【文章內(nèi)容簡介】 、VTVD1四個電力電子開關器件輪流導通，其電流波形示圖22（d）。 綜上所述，具有制動作用的不可逆PWM變換器構成的調(diào)速系統(tǒng)，電動機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)可以實現(xiàn)二象限運行，有較好的靜、動態(tài)性能。 由具有制動作用的不可逆PWM變換器構成的直流調(diào)速系統(tǒng)，電動機有兩種運行狀態(tài)，在電動狀態(tài)下，依靠電力晶體管VT1的開和關兩種狀態(tài)，在發(fā)電制動狀態(tài)下則依靠VT2的開和關兩種狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)下電路電壓平衡方程式都分為兩個階段，情況同簡單的不可逆的PWM變換器電路相同，即在期間為式，在期間為式　，只不過兩種狀態(tài)下電流的方向相反，即在制動狀態(tài)時為?？赡鍼WM變換器主電路的結構形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖23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23 可逆PWM變換器電路 （a）T型　　 （b）H型 T型電路由兩個可控電力電子器件和與兩個續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡單，構成系統(tǒng)時便于引出反饋，適用于作為電壓低于50V的電動機的可控電壓源；但是T型電路需要正負對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型電路是實際上廣泛應用的可逆PWM變換器電路，它由四個可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個續(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較低，但是構成調(diào)速系統(tǒng)的電動機電樞兩端浮地。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。同一組中兩個電力晶體管的基極驅動電壓波形相同，即，VT1和VT4同時導通和關斷；，VT2和VT3同時導通和關斷。而且，和，相位相反，在一個開關周期內(nèi)VT1，VT4和VT2，VT3兩組晶體管交替地導通和關斷，變換器輸出電壓在一個周期內(nèi)有正負極性變化，這是雙極式PWM變換器的特征，也是“雙極性”名稱的由來。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24所示。圖24 雙極式PWM變換器電壓和電流波形 （a）電動機負載較重時 （b）電動機負載較輕時如果電動機的負載較重，平均負載電流較大，在時，和為正，VT1和VT4飽和導通；而和為負，VT2和VT3截止。這時，加在電樞AB兩端，電樞電流沿回路１流通（見圖24（b）），電動機處于電動狀態(tài)。在時，和為負，VT1和VT4截止；和為正，在電樞電感釋放儲能的作用下，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通，電樞電流沿回路2流通，電動機仍處于電動狀態(tài)。有關參量波形圖示于圖24（a）。如果電動機負載較輕，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，即當時。于是在時，VT2和VT3的ce極兩端失去反壓，并在負的電源電壓（）和電動機反電動勢E的共同作用下導通，電樞電流反向，沿回路3流通，電動機處于反接制動狀態(tài)。在（）時，和變負，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也不能導通，電流沿回路4流通，電動機工作在制動狀態(tài)。當時，VT1和VT4才導通，電流又沿回路1流通。有關參量的波形示于圖24（b）。這樣看來，雙極式可逆PWM變換器與具有制動作用的不可逆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，無論負載是輕還是重，加在電動機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。實現(xiàn)電動機制可逆運行，由正、負驅動電壓的脈沖寬窄而定。當正脈沖較寬時， ，電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電動機正轉；當正脈沖較窄時，平均電壓為負，電動機反轉。如果正、負脈沖寬度相等，平均電壓為零，電動機停止運轉。因為雙極式可逆PWM變換器電動機電樞兩端的平均電壓為 若仍以來定義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，電動機正轉；為負值，電動機反轉；，電動機停止運轉。在時，電動機雖然不動，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)生平均轉矩，徒然增加了電動機的損耗，當然是不利的。但是這個交變電流使電動機產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動機正、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。（2）單極式可逆PWM變換器：單極式可逆PWM變換器和雙極式變換器在電路構成上完全一樣，不同之處在于驅動信號不一樣。圖23（b）中，左邊兩個電力電子器件的驅動信號，具有和雙極式一樣的正、負交替的脈沖波形，使VT1和VT2交替導通；右邊兩個器件VTVT4的驅動信號則按電動機的轉向施加不同的控制信號：電動機正轉時，使恒為負，恒為正，VT3截止VT4常通；電動機反轉時，則使恒為正，恒為負，VT3常通VT4截止。這種驅動信號的變化顯然會使不同階段各電力電子器件的開關情況和電流流通的回路與雙極式變換器相比有不同。當電動機負載較重時電流方向連續(xù)不變；負載較輕時，電流在一個開關周期內(nèi)也會變向。由于本次設計要求電機能實現(xiàn)啟動、制動、正反轉，并且能進行無極調(diào)速等。又根據(jù)雙極式H型可逆PWM變換器具有的優(yōu)點：電流一定連續(xù)，可以使電動機實現(xiàn)四象限動行；電動機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動脈沖仍較寬而有利于折可靠導通；低速平穩(wěn)性好，可達到很寬的調(diào)速范圍。 但雙極式H型可逆PWM變換器也有缺點，在工作過程中，四個電力電子器件都處于開關狀態(tài)，容易發(fā)生上、下兩只電力電子器件直通的事故，降低了設備的可靠性。為了避免這種情況，我們設置邏輯延時環(huán)節(jié)DLD，保證在對一個元件發(fā)出關斷信號后，延遲足夠時間再發(fā)出對另一個元件的開通信號。由于電力電子的器件的導通時也存在開通時間，因此延遲時間通常大于元件的關斷時間即可以了。所以，本次設計我們選擇雙極式H型可逆PWM變換器。主電路如圖25所示。圖25 H橋主電路 泵升電路當脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動機轉速由高變低時（減速或者停車），儲存在電動機和負載轉動部分的動能將變成電能，并通過PWM變換器回饋給直流電源。當直流電源功率二極管整流器供電時，不能將這部分能量回饋給電網(wǎng)，只能對整流器輸出端的濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱作“泵升電壓”。過高的泵升電壓會損壞元器件，因此必須采取預防措施，防止過高的泵升電壓出現(xiàn)。可以采用由分流電阻R和開關元件（電力電子器件）VT組成的泵升電壓限制電路，如圖26所示。 圖26 泵升電壓限制電路當濾波電容器C兩端的電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許數(shù)值時，VT導通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。這種辦法簡單實用，但能量有損失，且會使分流電阻R發(fā)熱，因此對于功率較大的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在分流電路中接入逆變，把一部分能量回饋到電網(wǎng)中去。但這樣系統(tǒng)就比較復雜了，我們就不選擇這種方式了。 參數(shù)設計 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門極的高速開關性能和雙極動作的高耐壓、大電流容量的兩種特點。其開關速度可達1mS，額定電流密度100A/cm2，電壓驅動，自身損耗小。其符號和波形圖如圖26所示。設計中選的IGBT管的型號是IRGPC50U,它的參數(shù)如下：管子類型：NMOS場效應管極限電壓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27 IGBT信號及波形圖 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的緩沖電路功能側重于開關過程中過電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達3050kHz；因此很小的電路電感就可能引起頗大的，從而產(chǎn)生過電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開通時出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導通的IGBT負載電流上疊加了橋臂中互補管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復電流，所以在此二極管恢復阻斷前，剛導通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時貫穿短路，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