17 結(jié)束語(yǔ) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)為 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，是以控制電路為核心，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，由 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生和驅(qū)動(dòng)。其中 SG3524 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為 IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 主電路中采用兩個(gè) IGBT構(gòu)成的 半橋型結(jié)構(gòu)，可看成一個(gè)降壓變換器和一個(gè)升壓變換器電路的組合；使其實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的轉(zhuǎn) 速閉環(huán)控制。 本閉環(huán)控制的 PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和制作實(shí)驗(yàn)掛件，在教學(xué)和研究領(lǐng)域發(fā)揮作用，方便同學(xué)及老師研究，提高安全性和效益性。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我們能夠沖分的把握理論語(yǔ) 實(shí)踐的相結(jié)合。用我們所學(xué)過(guò)的 理論知識(shí)同構(gòu)通過(guò)完成本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮出來(lái)。在本設(shè)計(jì)中我們不但要運(yùn)用電機(jī)理論知識(shí)，還要充分運(yùn)用單片機(jī) .電路 .電力電子 .交流調(diào)速等方面的知識(shí)，使我們所學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行綜合的應(yīng)用。增強(qiáng)我們對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合的應(yīng)用及綜合應(yīng)用能力，從而達(dá)到學(xué)至所用的目的，使我們明白把所學(xué)的知識(shí)能充分應(yīng)用，那才是真正的學(xué)會(huì)了 。學(xué)了不會(huì)用等于白學(xué)，因而我們