電力電子課程設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的直流斬波調(diào)速

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：直流電動(dòng)機(jī)的直流斬波調(diào)速For pers onal use only in study and research; not for commercial use姓 名: 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師：完成日期:遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定表學(xué)期2009-2010 第一學(xué)期姓名專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)課程名稱電力電子技術(shù)論文題目直流電動(dòng)機(jī)的直流斬波調(diào)速評(píng)疋標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評(píng)語：任課教師時(shí)間年 月曰備注課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目直流電機(jī)的直流斬波調(diào)速二、設(shè)

2、計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)用直流斬波實(shí)現(xiàn)直流調(diào)壓，控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電路。電路由主電路與控制電路組成，主電路主要環(huán)節(jié)是：整流電路、斬波電路及保護(hù)電路?？刂齐娐分饕h(huán)節(jié)是： 觸發(fā)電路、電壓電流檢測單元、驅(qū)動(dòng)電路、檢測與故障保護(hù)電路。主電路電力電子開關(guān)器件要采用IGBT或MOSFET，并且系統(tǒng)具有完善的保護(hù)。三、設(shè)計(jì)計(jì)劃1.確定設(shè)計(jì)主題與內(nèi)容。2 根據(jù)要設(shè)計(jì)的主題與內(nèi)容查找相關(guān)資料。3.整理收集的資料。4設(shè)計(jì)相關(guān)課題。5書寫課程設(shè)計(jì)。四、設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大于等于20,其動(dòng)態(tài)性能為S % < 10%，具有過電流、過電壓、轉(zhuǎn)速過載保護(hù)特性?？刂茖ο笾绷麟妱?dòng)機(jī)：型號(hào)Z2-12，效率y=71

3、.5%,額定電壓U=110V 轉(zhuǎn)速 w=3000r/min，功率 W=1.1kw,磁功率 W仁4.6kw, I=13A, J=11kg.怦。指導(dǎo)教師:教研室主任：時(shí)間：年 月日摘要長期以來，直流電機(jī)以其良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能等特點(diǎn)成為大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)的最佳選擇。特別隨著計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域和高開關(guān)頻率、全控型第二代電力半導(dǎo)體器 件的發(fā)展，以及脈寬調(diào)制（PWM直流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，直流電機(jī)得到 廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分勵(lì)磁控制法與電樞電壓控 制法兩類。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時(shí)受到 磁飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制

4、； 而且 由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變 電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法， 調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓，達(dá) 到調(diào)速目的。這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率低。目前,市場上用的最多的IGBT直流斬波器，它是屬于全控型斬波 器，它的主導(dǎo)器件采用國際上先進(jìn)的電力電子器件IGBT,由門極電壓 控制，從根本上克服了晶閘管斬波器及GTR斬波器的缺點(diǎn)。該斬波器 既能為煤礦窄軌電機(jī)車配套的調(diào)速裝置， 針對不同的負(fù)載對象，做一 些少量的改動(dòng)又可用于其它要求供 電電壓可調(diào)的直流負(fù)載上。與可 控硅脈沖調(diào)速方式和電阻調(diào)速方式相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：直流電動(dòng)機(jī)、調(diào)速、直流斬波目錄第一章系統(tǒng)工作

5、原理直流電機(jī)斬波調(diào)速控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示:/ /函相7/整流電路轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR電流調(diào)整器ACR觸發(fā)電路S G35251.1 結(jié)構(gòu)與調(diào)速原理直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換 向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁 場的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī) 的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其中電樞由 電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均 勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。換向器是一種機(jī)械整

6、流部件。 由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整體。各換向片間 互相絕緣。換向器質(zhì)量對運(yùn)行可靠性有很大影響。直流電機(jī)斬波調(diào)速原理是利用可控硅整流調(diào)壓來達(dá)直流電機(jī)調(diào)速的目的，利用交流電相位延遲一定時(shí)間發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使可控硅導(dǎo)通即為斬波，斬波后的交流 電經(jīng)電機(jī)濾波后其平均電壓隨斬波相位變化而變化。為了達(dá)到控制直流電機(jī)目 的，在控制回路加入了速度、電壓、電流反饋環(huán)路和 PID 調(diào)節(jié)器來防止電機(jī)由 于負(fù)載變化而引起的波動(dòng)和對電機(jī)速度、電壓、電流超常保護(hù)。1.2 調(diào)速方案選擇隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法，其中PWM脈 寬調(diào)制 ）是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變

7、電機(jī)電樞 （定子）電壓的接 通和斷開的時(shí)間比 （占空比）來控制馬達(dá)的速度， 在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中， 當(dāng)電機(jī)通電 時(shí)，其速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電 的時(shí)間， 即可使電機(jī)的速度達(dá)到并保持一穩(wěn)定值。 最近幾年來， 隨著微電子技術(shù) 和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及單片機(jī)的廣泛應(yīng)用， 使調(diào)速裝置向集成化、 小型化和智能 化方向發(fā)展。1.3 調(diào)速電路方案本電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制方式 , 與晶閘管調(diào)速相比技術(shù)先進(jìn) , 可減少對 電源的污染。為使整個(gè)系統(tǒng)能正常安全地運(yùn)行 , 設(shè)計(jì)了過流、過載、過壓、欠壓 保護(hù)電路, 另外還有過壓吸收電路。確保了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。1.4 控制方案選擇直流電動(dòng)

8、機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法兩類。 隨著 電力電子技術(shù)的進(jìn)步 , 發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。 如 : 由交流電源供電 , 使用晶閘管進(jìn)行相控調(diào)壓 ; 使用硅整流器將交流電整流成直流或由蓄電池等直 流電源供電,再由PW術(shù)波器進(jìn)行斬波調(diào)壓等。PWM區(qū)動(dòng)裝置與傳統(tǒng)晶閘管驅(qū) 動(dòng)裝置比較 , 具有下列優(yōu)點(diǎn) : 需用的大功率可控器件少 , 線路簡單 ; 調(diào)速范圍 寬; 電流波形系數(shù)好 , 附加損耗小 ; 功率因數(shù)高?？梢詮V泛應(yīng)用于現(xiàn)代直流電機(jī) 伺服系統(tǒng)中。本系統(tǒng)是基于 PWM空制的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。第二章主電路的設(shè)計(jì)與分析2.1主電路的各個(gè)部分電路直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖2-1

9、所示，由主電路、控制及保護(hù)電路、信號(hào) 檢測電路三大部分組成。二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，電阻R1為起動(dòng)限流電阻，C1為濾波電容。可逆pwr變換器主電路系采用MOSFE所構(gòu)成的 H型結(jié)構(gòu)形式，它是由四個(gè)功率 IGBT管（VT1、VT2 VT3 VT4）和四個(gè)續(xù)流二 極管（VD1 VD2 VD3 VD4組成的雙極式PWM可逆變換器，根據(jù)脈沖占空比的 不同，在直流電機(jī)M上可得到正或負(fù)的直流電壓。2.1.1整流電路晶體二極管橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。 這種電路，只要增加 兩只二極管口連接成"橋"式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程 度上克服了它的缺

10、點(diǎn)。VD1VD2圖2-2整流電路橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對D1、D3和方向電壓，DI，D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成 e2、DI、Rfz、D3通電回路，在 Rfz，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周 時(shí)，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3 截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的 另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在 R，上便得到全波整流電壓。其 波形圖和全波整流波形圖是一樣的。 從圖2-2中還不難看出，橋式電路中每只二 極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓

11、的最大值，比全波整洗電路小一半！2.1.2斬波調(diào)速電路直流電動(dòng)機(jī)往往需要正、反向運(yùn)行，而且有電動(dòng)和制動(dòng)工作狀態(tài)，這就需要 四象限斬波變換電路為電動(dòng)機(jī)供電。圖2-3給出了四象限斬波調(diào)速主電路原理圖。T1T4組成了全橋電路，又稱H橋型電路；TA1檢測母線的電流大小和方向， TA2檢測電動(dòng)機(jī)的電流大小和方向； 電容C用來減小開關(guān)過程引起的電壓波紋壓 敏電阻Rv用來抑制電壓尖峰。電機(jī)的工作狀態(tài)同供電方式和負(fù)載有關(guān)。斷，根據(jù)轉(zhuǎn)速要求對T1進(jìn)行PWM制，此時(shí)變換器等效一個(gè)降壓斬波電路，能 量由直流電源供向負(fù)載。如果希望電機(jī)運(yùn)行于正想制動(dòng)狀態(tài)，可使 T4導(dǎo)通，T1、T3關(guān)斷，變換器等 效一個(gè)升壓斬波電路；調(diào)

12、控 T2電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢升壓變換得到一個(gè)略大于Ud的電壓，使得電動(dòng)機(jī)輸出電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩反向，直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電制動(dòng) 狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的能量就回饋到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速下降。同理，T2導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，調(diào)控T3,電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在反向電動(dòng)狀態(tài)； T2導(dǎo)通，T1、T3關(guān)斷，調(diào)控T4,電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在反向制動(dòng)狀態(tài)。2.1.3保護(hù)電路設(shè)計(jì)斬波器的散熱設(shè)計(jì)：熱管散熱技術(shù)是當(dāng)今國際較流行的散熱方式，國內(nèi)近年來發(fā)展較快，被人們稱之為熱的“超導(dǎo)體”，已廣泛用于車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)，熱管的主要特點(diǎn)：高效的 導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)多樣靈活、重量輕。由于 IGBT模塊的開關(guān)頻率高，開關(guān)損耗大，特別是對大

13、功率IGBT模塊，一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板絕緣的大功率 IGBT模塊散熱。目前適合于大功率IGBT模塊的熱管散熱器的熱阻可以達(dá)到額定 標(biāo)準(zhǔn)以下。過電流保護(hù)電路：過電流保護(hù)采用的是在主電路中串聯(lián)一個(gè) 1 £的電阻，在其兩端并聯(lián)電磁繼 電器的線圈。 過流保護(hù)信號(hào)取自電阻兩端的電壓，當(dāng)主電路的電流高于一定數(shù)值時(shí)，電磁繼電器的開關(guān)閉合，接通低電平，該過電流信號(hào)還送到SG3525勺腳10。在SG3525內(nèi)部由于T3基極與A端線相連，A端線由低電壓上升為邏輯高 電平，經(jīng)過SG3525A勺13腳輸出為高電平，功率驅(qū)動(dòng)電路輸出至功率場效應(yīng)管 的控制脈沖消失。在

14、電路中，過流保護(hù)環(huán)節(jié)還輸出一個(gè)信號(hào)到與門的輸入端，當(dāng) 出現(xiàn)過流信號(hào)時(shí)， 檢測環(huán)節(jié)輸出一低電平信號(hào)到與門的輸入端， 使脈沖消失， 與 SG3525勺故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成雙重保護(hù)。IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)：在斬波電路中對斬波器的保護(hù)，實(shí)際上就是對 IGBT的保護(hù)。所以重要的是怎么 設(shè)計(jì)好對開關(guān)管IGBT的保護(hù)方案。在設(shè)計(jì)對IGBT的保護(hù)系統(tǒng)中，主要是針對過 電流保護(hù)和開關(guān)過程中的過電壓保護(hù)。IGBT的過電流保護(hù)IGBT的過流保護(hù)電路可分為2類：一類是低倍數(shù)的（1.21.5倍）的過載 保護(hù)；一類是高倍數(shù)（可達(dá)810倍）的短路保護(hù)。對于過載保護(hù)不必快速響應(yīng)， 可采用集中式保護(hù)， 即檢測輸入端或直流環(huán)節(jié) 的總

15、電流，當(dāng)此電流超過設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有IGBT驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過復(fù)位才能恢復(fù) 正常工作。IGBT能承受很短時(shí)間的短路電流，能承受短路電流的時(shí)間與該IGBT的 導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于2V的IGBT 允許承受的短路時(shí)間小于 5卩s，而飽和壓降3V的IGBT允許承受的短路時(shí)間可 達(dá)15卩s, 45V時(shí)可達(dá)30卩s以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的 降低， IGBT 的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方 加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓

16、 2 種。軟關(guān)斷指在過流和短路 時(shí)，直接關(guān)斷IGBTo但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測到過流信號(hào)就關(guān)斷， 很容易發(fā)生誤動(dòng)作。 為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力， 可在故障信號(hào)與啟動(dòng)保護(hù)電 路之間加一延時(shí)，不過故障電流會(huì)在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇上升， 大大增加了功率損耗， 同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件的di/dt增大。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，器件仍然壞了。降柵壓旨在檢測到器件過流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。降 柵壓后設(shè)有固定延時(shí)， 故障電流在這一延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值， 則降低了故 障時(shí)器件的功耗， 延長了器件抗短路的時(shí)間， 而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的 di/dt ， 對器件保護(hù)十分有利。若延時(shí)后故障信號(hào)依然

17、存在，則關(guān)斷器件，若故障信號(hào)消 失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了抗騷擾能力。IGBT 開關(guān)過程中的過電壓保護(hù)關(guān)斷IGBT時(shí)，它的集電極電流的下降率較高，尤其是在短路故障的情況下， 如不采取軟關(guān)斷措施，它的臨界電流下降率將達(dá)到數(shù)kA/卩s。極高的電流下降率將會(huì)在主電路的分布電感上感應(yīng)出較高的過電壓，導(dǎo)致IGBT關(guān)斷時(shí)將會(huì)使其電流電壓的運(yùn)行軌跡超出它的安全工作區(qū)而損壞。所以從關(guān)斷的角度考慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。但對于 IGBT的開通來說，集電極電路的 電感有利于抑制續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流和電容器充放電造成的峰值電流， 能 減小開通損耗，承受較高的開通電流上升

18、率。一般情況下IGBT開關(guān)電路的集電極不需要串聯(lián)電感，其開通損耗可以通過改善柵極驅(qū)動(dòng)條件來加以控制。2.2電路參數(shù)及選型Ud=110V考慮占空比為90%貝U Us=Ud/0.9=123V取Us=1.2U2U2=Us/1.2= 102 V考慮到 10%勺裕量U2=1.1 X 102V=113V一、二次電流計(jì)算 l2=ld=13A變比K=U1/U2=220/113=1.95I1=I2/K=13/1.08=12A考慮空載電流，取11=1.05 X 12=12.6A變壓器容量計(jì)算S仁U1 X I1=220 X 12.6=2772VAS2=U2X I2=113 X 13=1469VAS=(S1+S2)/

19、2=2120.5VA整流元件選擇二極管承受反向最大電壓UDM=1.414U2=1.414X 113= 160V考慮3倍裕量，則 UTN=3 X 160=480V取500V該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡化計(jì) 算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。IdD=0.5Id=0.5X 13=6.5AID=Id/1.414=13/1.414=9.2AID(AV)=2ID/1.57=2X 9.2/1.57=11.7A濾波電容選擇C1一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000 uF以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故取3=2200 u

20、F耐壓1.5UDM=1.5X 160=240V取 250V即選用2200uF、250V電容器。IGBT 的選擇因?yàn)閁s=123V取3倍裕量，選耐壓為400V以上的IGBTo由于IGBT是以 最大標(biāo)注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為 4倍關(guān)系，故應(yīng)選用大于4倍額定負(fù)載 電流的IGBT為宜，因此選用50A,額定電壓1600V左右的IGBT續(xù)流二極管的選擇根據(jù)Urm(23)UsIcm = (1.5 2)Id得知續(xù)流二極管應(yīng)選IcmA、額定電壓為的Urm二極管僅供個(gè)人參考第三章控制電路的設(shè)計(jì)與分析控制電路（如圖3-1 ）主要環(huán)節(jié)是：觸發(fā)電路、電壓電流檢測單元、驅(qū)動(dòng)電 路、檢測與故障保護(hù)電路。主電路電力電子

21、開關(guān)器件要采用IGBT,并且系統(tǒng)具有完善的保護(hù)。3.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)與分析鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測，鋸齒波形成，移相控制，脈沖形成, 脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。3.2脈寬調(diào)制（PWM控制的設(shè)計(jì)與分析根據(jù)IGBT的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)用脈寬調(diào)制（PWM控制方式對開關(guān)管的占空比進(jìn) 行控制。采用的芯片是脈寬調(diào)制器 SG3525要改變輸出脈沖PW啲占空比，只 要改變調(diào)制信號(hào)Ur的電壓大小即可實(shí)現(xiàn)°SG3525勺引腳及其內(nèi)部框圖如圖3-2所示。160IIIiQTTV« rT5洱 合6III70III1家麗人1001黃閉圖3-2 SG3523引腳圖它主要由基準(zhǔn)電壓調(diào)整器、震蕩器、誤差放大器、

22、比較器、鎖存器、欠壓鎖 定電路、閉鎖控制電路、軟啟動(dòng)電路、輸出電路構(gòu)成。3.2.1欠壓鎖定功能基準(zhǔn)電壓調(diào)整器受15端的外加直流電壓 V的影響，當(dāng)Vc低于7V或嚴(yán)重欠 壓時(shí)，基準(zhǔn)電壓調(diào)整器的精度值就得不到保證， 由于設(shè)置了欠壓鎖定電路，當(dāng)出 現(xiàn)欠電壓時(shí)，欠電壓鎖定功能使A端線由低電壓上升為邏輯高電平經(jīng)過或非門輸 不得用于商業(yè)用途出轉(zhuǎn)化為P仁P2=0 ,SG3525的13腳輸出電平，功率驅(qū)動(dòng)電路輸出至功率場效應(yīng) 管的控制脈沖消失，逆變器無電壓輸出。為便于從主回路受檢測到的故障信號(hào)，集成控制器內(nèi)部T3晶體管基極經(jīng)一電阻連接 10 引腳。過流保護(hù)環(huán)節(jié)檢測到的故障信號(hào)使 10 腳為高電平，由于 T3 基

23、極與A端線相連，故障信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)閉過程與欠電壓鎖定過程類似。 在電路中， 過流保護(hù)環(huán)節(jié)還輸出一個(gè)信號(hào)到與門的輸入端， 當(dāng)出現(xiàn)過流信號(hào)時(shí)， 檢測環(huán)節(jié)輸 出一低電平信號(hào)到與門的輸入端，使脈沖消失，與SG3525的故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成雙重保護(hù)。軟起動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)主要由晶體管 T3和外接電容C3及鎖存器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)出 現(xiàn)欠壓或者有過流故障時(shí)，A端線高電平傳到T3晶體管基極，T3導(dǎo)通為8引腳 外接電容C3提供放電的途徑，C3經(jīng)T3放電到零電壓后，限制了比較器的PWM 脈沖電壓輸出，該電壓上升為恒定的邏輯高電平，PWM高電平經(jīng)PWh鎖存器輸出至D端線仍為恒定的邏輯高電平，C3電容重新充電之前，D端線的高電平

24、不會(huì) 發(fā)生變化，封鎖輸出。當(dāng)故障消除后， A 端線恢復(fù)為低電壓正常值， T3 截止， C3電容由50卩A電流源緩慢充電，C3充電對PWM和D端線脈沖寬度產(chǎn)生影響， 同時(shí)對P1和P2輸出脈沖產(chǎn)生影響，其結(jié)果是使P1和P2脈沖由窄緩慢變寬，只 有C3充電結(jié)束后，P1和P2的脈沖寬度才不受C3充電的影響。這種軟啟動(dòng)方式， 可使系統(tǒng)主回路電機(jī)及功率場效應(yīng)管避免承受過大的沖擊浪涌電流。3.2.4 波形的產(chǎn)生及控制方式分析鋸齒波作為載波信號(hào)Ut，調(diào)制信號(hào)由9腳輸入，此圖中，調(diào)制信號(hào)由可調(diào) 電位器RP上的電壓信號(hào)Ur'和外加的給定信號(hào)Ug疊加而成，RP上的電壓信號(hào) 用于確定脈寬調(diào)制波的初始占空比，

25、Ug 可正可負(fù)，用于控制逆變器輸出電壓的 大小和極性， Ug 也可以由摸擬或數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出來控制，構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制 系統(tǒng)。集成控制器SG3525勺輸出側(cè)采用推拉式電路，可使關(guān)斷速度加快。 11腳、 14腳與12腳連接。PWM脈沖由13腳輸出，這樣能夠保證13腳的輸出與鎖存器 的輸出一致。鋸齒波與調(diào)制波的交點(diǎn)比較功能由比較器完成， UtUr時(shí)，比較器輸出的 PWM波形由邏輯低電平變?yōu)楦唠娖剑琔t Ur時(shí)，比較器輸出的PWM波形由邏 輯高電平變?yōu)榈碗娖?。為保證 PWM波寬不至于太窄，用PWM鎖存器鎖存高電平 值，并在CP脈沖下跳時(shí)對鎖存器清零，以進(jìn)行下一個(gè)比較點(diǎn)的鎖存。3.3延時(shí)、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

26、在可逆變換器中，跨接在電源 Us兩端的上、下兩個(gè)功率場效應(yīng)管經(jīng)常交替 工作，由于功率場效應(yīng)管的關(guān)斷要有一定的時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)功率場效應(yīng)管并未完全關(guān)斷。如果在此期間另一個(gè)功率場效應(yīng)管已經(jīng)導(dǎo)通，則將造成上下兩管直 通，從而使電源正負(fù)極短路。為了避免發(fā)生這種情況。設(shè)置了由R、C電路構(gòu)成的邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。保證在對一個(gè)管子發(fā)出關(guān)閉脈沖后，延時(shí)2卩S左右的時(shí)間后再發(fā)出對另一個(gè)管子的開通脈沖。如圖所示，Ua為SG3525的13腳輸出占空比可調(diào)的脈沖波形（占空比調(diào)節(jié)范圍不小于 0.10.9 ），經(jīng)過RC移相后，輸出兩組 互為到相、死區(qū)時(shí)間為4卩S左右的脈沖，經(jīng)過光耦隔離后，分別驅(qū)動(dòng)四只 IGBT 管，其中VT

27、1、VT4驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，VT2 VT3驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同。3.4 ASR和ACR調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)341 ASR （速度調(diào)節(jié)器）123速度調(diào)節(jié)器ASR的功能是對給定和反饋兩個(gè)輸入量進(jìn)行加法，減法，比例，積分和微分等運(yùn)算，使其輸出按某一規(guī)律變化。它由運(yùn)算放大器，輸入與反饋網(wǎng)絡(luò)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。其原理圖如圖3-4所示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR也可當(dāng)作電壓調(diào)節(jié)器AVR來使用速度調(diào)節(jié)器采用電路運(yùn)算放大器，它具有兩個(gè)輸入端，同相輸入端和倒相輸 入端，其輸出電壓與兩個(gè)輸入端電壓之差成正比。 電路運(yùn)算放大器具有開環(huán)放大 倍數(shù)大，零點(diǎn)漂移小，線性度好，輸入電流極小，輸出阻抗小等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成 理想的調(diào)節(jié)器。圖1-7中，由二極管V

28、D4 VD5和電位器RP2 RP3組成正負(fù)限幅 可調(diào)的限幅電路。由C2, R9組成反饋微分校正網(wǎng)絡(luò)，有助于抑制振蕩，減少超 調(diào)，R15, C1組成速度環(huán)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。場效應(yīng)管 V5為零速封鎖電路，當(dāng)4端 為0V時(shí)VD5導(dǎo)通，將調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)短接而封鎖，4端為-13V時(shí)，VD5夾斷， 調(diào)節(jié)器投入工作。RP1為放大系數(shù)調(diào)節(jié)電位器。元件RP1, RP2 RP3均安裝在面 板上。電容C1兩端在面板上裝有接線柱，電容C2兩端也裝有接線柱，可根據(jù)需 要外接電容342 ACR （電流調(diào)節(jié)器）電流調(diào)節(jié)器適用于可控制傳動(dòng)系統(tǒng)中，對其輸入信號(hào)（給定量和反饋量）時(shí) 進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分，延時(shí)等運(yùn)算或者同

29、時(shí)兼做上述幾種運(yùn)算。 以使其輸出量按某種予定規(guī)律變化。 它是由下述幾部分組成：運(yùn)算放大器，兩極 管限幅，互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)、反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等。470R5R1010KR912KR15C2 473e10K41_ 224T1_410K2CW54R6R1114VST110KC710K4-224R7R12-1i10K10KR3C82CW54VST290135.1K224R810KR1310KC1R16F474RP14.7K2M1N4007VD3I V53DJ6HRP22.2K2CW54VST3R45 1K5.IK 9013IV2+ 15TR183001N4007UA7412R2131.5K

30、1N400710KR14+ 15TI 3DG6C1RP3_ 2.2K-1 5V43CG231R19300-1 5圖3圖5%流調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了 4個(gè)輸入端，其中2端接過流推信 號(hào)，來自電流變換器的過流信號(hào) U,當(dāng)該點(diǎn)電位高于某值時(shí)，VST1擊穿，正信 號(hào)輸入，ACR輸出負(fù)電壓使觸發(fā)電路脈沖后移。UZ、UF端接邏輯控制器的相應(yīng)輸 出端，當(dāng)這二端為高電平時(shí)，三極管 V1、V2導(dǎo)通將Ugt和Ugi信號(hào)對地短接， 用于邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)。晶體管Va和V4構(gòu)成互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)，當(dāng) V3、Vi基極電位為正時(shí)，V41 2管（PNF型晶體管）截止，W管和負(fù)截構(gòu)成射極跟隨器。如 V

31、s，M基極電位為負(fù) 時(shí)，V3管（NPN型晶體管）截止，W管和負(fù)截構(gòu)成射極跟隨器。接在運(yùn)算放大器 輸入端前面的阻抗為輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)。改變輸入和反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就能得到各 種運(yùn)算特性。元件RP1 RP2 RP3裝在面板上，C1、C2的數(shù)值可根據(jù)需要，由 外接電容來改變。第四章總電路圖圖4-1總電路圖總結(jié)現(xiàn)在，直流斬波器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等實(shí)際情況當(dāng)中，從中國大面積， 多人口，低技術(shù)，少能源等國情出發(fā)， 大力發(fā)展直流電技術(shù)， 結(jié)合電力電子技術(shù)， 這對改善我國科技現(xiàn)狀水平， 提高經(jīng)濟(jì)效益將起著重要作用。 電力投資的持續(xù)增 長，因此直流斬波器在電力電子行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?它的傳統(tǒng)領(lǐng)域和新領(lǐng) 域節(jié)

32、前景非常廣闊直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。 勵(lì)磁控制法是控制 磁通，其控制功率小， 低速時(shí)受到磁飽和限制， 高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度的限制， 而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差， 所以這種控制方法用 得很少。大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法。 隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步， 改 變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)， 其中PWM脈寬調(diào)制）便是常用的改變電樞電壓 的一種調(diào)速方法。PW調(diào)速控制的基本原理是按一個(gè)固定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開的時(shí)間比 （占空比）來改變直流電機(jī)電樞上電壓的 "占 空比"，從而改變平均電壓，控制電機(jī)

33、的轉(zhuǎn)速。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電 時(shí)其速度增加， 電機(jī)斷電時(shí)其速度減低。 只要按照一定的規(guī)律改變通、 斷電的時(shí) 間，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。而且采用PwMfe術(shù)構(gòu)成的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng).啟停時(shí)對直流 系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)設(shè)計(jì)體會(huì)做了兩周的課程設(shè)計(jì)， 使我有了很多的心得體會(huì)， 可以說這次直流電機(jī)斬波 調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是在大家共同努力和在老師的精心指導(dǎo)下共同完成的。一開始接觸這個(gè)課題時(shí)我還不知道該從何下手，很多東西不知該如何實(shí)現(xiàn)， 經(jīng)過 2 星期的努力，在圖書館和網(wǎng)上查資料，請教同學(xué)，終于是完成了任務(wù)。通過這次設(shè)計(jì)加深了我對這門課程的了解，以前總是覺得理論結(jié)合不了實(shí) 際，但通過這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了理論結(jié)合實(shí)際的重要性。 但由于我知識(shí)的限制， 設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希望老師指出并教導(dǎo)。通過對電路圖的研究，也增強(qiáng)了我們的思考能力。另外，在使用 protel 軟件 繪制電路圖的