【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)機(jī)電樞回路的總電阻和總電感；E——電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率都較高，至少是1～4kHz，因此電流的脈動(dòng)幅值不會(huì)很大，再影響到轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)E的波動(dòng)就更小，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)，視n和E為恒值。這種簡(jiǎn)單不可逆PWM電路中電動(dòng)機(jī)的電樞電流不能反向，因此系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)作用，只能做單向限運(yùn)行，這種電路又稱為“受限式”不可逆PWM電路。這種PWM調(diào)速系統(tǒng)，空載或輕載下可能出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能均差。圖25（a）所示為具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換電路，該電路設(shè)置了兩個(gè)電力晶體管VT1和VT2，形成兩者交替開(kāi)關(guān)的電路，提供了反向電流的通路。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。VT1和VT2的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓大小相等，極性相反，即。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)平均電流就為正值，電流分為兩段變化。在期間，為正，VT1飽和導(dǎo)通；為負(fù)，VT2截止。此時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端，電流沿圖中的回路１流通。在期間，和改變極性，VT1截止，原方向的電流沿回路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。因此，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，一般情況下實(shí)際上是電力晶體管VT1和續(xù)流二極管VD2交替導(dǎo)通，而VT2則始終不導(dǎo)通，其電壓、電流波型如圖25（b）所示，與圖21沒(méi)有VT2的情況完全一樣。如果電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行中要降低轉(zhuǎn)速，可將控制電壓減小，使的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓降低。但是由于慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)E來(lái)不及立刻變化，因而出現(xiàn)的情況。這時(shí)電力晶體管VT2能在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)中起作用。在期間，VT2在正的和反電動(dòng)勢(shì)E的作用下飽和導(dǎo)通，由E－產(chǎn)生的反向電流沿回路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（也就是）期間，因變負(fù)，VT2截止，只能沿回路4經(jīng)二極管VD1續(xù)流，對(duì)電源回饋制動(dòng)，同時(shí)在VD1上產(chǎn)生的壓降使VT1承受反壓而不能導(dǎo)通。在整個(gè)制動(dòng)狀態(tài)中，VT2和VD1輪流導(dǎo)通，VT1始終截止，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電壓和電流波型圖25（c）。反向電流的制動(dòng)作用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直到新的穩(wěn)態(tài)。圖25 具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換電路這種電路構(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)的輕載電動(dòng)狀態(tài)中，負(fù)載電流很小，在VT1關(guān)斷后（即期間）沿回路2徑VD2的續(xù)流電流很快衰減到零，如在圖25（d）中的期間的時(shí)刻。這時(shí)VD2兩端的壓降也降為零，而此時(shí)由于為正，使VT2得以導(dǎo)通，反電動(dòng)勢(shì)E經(jīng)VT2沿回路3流過(guò)反向電流，產(chǎn)生局部時(shí)間的能耗制動(dòng)作用。到了期間，VT2關(guān)斷，又沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，到時(shí)衰減到零，VT1在作用下因不存在而反壓而導(dǎo)通，電樞電流再次改變方向?yàn)檠鼗芈罚苯?jīng)VT1流通。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，VTVDVTVD1四個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件輪流導(dǎo)通，其電流波形示圖25（d）。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。由具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換器構(gòu)成的直流調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)有兩種運(yùn)行狀態(tài)，在電動(dòng)狀態(tài)下，依靠電力晶體管VT1的開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)下則依靠VT2的開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)下電路電壓平衡方程式都分為兩個(gè)階段，情況同簡(jiǎn)單的不可逆的PWM變換器電路相同，即在期間為式，在期間為式　，只不過(guò)兩種狀態(tài)下電流的方向相反，即在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)為?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖26所示，圖中（a）為T型PWM變換器電路，（b）為H型PWM變換器電路。 圖26 可逆PWM變換器電路 （a）T型　　 （b）H型 T型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和與兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡(jiǎn)單，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋，適用于作為電壓低于50V的電動(dòng)機(jī)的可控電壓源；但是T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電源電壓下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半。H型電路是實(shí)際上廣泛應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個(gè)可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極性電源，所需電力電子器件的耐壓相對(duì)較低，但是構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)電樞兩端浮地。H型變換器電路在控制方式上分為雙極式、單極式和受限單極式三種。（1）雙極式可逆PWM變換器：雙極式可逆PWM變換器的主電路如圖23（b）所示。四個(gè)電力晶體管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中兩個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓波形相同，即，VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷；，VT2和VT3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。而且，和，相位相反，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)VT1，VT4和VT2，VT3兩組晶體管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，變換器輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)有正負(fù)極性變化，這是雙極式PWM變換器的特征，也是“雙極性”名稱的由來(lái)。由于電壓極性的變化，使得電樞回路電流的變化存在兩種情況，其電壓、電流波形如圖27所示。圖27 雙極式PWM變換器電壓和電流波形 （a）電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí) （b）電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕時(shí)如果電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較重，平均負(fù)載電流較大，在時(shí)，和為正，VT1和VT4飽和導(dǎo)通；而和為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)，加在電樞AB兩端，電樞電流沿回路１流通（見(jiàn)圖27（b）），電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。在時(shí)，和為負(fù)，VT1和VT4截止；和為正，在電樞電感釋放儲(chǔ)能的作用下，電樞電流經(jīng)二極管VD2和VD3續(xù)流，在VD2和VD3上的正向壓降使VT2和VT3的ce極承受反壓而不能導(dǎo)通，電樞電流沿回路2流通，電動(dòng)機(jī)仍處于電動(dòng)狀態(tài)。有關(guān)參量波形圖示于圖27（a）。如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，即當(dāng)時(shí)。于是在時(shí)，VT2和VT3的ce極兩端失去反壓，并在負(fù)的電源電壓（）和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的共同作用下導(dǎo)通，電樞電流反向，沿回路3流通，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。在（）時(shí)，和變負(fù)，VT2和VT3截止，因電樞電感的作用，電流經(jīng)VD1和VD4續(xù)流，使VT1和VT4的ce極承受反壓，雖然和為正，VT1和VT4也不能導(dǎo)通，電流沿回路4流通，電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，VT1和VT4才導(dǎo)通，電流又沿回路1流通。有關(guān)參量的波形示于圖27（b）。這樣看來(lái)，雙極式可逆PWM變換器與具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換器的電流波形差不多，主要區(qū)別在于電壓波形；前者，無(wú)論負(fù)載是輕還是重，加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓都在和之間變換；后者的電壓只在和0之間變換。這里并未反映出“可逆”的作用。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)制可逆運(yùn)行，由正、負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓的脈沖寬窄而定。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)， ，電樞兩端的平均電壓為正，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，平均電壓為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖寬度相等，平均電壓為零，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)殡p極式可逆PWM變換器電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為 若仍以來(lái)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(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；為負(fù)值，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在時(shí)，電動(dòng)機(jī)雖然不動(dòng)，但電樞兩端的瞬時(shí)電壓和流過(guò)電樞的瞬時(shí)電流都不為零，而是交變的。這個(gè)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(dòng)機(jī)的損耗，當(dāng)然是不利的。但是這個(gè)交變電流使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動(dòng)機(jī)正、反向切換時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，有利于快速切換。 參數(shù)設(shè)計(jì) IGBT管的參數(shù)IGBT（Insulated Gate Bipolor Transistor）叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開(kāi)關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其開(kāi)關(guān)速度可達(dá)1mS，額定電流密度100A/cm2，電壓驅(qū)動(dòng)，自身?yè)p耗小。其符號(hào)和波形圖如圖26所示。設(shè)計(jì)中選的IGBT管的型號(hào)是IRGPC50U,它的參數(shù)如下：管子類型：NMOS場(chǎng)效應(yīng)管極限電壓Vm：600V極限電流Im：27 A耗散功率P：200 W 額定電壓U：220V額定電流I：圖28 IGBT信號(hào)及波形圖 緩沖電路參數(shù)如圖23(b)所示，H橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。 IGBT的緩沖電路功能側(cè)重于開(kāi)關(guān)過(guò)程中過(guò)電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)3050kHz；因此很小的電路電感就可能引起頗大的，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出緩沖電路電阻R=10K；電容。 泵升電路參數(shù) 如圖26所示，泵升電路由一個(gè)電容量大的電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)VT組成。泵升電路中電解電容選取C=2000；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U 型號(hào)的IGBT管；電阻選取R=20。直流調(diào)速總圖第3章PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) SG3525的應(yīng)用集成脈寬調(diào)制控制器SG3525是控制電路的核心，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適合于各種開(kāi)關(guān)電源、斬波器的控制。本實(shí)驗(yàn)電路中用SG3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其外圍電路接線圖見(jiàn)圖31。圖31 SG3525外圍電路接線圖 SG3525芯片的主要特點(diǎn)SG3525為美國(guó)Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，如圖32所示。圖32 SG3525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(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相等、相位相互錯(cuò)開(kāi)180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號(hào)）。它適用于各開(kāi)關(guān)電源、斬波器的控制。輸出級(jí)采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比050%,灌拉電流峰值可達(dá)500mA?？芍苯域?qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz，具有欠壓鎖定、過(guò)壓保護(hù)和軟啟動(dòng)振蕩器外部同步、死區(qū)時(shí)間可調(diào)、PWM瑣存、禁止多脈沖、逐個(gè)脈沖關(guān)斷等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器