【文章內容簡介】 [2][12]，其中 GM為三角波振蕩器， UPW 為脈寬調制器， GD為基極驅動器 , PWM為脈寬調制變換器， FA為瞬時動作的限流保護環(huán)節(jié)。電動機 M的轉速 n由測速發(fā)電機 TG測量，速度反饋信號Un 與速度給定電壓 Um* 同時加在速度調節(jié)器 ASR的輸入端，構成調速系統(tǒng)的速度外環(huán)。電動機的電樞電流 Ia 由電流傳感器 TA檢測，其輸出電壓 Ui 與速度調節(jié)器輸出電壓 Ui*同時加到電流調節(jié) 器 ACR 的輸入端，構成調速系統(tǒng)的電流內環(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，它是由兩個運算放大器組成，它們形成自激震蕩， A1輸出正負對稱的方波脈沖， A2輸出鋸齒波。這種鋸齒波發(fā)生器線性度好，調整簡便，在工程中應用廣泛，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）脈寬調制器 [4] 這是最關鍵的部件，它是將輸入直流控制信號轉換成為與之成比例的方波電壓信號，以便對電力晶體管進行控制，從而得到希望的方波輸出電壓。實現(xiàn)上述電壓 — 脈寬變換功能的環(huán)節(jié)稱為脈沖寬度調制器，簡稱脈寬調制器。 +A3UP W MR0R0R0RbUsaUbUc 圖 26 脈寬調制器 圖 26 為脈寬調制器的原理圖，它是一個電壓 脈寬變換電路，由 ACR 輸出的控制電壓 Uc進行控制，其輸出電壓的脈沖寬度與 Uc成正比。運算放大器 A3工作在開環(huán)狀態(tài)，它能輸出正、負的飽和電壓。它的輸入端有三個信號，除 Uc外，還有調制信號 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，從而在運算放大器 A3的輸出端得到周期不變、脈沖寬度可變的調制輸出電壓 Upwm。為了在 Uc=0 時電壓比較器的輸出端得到正、負半周期脈沖寬度相等的調制 輸出電壓 Upwm；另一個輸入信號端是加一負的偏移電壓 Ub，其值為 max21 sab UU ?? 這時 Upwm如圖 27a 所示。 當 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半波窄的調制輸出電壓（圖 27b）。 當 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 鋸齒波脈寬調制波形圖 （二）基極驅動電路 [4][2][11] 脈寬調制器輸出的脈沖信號經(jīng)過信號分配和邏輯延時后，送給基極驅動電路作功率放大，以驅動主電路的電力晶體管，每個晶體管應有獨立的基極驅動電路。為了確保晶體管在開通時能迅速達到飽和導通，關斷時能迅速截止，正確設計基極驅動電路時非常重要的?；鶚O驅動電路有多種，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功能，且保證電力晶體管運行于參數(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 置 和 安 裝系 統(tǒng) 聯(lián) 機 調 試系 統(tǒng) 投 入 運 行軟 件 設 置編 輯 應 用 程 序程 序 的 修 改 和 調 試確 定 控 制 對 象 及 控 制 范 圍軟件設計硬件設計 圖 28 UAA4002模塊 14腳：接正電源； 2腳：接負電源； 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接被驅動功率晶體管基極，輸出正向驅動電流 IB1； 1腳：經(jīng)一小電感 L接驅動功率晶體管基極，輸出反向基極關斷 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間調節(jié)。 為了使開關輔助網(wǎng)絡中的電容充分放電，邏輯處理器的輸出脈沖有一最小的寬度，這個最小導通時間必須至少是 RCD網(wǎng)絡時間常數(shù)的四倍。 tonmin保護是最高優(yōu)先保護，在 tonmin內無任何其它保護能中止導通 tonmin保護功能不能舍棄不用。 8腳 :最大導通時間整定端。它經(jīng)一電容 CT接地。 tonmax保是一重要保護。 11腳 :退飽和保護 闡值整定端。它經(jīng)一電阻 RSD接零，從而整定退飽和保護閡值； 12腳 :功率晶體管集電極電流限制端。電流信號輸入為負，絕對值 0. 2V時，過流保護動作。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動晶體管的集電極。起到抗飽和作用。 （三）脈寬調制變換器 [1][3][4][5][10] 可逆 PWM變換器主電路的結構有 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 變換器的開關器件分為 VT1， VT4 和 VT2， VT3 兩組進行通、斷控制。組內兩器件 VTl， VT4 同時導通或關斷，兩組間的器件 VTI， VT4 和VT2， VT3 則是交替的導通和關斷，其柵極驅動信號規(guī)律為 ub1 =ub4， ub2=ub3=ub1。工作狀態(tài)與波形如下： (a) 正向運行，如圖 210 所示 第 1 階段，當電機工作在輕載情況下，在 0≤ tton期間， ubl ， ub4為正， VT1 和 VT4 導通； ub2 、 ub3為負， VT2 和 VT3 截止。電樞電流 ia沿回路 1(經(jīng) VTl 和 VT4)流通，電動機兩端電壓 UAB=+US。 第 2 階段，在 ton≤ t T 期間， ubl 、 ub4為負， 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 機兩端電壓 UAB= US 。 (b) 反向運行，如圖 211 所示 第 1 階段，在 0≤ tton期間， ub2 、 ub3為負， 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，電動機兩端電壓 UAB = +US。 第 2 階段，在 ton≤ t T 期間， ub2 、 ub3為正， VT2 和 VT3 導通， ubl 、ub4為負，使 VTl 和 VT4 保持截止。電樞電流 id沿回路 3(經(jīng) VT2 和 VT3)流通，電動機兩端電壓 UAB = +US t USUdEidTto n+ USoUS/ i 圖 210 正向電動運行時電壓、電流波形 US/i+tonTotidEUdUS 圖 211 反向電動運行時電壓、電流波形 雙極式控制方式是指在一個 PWM 周期里，電機電樞的電壓極性呈正負變化。因此其平均電壓 Ud 計算公式為： 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 α =0 時，Ud=Us，電動機反行，且速度最大；當 α =1 時， Ud=Us，電動機正行，且速度最 21 大 。當 a=1/2 時， Ud = 0，電動機不動。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。 雙極式可逆 PWM 變換器的優(yōu)點是 :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保證器件的可靠導通 。低速平穩(wěn)性好，可達到很寬的調速范圍。雙極式可逆 PWM 變換器存在如下缺點 :在工作過程中，四個電力電子器件可能都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，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，在上下橋臂的驅動脈沖之間，應設置邏輯延時。 PWM 調速系統(tǒng)的主要參數(shù) 采用電力晶體管的 PWM 調速系統(tǒng)不同于其它直流調速系統(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； ，開關損耗及最佳開關頻率；。針對上面的問題就涉及到以下的參數(shù) [2]。 PWM調速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動與轉速脈動進行分析，得到 sld ITTi )1( ?? ??? (22) oslm TT T ???? 812）（ ??? （ 23） 當ρ =，脈動量達最大 sld ITTi 4max ?? (24) lmosTTT322max ?? ?? (25) 對雙極式可逆 PWM調速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動與轉速脈動進行分析，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 PW MPW M (29) 求出脈寬調制變換器的傳遞函數(shù)后 ，便可畫出雙閉環(huán)脈