【文章內(nèi)容簡介】 [2][12]，其中 GM為三角波振蕩器， UPW 為脈寬調(diào)制器， GD為基極驅(qū)動器 , PWM為脈寬調(diào)制變換器， FA為瞬時動作的限流保護(hù)環(huán)節(jié)。電動機(jī) M的轉(zhuǎn)速 n由測速發(fā)電機(jī) TG測量，速度反饋信號Un 與速度給定電壓 Um* 同時加在速度調(diào)節(jié)器 ASR的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的速度外環(huán)。電動機(jī)的電樞電流 Ia 由電流傳感器 TA檢測，其輸出電壓 Ui 與速度調(diào)節(jié)器輸出電壓 Ui*同時加到電流調(diào)節(jié) 器 ACR 的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)。 M_ _ T G_ _ F AP W MG DD L DU P WG MA C RA S RUsUdT AUcUiUi*__UnUn*+ + 圖 24 雙閉環(huán)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 （一） 鋸齒波發(fā)生器，如圖 25，它是由兩個運(yùn)算放大器組成，它們形成自激震蕩， A1輸出正負(fù)對稱的方波脈沖， A2輸出鋸齒波。這種鋸齒波發(fā)生器線性度好，調(diào)整簡便，在工程中應(yīng)用廣泛，其震蕩頻率為 [4] )2(4 )( 5414 542 RRCRR RRRf X??? ? (21) 式中， X? 為電位器 RP的分壓系數(shù)。 ++A1++A2Rb a l 4Rb a l 3R1R2R3R4R5CV Z1V Z2RPαXUo 2 圖 25 鋸齒波發(fā)生器 （二）脈寬調(diào)制器 [4] 這是最關(guān)鍵的部件，它是將輸入直流控制信號轉(zhuǎn)換成為與之成比例的方波電壓信號，以便對電力晶體管進(jìn)行控制，從而得到希望的方波輸出電壓。實(shí)現(xiàn)上述電壓 — 脈寬變換功能的環(huán)節(jié)稱為脈沖寬度調(diào)制器，簡稱脈寬調(diào)制器。 +A3UP W MR0R0R0RbUsaUbUc 圖 26 脈寬調(diào)制器 圖 26 為脈寬調(diào)制器的原理圖，它是一個電壓 脈寬變換電路，由 ACR 輸出的控制電壓 Uc進(jìn)行控制，其輸出電壓的脈沖寬度與 Uc成正比。運(yùn)算放大器 A3工作在開環(huán)狀態(tài)，它能輸出正、負(fù)的飽和電壓。它的輸入端有三個信號，除 Uc外，還有調(diào)制信號 Ua（也就是圖 25 的 Uo2）和偏移電壓 Ub。 控制電壓 Uc的極性與幅值隨時可變，與 Uo2相減，從而在運(yùn)算放大器 A3的輸出端得到周期不變、脈沖寬度可變的調(diào)制輸出電壓 Upwm。為了在 Uc=0 時電壓比較器的輸出端得到正、負(fù)半周期脈沖寬度相等的調(diào)制 輸出電壓 Upwm；另一個輸入信號端是加一負(fù)的偏移電壓 Ub，其值為 max21 sab UU ?? 這時 Upwm如圖 27a 所示。 當(dāng) Uc0 時，使輸入端合成電壓為正的寬度增大，即鋸齒波過零的時間提前，經(jīng)比較器倒相后，在輸出端得到正半波比負(fù)半波窄的調(diào)制輸出電壓（圖 27b）。 當(dāng) Uc0時，輸入端合成電壓被降低，正的寬度減小，鋸齒波過零時間后移， 17 經(jīng)倒相，得到正半波比負(fù)半波寬的輸出信號（圖 27c）。 us aup w mc ) uc 0tttttttttus aus aooo oooooous a+ uc+ ubus a+ uc+ uba ) uc= 0b ） uc 0us a+ uc+ ubup w mup w m 圖 27 鋸齒波脈寬調(diào)制波形圖 （二）基極驅(qū)動電路 [4][2][11] 脈寬調(diào)制器輸出的脈沖信號經(jīng)過信號分配和邏輯延時后，送給基極驅(qū)動電路作功率放大，以驅(qū)動主電路的電力晶體管，每個晶體管應(yīng)有獨(dú)立的基極驅(qū)動電路。為了確保晶體管在開通時能迅速達(dá)到飽和導(dǎo)通，關(guān)斷時能迅速截止，正確設(shè)計(jì)基極驅(qū)動電路時非常重要的?；鶚O驅(qū)動電路有多種，下面介紹一種集成電路，它可以使電力晶體管具有多種自保護(hù)功能，且保證電力晶體管運(yùn)行于參數(shù)最優(yōu)的條件下。 大規(guī)模集成電路 UAA4002是為一塑封 16引線雙列直插式集成電路，是由法國湯姆森半導(dǎo)體公司研制和生產(chǎn)。其端子排列與原理圖如圖 28所示。 RTIN H123456781 61 51 41 31 21 11 09UAA 4002IB 1UUC CUC EICRS DRDG N DIB 2ECTRUS H程 序 流 程 圖P L C 的 型 號 選 擇P L C 模 塊 選 擇I / O 分 配 ， 設(shè) 置 和 安 裝系 統(tǒng) 聯(lián) 機(jī) 調(diào) 試系 統(tǒng) 投 入 運(yùn) 行軟 件 設(shè) 置編 輯 應(yīng) 用 程 序程 序 的 修 改 和 調(diào) 試確 定 控 制 對 象 及 控 制 范 圍軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 圖 28 UAA4002模塊 14腳：接正電源； 2腳：接負(fù)電源； 9腳：接零，提供參考的電位； 5腳：輸入端； 3腳：封鎖端，高電位時完全封鎖輸出信號，零電位時選擇電位輸入； 16腳：經(jīng)一小電阻 RB接被驅(qū)動功率晶體管基極，輸出正向驅(qū)動電流 IB1； 1腳：經(jīng)一小電感 L接驅(qū)動功率晶體管基極，輸出反向基極關(guān)斷 電流 IB2。15腳（ V+）：是 UAA4002輸出級電源輸入端，經(jīng)一外接電阻接到正電源 VCC； 7腳：最小導(dǎo)通時間整定值。它經(jīng)一電阻 RT接零，從而整定 tonmin，在 1~12181。s間調(diào)節(jié)。 為了使開關(guān)輔助網(wǎng)絡(luò)中的電容充分放電，邏輯處理器的輸出脈沖有一最小的寬度，這個最小導(dǎo)通時間必須至少是 RCD網(wǎng)絡(luò)時間常數(shù)的四倍。 tonmin保護(hù)是最高優(yōu)先保護(hù)，在 tonmin內(nèi)無任何其它保護(hù)能中止導(dǎo)通 tonmin保護(hù)功能不能舍棄不用。 8腳 :最大導(dǎo)通時間整定端。它經(jīng)一電容 CT接地。 tonmax保是一重要保護(hù)。 11腳 :退飽和保護(hù) 闡值整定端。它經(jīng)一電阻 RSD接零，從而整定退飽和保護(hù)閡值； 12腳 :功率晶體管集電極電流限制端。電流信號輸入為負(fù)，絕對值 0. 2V時，過流保護(hù)動作。若封鎖該功能， 12腳直接接地； 13腳 :通過抗飽和二極管接被驅(qū)動晶體管的集電極。起到抗飽和作用。 （三）脈寬調(diào)制變換器 [1][3][4][5][10] 可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)有 H型， T型等類型，本論文主要討論的是常用的H型變換器，它是由 4個電力晶體管和 4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。 H型變頻器在控制方式上分雙極式、單極式和受限單級式三種。這里著重分析雙極 式 H型 PWM變換器。 19 ub 3U sub 1V T 1V T 2V D 1V D 2M_ _A Bub 2ub 4V T 4V T 3V D 3 V D 4ia12 43 圖 29 H 型雙極性可逆 PWM變換器 H 型 PWM 變換器的開關(guān)器件分為 VT1， VT4 和 VT2， VT3 兩組進(jìn)行通、斷控制。組內(nèi)兩器件 VTl， VT4 同時導(dǎo)通或關(guān)斷，兩組間的器件 VTI， VT4 和VT2， VT3 則是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷，其柵極驅(qū)動信號規(guī)律為 ub1 =ub4， ub2=ub3=ub1。工作狀態(tài)與波形如下： (a) 正向運(yùn)行，如圖 210 所示 第 1 階段，當(dāng)電機(jī)工作在輕載情況下，在 0≤ tton期間， ubl ， ub4為正， VT1 和 VT4 導(dǎo)通； ub2 、 ub3為負(fù)， VT2 和 VT3 截止。電樞電流 ia沿回路 1(經(jīng) VTl 和 VT4)流通，電動機(jī)兩端電壓 UAB=+US。 第 2 階段，在 ton≤ t T 期間， ubl 、 ub4為負(fù)， VTI 和 VT4 截止； ub2 、 ub3為正，在電樞電感 La的作用下，電樞電流沿回路 2(經(jīng) VD2 和 VD3 )流通，電動 機(jī)兩端電壓 UAB= US 。 (b) 反向運(yùn)行，如圖 211 所示 第 1 階段，在 0≤ tton期間， ub2 、 ub3為負(fù)， VT2 和 VT3 截止， VD1， VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 和 VT4 截止。電樞電流 id沿回路 4(經(jīng) VD4 和 VD1)流 通，電動機(jī)兩端電壓 UAB = +US。 第 2 階段，在 ton≤ t T 期間， ub2 、 ub3為正， VT2 和 VT3 導(dǎo)通， ubl 、ub4為負(fù)，使 VTl 和 VT4 保持截止。電樞電流 id沿回路 3(經(jīng) VT2 和 VT3)流通，電動機(jī)兩端電壓 UAB = +US t USUdEidTto n+ USoUS/ i 圖 210 正向電動運(yùn)行時電壓、電流波形 US/i+tonTotidEUdUS 圖 211 反向電動運(yùn)行時電壓、電流波形 雙極式控制方式是指在一個 PWM 周期里，電機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。因此其平均電壓 Ud 計(jì)算公式為： ssonsonond UUTtUT tTTtU )12()12()( ??????? ? 式中 a 一 ton/T 為 PWM 波形的占空比； 由上式可知，電樞繞組所受的平均電壓取決于占空 比 α 的大小，當(dāng) α =0時，Ud=Us，電動機(jī)反行，且速度最大；當(dāng) α =1 時， Ud=Us，電動機(jī)正行，且速度最 21 大 。當(dāng) a=1/2 時， Ud = 0，電動機(jī)不動。但電樞兩端的瞬時電壓和流過電樞的瞬時電流都不為零，而是交變的。這個交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增加了電動機(jī)的損耗，當(dāng)然是不利的。但是這個交變電流使電動機(jī)產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動機(jī)正、反向切換時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用，有利于快速切換。 雙極式可逆 PWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)是 :電流一定連續(xù)，可以使電動機(jī)實(shí)現(xiàn)四 象限動行 。電動機(jī)停止 時的微振交變電流可以消除靜摩擦死區(qū) 。低速時由于每個電力電子器件的驅(qū)動脈沖仍較寬而有利于保證器件的可靠導(dǎo)通 。低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速范圍。雙極式可逆 PWM 變換器存在如下缺點(diǎn) :在工作過程中，四個電力電子器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且容易發(fā)生上、下兩只電力電子器件直通的事故，為了防止直通，在上下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的主要參數(shù) 采用電力晶體管的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)不同于其它直流調(diào)速系統(tǒng)的特殊問題主要有： ； 和 PWM 變換器 的傳遞函數(shù)； 管的安全區(qū)與緩沖電路； ，開關(guān)損耗及最佳開關(guān)頻率；。針對上面的問題就涉及到以下的參數(shù) [2]。 PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動與轉(zhuǎn)速脈動進(jìn)行分析，得到 sld ITTi )1( ?? ??? (22) oslm TT T ???? 812）（ ??? （ 23） 當(dāng)ρ =，脈動量達(dá)最大 sld ITTi 4max ?? (24) lmosTTT322max ?? ?? (25) 對雙極式可逆 PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動與轉(zhuǎn)速脈動進(jìn)行分析，得到 sld IT Ti 2 )1(2???? (26) lmos TTT16 2max ?? ?? (27) sld ITTi 2max ?? (28) PWM變換器合起來可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)在滿足 Tc 31??時，可近似為 1)( ?? TsKsW PWMPWM (29) 求出脈寬調(diào)制變換器的傳遞函數(shù)后 ，便可畫出雙閉環(huán)脈寬調(diào)速