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pwm控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計論文-在線瀏覽

2025-08-10 15:30本頁面
  

【正文】 N>0,iAB>0。、D2構(gòu)成了一個降壓斬波電路,iAB>0,vAB>0,電機工作在正向電動狀態(tài)。在T2截止的Toff時間內(nèi),由于電感電流不能突變,電流iAB經(jīng)D1續(xù)流,vAB=vPN,A、B兩端電壓的平均值VAB= ToffVPN/(Ton+Toff)=(1-α)VPN,可見當(dāng)T1截止時由TD1構(gòu)成了一個升壓斬波電路,vAB>0, iAB<0,電機工作在正向制動狀態(tài),將電能回送給直流電源。在圖22中如果始終讓T2導(dǎo)通、T1斷開則類似地,當(dāng)T4截止時,由TD4構(gòu)成了降壓斬波電路,電機工作在反向電動狀態(tài);當(dāng)T3截止時,由TD3構(gòu)成了升壓斬波電路,電機工作在反向制動狀態(tài)。因此設(shè)計出一種半橋型可逆PWM調(diào)速電路,即用一套升/降壓斬波電路通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換既可用于電機的正轉(zhuǎn)也可用于電機的反轉(zhuǎn),它與H橋電路相比節(jié)省了兩個開關(guān)器件,而且大大簡化了電路,當(dāng)A接COM, B接N時,電機正轉(zhuǎn)(工作在Ⅰ、Ⅱ象限),當(dāng)A接N,B接COM時,電機反轉(zhuǎn)(工作在Ⅲ、Ⅳ象限) 轉(zhuǎn)換開關(guān)連接圖 PWM變換器介紹脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器,簡稱PWM變換器。下面分別對各種形式的PWM變換器做一下簡單的介紹和分析。圖24(a)所示為無制動作用的簡單不可逆PWM變換器主電路原理圖,其開關(guān)器件采用全控型的電力電子器件。電容C的作用是濾波,二極管VD在電力晶體管VT關(guān)斷時為電動機電樞回路提供釋放電儲能的續(xù)流回路。在一個開關(guān)周期T內(nèi),當(dāng)Error! No bookmark name ,為正,VT飽和導(dǎo)通,電源電壓通過VT加到電動機電樞兩端;當(dāng)時,為負,VT截止,電樞失去電源,經(jīng)二極管VD續(xù)流。的變化范圍在0~1之間,改變,即可以實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由圖可見,電流是脈動的,其平均值等于負載電流(——負載轉(zhuǎn)矩, ——直流電動機在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩電流比)。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率都較高,至少是1~4kHz,因此電流的脈動幅值不會很大,再影響到轉(zhuǎn)速n和反電動勢E的波動就更小,在分析時可以忽略不計,視這種簡單不可逆PWM電路中電動機的電樞電流不能反向,因此系統(tǒng)沒有制動作用,只能做單向限運行,這種電路又稱為“受限式”不可逆PWM電路。圖25(a)所示為具有制動作用的不可逆PWM變換電路,該電路設(shè)置了兩個電力晶體管VT1和VT2,形成兩者交替開關(guān)的電路,提供了反向電流的通路。VT1和VT2的基極驅(qū)動信號電壓大小相等,極性相反,即。在期間,為正,VT1飽和導(dǎo)通;為負,VT2截止。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。如果電動機在電動運行中要降低轉(zhuǎn)速,可將控制電壓減小,使的正脈沖變窄,負脈沖變寬,從而使電動機電樞兩端的平均電壓降低。這時電力晶體管VT2能在電動機制動中起作用。在(也就是)期間,因變負,VT2截止,只能沿回路4經(jīng)二極管VD1續(xù)流,對電源回饋制動,同時在VD1上產(chǎn)生的壓降使VT1承受反壓而不能導(dǎo)通。反向電流的制動作用使電動機轉(zhuǎn)速下降,直到新的穩(wěn)態(tài)。這時VD2兩端的壓降也降為零,而此時由于為正,使VT2得以導(dǎo)通,反電動勢E經(jīng)VT2沿回路3流過反向電流,產(chǎn)生局部時間的能耗制動作用。在一個開關(guān)周期內(nèi),VTVDVTVD1四個電力電子開關(guān)器件輪流導(dǎo)通,其電流波形示圖25(d)。由具有制動作用的不可逆PWM變換器構(gòu)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(guān)兩種狀態(tài),在發(fā)電制動狀態(tài)下則依靠VT2的開和關(guān)兩種狀態(tài)??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。H型電路是實際上廣泛應(yīng)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(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動機電樞兩端浮地。(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。同一組中兩個電力晶體管的基極驅(qū)動電壓波形相同,即,VT1和VT4同時導(dǎo)通和關(guān)斷;,VT2和VT3同時導(dǎo)通和關(guān)斷。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。這時,加在電樞AB兩端,電樞電流沿回路1流通(見圖27(b)),電動機處于電動狀態(tài)。有關(guān)參量波形圖示于圖27(a)。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(dǎo)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)。當(dāng)時,VT1和VT4才導(dǎo)通,電流又沿回路1流通。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。實現(xiàn)電動機制可逆運行,由正、負驅(qū)動電壓的脈沖寬窄而定。如果正、負脈沖寬度相等,平均電壓為零,電動機停止運轉(zhuǎn)。改變即可調(diào)速,的變化范圍為。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。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。 參數(shù)設(shè)計 IGBT管的參數(shù)IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)叫做絕緣柵極雙極晶體管。其開關(guān)速度可達1mS,額定電流密度100A/cm2,電壓驅(qū)動,自身損耗小。設(shè)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(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。逆變器中IGBT開通時出現(xiàn)尖峰電流,其原因是由于在剛導(dǎo)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(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。 泵升電路參數(shù) 如圖26所示,泵升電路由一個電容量大的電解電容、一個電阻和一個VT組成。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 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,適合于各種開關(guān)電源、斬波器的控制。圖31 SG3525外圍電路接線圖 SG3525芯片的主要特點SG3525為美國Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路,如圖32所示。調(diào)節(jié)Ur的大小,在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波(即PWM信號)。輸出級采用推挽輸出,雙通道輸出,占空比050%,灌拉電流峰值可達500mA。該電路由基準電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動級,軟啟動及關(guān)斷電路等組成,可正常工作的溫度范圍是0700C。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5V5. 2V。負反饋控制時,將電源輸出電壓分壓后與基準電壓相比較。3腳:SYNC(同步端):為外同步用。也可以使單個芯片以外部時鐘頻率工作。作為多個芯片同步工作時使用。如不需多個芯片同步工作時,3腳和4腳懸空。輸出鋸齒波電壓范圍為0. 6V到3. 5V.5腳:Cr(震蕩電容端):震蕩電容一端接至5腳,另一端直接接至地端。正常工作時,. 5V變化的鋸齒波。Rr的阻值決定了內(nèi)部恒流值對Cr充電。7腳:DISCHATGE RD(放電端):Cr的放電由5. 7兩端的死區(qū)電阻決定。其取值范圍為0歐到500歐。8腳:SOFTSTATR(軟啟動):比較器的反相端即軟啟動器控制端8,端8可外接軟啟動電容,該電容由內(nèi)部Vf的50uA恒流源充電。補償端工作電壓范圍為1. 5V到5. 2V.10腳:SHUTDOWN(關(guān)斷端):10端為PWM鎖存器的一個輸入端,一般在10端接入過流檢測信號。電路正常工作時,該端呈高電平,其電位高于鋸齒波的峰值電位(3. 30。由于存在開閉滯后,使輸出和吸收之間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通??梢栽赩處接一個約0. luf的電容濾去電壓尖峰。在實驗電路中,由于接入誤差放大器反向輸入端的反饋電壓也是相對與12腳而言,所以主回路和控制回路的接地端應(yīng)相連??梢院?5腳共用一個電源,也可用更高電壓的電源。另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端,%V的內(nèi)部基準電壓。16腳:VREF(基準電壓端):基準電壓端16腳的電壓由內(nèi)部控制在5. 1 V土1%。 SG3525的工作原理 ,微調(diào)至 %,在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi),無須外接分壓電組。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。 SG3525的軟啟動接入端(引腳8)上通常接一個5 的軟啟動電容。此時,PWM瑣存器的輸出也為高電平,該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上,使之無法導(dǎo)通。由于實際中,基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上,而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。反之亦然。當(dāng)Shutdown(引腳10)上的信號為高電平時,PWM瑣存器將立即動作,禁止SG3525的輸出,同時,軟啟動電容將開始放電。注意,Shutdown引腳不能懸空,應(yīng)通過接地電阻可靠接地,以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。如果輸入電壓過低,在SG3525的輸出被關(guān)斷同時,軟啟動電容將開始放電。由于SG3525的驅(qū)動能力有限,本電路中把SG3525第114腳的輸出信號經(jīng)LM1413放大后再驅(qū)動IGBT。(ST1)速度調(diào)節(jié)器(ST1)適用不可逆可控硅直流傳動系統(tǒng),它用來放大速度偏差信號,并對速度偏差信號進行比例積分運算后輸出,它的輸出信號又作為電流給定信號施加給電流調(diào)節(jié)器。FD1比較器是由線性運算放大器通過電阻R14構(gòu)成繼電特性。FD2構(gòu)成對速度偏差信號P、I調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的餓強制積分時間常數(shù)為:Ti =(C9+C10)(R24//R25//R26)而微分反饋時間常數(shù)為:TD=C2(R5+R6)可以根據(jù)系統(tǒng)對速度調(diào)節(jié)器的餓要求,整定Kp 、Ti 和βTD的數(shù)值,其中β為微分反饋電位器的分壓系數(shù)。近似式為:UC=輸出電壓輸入電壓考慮ASR能用于自動弱磁系統(tǒng),為了實現(xiàn)自動弱磁升速時限制電動機的最大電流,速度調(diào)節(jié)器具有速度自動限幅電路,當(dāng)直流電動機的轉(zhuǎn)速因弱磁超過額定轉(zhuǎn)速時,使速度調(diào)節(jié)器的限幅自動下降,可以根據(jù)直流電動機的要求在最高速
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