《H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（19頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 控制系統(tǒng)課程設(shè)計 設(shè)計題目：H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 河北理工大學 本科生課程設(shè)計成績總評表 學生姓名 設(shè)計總成績 設(shè)計題目 H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 說明書評定成績 答辯成績 答 辯 時 需 要 設(shè) 計 人 回 答 的 問 題 注：設(shè)計總成績=說明書評定成績（60%）＋答辯成績（40%） 設(shè)計任務(wù)書 (一

2、)性能指標要求： 穩(wěn)態(tài)指標：系統(tǒng)無靜差 動態(tài)指標：；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時。 (二)給定電機及系統(tǒng)參數(shù)： PN = 220W , UN = 48V , IN =3.7A ,，nN = 200r/min ，Ra = 6.5Ω 電樞回路總電阻R =8Ω 電樞回路總電感L = 120mH 電機飛輪慣量GD2 = 1.29Nm2 (三)設(shè)計步驟及說明書要求： 1 畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并簡要說明工作原理。 2 根據(jù)給定電機參數(shù)

3、，設(shè)計整流變壓器，并計算變壓器容量及副邊電壓值;選 擇整流二極管及開關(guān)管的參數(shù)，并確定過流、過壓保護元件參數(shù)。 3分析PWM變換器，脈寬調(diào)制器（UPW）及邏輯延時（DLD）工作原理。 4 設(shè)計ACR、ASR并滿足給定性能指標要求。 5 完成說明書，對構(gòu)成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分析時，應先畫出本環(huán)節(jié)原理圖，對照分析。 6打印說明書（A4），打印電氣原理圖（A4）。 目錄 一 引言1 二 系統(tǒng)構(gòu)成和原理1 三 PWM主電路設(shè)計3 四 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計4 4.1 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計4 4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計4

4、 4.2.1電流環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數(shù)7 4.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇8 4.2.3時間常數(shù)的確定8 4.2.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇8 4.2.5校驗近似條件8 4.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量8 4.2.7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)9 五 基于SG3525 為核心構(gòu)成的控制電路9 5.1 SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理9 5.2邏輯延時環(huán)節(jié)10 六 驅(qū)動電路設(shè)計11 七 電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計12 7.1電流反饋電路設(shè)計12 7.2轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計13 八 結(jié)束語13 九 參考文獻15 十 總電路圖…………………………………………………… 16 1引言

5、直流電動機由于有著廣泛的起制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且直流拖動系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，因而目前應用廣泛。直流電機在一定范圍內(nèi)無極平滑調(diào)速系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓的方式最好。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。脈寬調(diào)速實質(zhì)上是調(diào)壓調(diào)速方式中的一種，它采用全控型電力電子器件組成的直流脈沖調(diào)制型的調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成熟，用途越來越廣，與傳統(tǒng)的V-M系統(tǒng)相比，在很多方面有很大的優(yōu)越性。 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點： （1）電流一定連續(xù)； （2）可使電機在四象限運行； （3）電機

6、停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達1:20000左右； （5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導通。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應設(shè)置邏輯延時。 2系統(tǒng)構(gòu)成和原理 直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成見附錄1。圖中可逆PWM 變換器主電路系采用MOSFET 所構(gòu)成的H 型結(jié)構(gòu)形式，它由四個功率MOSFET管和四個續(xù)流二極管組成的雙極式PWM 可逆變換器，根據(jù)脈沖占空比的不同，在

7、直流電機上可得到+或-的直流電壓。PWM變換器的作用是：用PWM調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。TG 是與直流電動機連動的測速發(fā)電機，經(jīng)過速度變換器FBS后可獲得一反映轉(zhuǎn)速變化的速度反饋信號，此信號接入速度調(diào)節(jié)器ASR 的反饋輸入端，G為電壓給定器，可提供正、負電壓，電壓大小可以調(diào)節(jié)。SG3525 為脈寬調(diào)制器。R1、C1、VD1、R2、C2、VD2 構(gòu)成邏輯延時環(huán)節(jié)。 二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，正常情況下，交流輸入為380V，經(jīng)過整流后變?yōu)?20V直流電，電阻R1為起動限流電阻,在VT1 和

8、VT4的源極回路中，串接兩個取樣電阻，其上的電壓分別反映流過VT2、VT4的電流,經(jīng)過差分放大輸出一反映電流大小的電壓，可作為雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流反饋信號，接到電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入端?；芈分械碾娮鑂2 有兩個作用。第一，可以用來觀察波形,其上的電壓波形反映了主回路的電流波形。第二，作為過流保護用。當R2的電壓超過整定值后，過流保護電路動作，關(guān)閉脈沖，從而保護功率MOSFET管。 3 PWM主電路設(shè)計 按電路能否始終保持電流連續(xù)分為受限式和非受限式兩種，而按輸出電壓極性是否單一又分為單極性和雙極性兩種類型。圖1中裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用的是H型變換器。采用恰當?shù)目刂品绞娇勺屍涔ぷ饔陔p極性非受限式的狀

9、態(tài)下。功率開關(guān)管VT1和VT4同時導通和關(guān)斷，其驅(qū)動電壓Ug1=Ug4；VT2和VT3同時動作，其驅(qū)動電壓Ug2=Ug3=-Ug1。經(jīng)分析易知，不論電流路徑如何，只要VT1和VT4上加的是正向的控制信號，電機電樞兩端電壓UAB=Us（Us指電容兩端電壓），只要VT2和VT3兩端加的是正向的控制信號，電機電樞兩端電壓UAB=-Us。設(shè)VT1 開關(guān)周期為T，一個周期內(nèi)VT1上所加正向控制信號的時間是ton，則電機電樞的平均電壓為：，若令。當為正值時電機正轉(zhuǎn)，當為負值時電機反轉(zhuǎn)。當為零時電樞兩端平均電壓為零，電機不轉(zhuǎn)。雖然電機不動，電樞兩端的瞬時電壓和瞬時電流都不是零，而是交變的。這個交變電流平均值

10、為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機的損耗。但它的好處是使電機帶有高頻的微振，起著所謂“動力潤滑”的作用，消除正、負反向時的靜磨擦死區(qū)，使電機低速時有較好的動靜態(tài)特性。電樞電壓極性在每個周期內(nèi)都是變化的，但是開關(guān)管的頻率做得很高，電機運行時由于慣性其轉(zhuǎn)速瞬間不會變化，再加上電樞電感對電流有濾波作用，所以電機轉(zhuǎn)速可以認為是穩(wěn)定的。但是這里的穩(wěn)態(tài)，指的是電機的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，電樞電流實際上是周期變化的，只能算是準穩(wěn)態(tài)。脈寬調(diào)速系統(tǒng)在準穩(wěn)態(tài)下的機械特性是其平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系。 圖1 PWM調(diào)速主電路 4電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的

11、設(shè)計 設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴展。在這里是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 -IdL Ud0 Un + - - + - Ui ACR 1/R Tl s+1 R Tms U*i Uc Ks Tss+1 Id 1 Ce + E b T0is+1 1 T0is+1 ASR 1 T0ns+1 a T0ns+1 U*n n 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于電流檢測信號中常含有交流分量須

12、加低通濾波，其濾波時間常數(shù)Toi按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是：讓給定信號和反饋信號經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜希瑥亩鴰碓O(shè)計上的方便。 圖2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖中Toi為電流反饋濾波時間常數(shù)；Ton為轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)。 由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用Ton表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時間常數(shù)為Ton的給定

13、濾波環(huán)節(jié)。 4.1 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計 設(shè)置電流調(diào)節(jié)器是為了充分的利用電機允許的過載能力，在系統(tǒng)暫態(tài)過程中，始終保持電流為允許的最大值，使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，制動，縮短調(diào)節(jié)時間，保證系統(tǒng)具有良好的快速響應的性能。當?shù)竭_穩(wěn)態(tài)時，又讓電流立即降低下來。本系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，這是因為PI調(diào)節(jié)器的比例部分可以提高系統(tǒng)的快速性，積分部分可以消除電流靜差，是系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)品質(zhì)。 電流調(diào)節(jié)器處于雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)中，此內(nèi)環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過 程中，電流調(diào)節(jié)器的給定值隨著轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出值改變而改變。由于運放的飽和原因，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出值不能無限

14、制的增長，所以當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，就可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動回復正常。此外電流環(huán)對電網(wǎng)電壓起及時抗擾作用。 主要參數(shù)的確定： 根據(jù)初始數(shù)據(jù)，可得出： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ASR限幅值，電流反饋系數(shù) 電力電子變換器放大系數(shù) 電樞回路電磁時間常數(shù) 電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù) 電流濾波時間常數(shù)。三相橋式電路每個波頭的時間是，為了基本濾平波頭，應有，因此取。 整流裝置滯后時間常數(shù)。三相橋式電路的平均失控時間s。 電流環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取。 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 電流環(huán)的重要作

15、用就是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，因而在突加控制作用時不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。在一般情況下，當控制對象的兩個時間常數(shù)之比時，典型I型系統(tǒng)的抗擾恢復時間還是可以接受的，因此一般多按典型I型系統(tǒng)來設(shè)計電流環(huán)。電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成： （4-1） 式中：為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；為電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和的選擇。 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，應取，因此 故電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為：

16、 校驗近似條件 以上的結(jié)果是在一系列假定條件下得出的，現(xiàn)將所用過的假定條件歸納如下，具體設(shè)計時，必須校驗這些條件。 電流環(huán)截止頻率 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： ，效驗計算：，滿足近似條件。 忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件： ，效驗計算：，滿足近似條件。 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： ，效驗計算：，滿足近似條件。 電流調(diào)節(jié)器的電阻和電容計算 按照電流調(diào)節(jié)器所用放大器取，各電阻和電容值計算如下 ，可取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為，滿足設(shè)計要求。 電流閉環(huán)后，改造了控制對象，加快了電流跟隨作用。這說明了多環(huán)控制系統(tǒng)中局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）的一個

17、重要功能。 4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計 ASR的輸入信號來自給定環(huán)節(jié)的輸出Ugd和測速發(fā)電機TG的輸出Ufn。 為例滿足系統(tǒng)動、靜態(tài)品質(zhì)的要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分放大器。其輸出信號作為電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓信號。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)有正負限幅，限幅值Ugim=βIdmax在反饋電壓輸入端和給定電壓輸入端均設(shè)有無源T型濾波環(huán)節(jié)，濾去高次諧波干擾信號。場效應管FET，保證系統(tǒng)停車時，本調(diào)節(jié)器鎖零。 圖4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路結(jié)構(gòu)圖 4.2.1電流環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

18、器時，可把已設(shè)計好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的等效傳遞函數(shù)。其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （4-2） 轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率一般較低，因此傳函可降階近似為： （4-3） 4.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，還必須在擾動作用點以前設(shè)置一個積分環(huán)節(jié)，同時從動態(tài)性能上看，調(diào)速系統(tǒng)首先需要有較好的抗擾性能，因此選擇典型Ⅱ型系統(tǒng)。要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，ASR也應該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （4-4） 式中：為轉(zhuǎn)速調(diào)

19、節(jié)器的比例系數(shù)；為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 4.2.3時間常數(shù)的確定 電流環(huán)等效時間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)，根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)，按小時間常數(shù)近似處理 4.2.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和。至于中頻寬h應選多大，按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法，按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則ASR的超前時間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 于是，ASR的比例系數(shù)為： 4.2.5校驗近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為： 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： ，現(xiàn)在 ，滿足簡化條件。 小時間常數(shù)近似處理條件： ，現(xiàn)在 ，滿足簡化條件。 當

20、轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率較低時，對于轉(zhuǎn)速環(huán)的頻率特性來說，原系統(tǒng)和近似系統(tǒng)只在高頻段有一些差別。 4.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 由于突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應該按ASR退飽和的情況計算超調(diào)量。允許過載倍數(shù)，設(shè)理想空載起動時根據(jù)退飽和公式既有： （4-5） 當時，查表可得；而，因此 ，。 4.2.7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn) 含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖4所示，圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為： 運按算放大器取，則 ，取 ，取

21、 ，取 5 基于SG3525 為核心構(gòu)成的控制電路 5.1 SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 SG3525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。其內(nèi)部包含精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等,并含有欠壓鎖定電路,閉鎖控制電路和軟起動電路。 采用集成芯片產(chǎn)生PWM 信號進行控制具有線路較為簡單，易于控制，無需編程等特點，是目前PWM常用的方法。美國硅通公司的SG3525A是性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強的單片集成PWM 控制器。具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見附錄2?；鶞孰妷翰糠謱?nèi)部供電，對外作為基準參考電壓；振蕩器產(chǎn)生近似的鋸齒波，鋸齒波的頻率由和振蕩

22、器相連接的外接的電阻電容決定，同時對應于鋸齒波的下降沿產(chǎn)生一時鐘脈沖CP；在時鐘脈沖CP的作用下，分相器（T觸發(fā)器）的兩輸出端產(chǎn)生兩相位相反的方波信號，其頻率是鋸齒波頻率的一半；誤差放大器是差動輸入放大器，同相輸入端端2接給定電壓，閉環(huán)控制制時反向輸入端1接反饋電壓，端9和端1之間接入適當?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成調(diào)節(jié)器可滿足系統(tǒng)動靜特性的要求；外加于端9的信號和誤差放大器的輸出疊加于比較器的一反向輸入端，比較器的同相輸入端加振蕩器產(chǎn)生的鋸波信號，這樣比較器的輸出端產(chǎn)生PWM 信號，改變外加于端9 的信號或來自于端2的反饋信號或端1的給定信號均可改變PWM 信號的占空比；內(nèi)部PWM 鎖存器可以使關(guān)閉更可靠

23、；兩個輸出級結(jié)構(gòu)是一樣的，門電路輸出上側(cè)為或非門，下側(cè)為或門，門電路的輸入A端，C端和D端所加的信號是一樣的，分別是欠壓鎖定輸出，時鐘脈沖CP 和來自鎖存器的PWM信號，分相器的兩輸出端分別加到兩輸出級的門電路B 端，由于分相器輸出兩相位相反的方波，所以芯片兩對外輸出端輸出的是兩波形一樣而相位相差180的PWM信號，而且頻率是比較器產(chǎn)生的PWM信號的一半。另外此芯片還帶有閉鎖控制，軟起動，欠壓鎖定功能。本裝置結(jié)構(gòu)圖中SG3525A的5、6、7 管腳接上恰當?shù)墓潭ù笮〉碾娮桦娙荩詻Q定最終輸出的PWM信號的頻率。管腳9開環(huán)時加給定信號，閉環(huán)時加ACR（或ASR）的輸出，9 端所加電壓的大小決定P

24、WM的占空比。定頻調(diào)寬控制方式。13端作為PWM信號的輸出端。 5.2邏輯延時環(huán)節(jié) 主電路功率開關(guān)管的控制所需要信號是對角上兩管控制信號相同，而同一橋臂上的控制信號相反。這樣主電路需要兩路互為反向的控制信號。SG3525的13端的輸出信號作為一路信號，其經(jīng)過一反向器后作為另一路信號即可滿足所需。雖然目前的工藝水平可以使電力電子半導體開關(guān)器件開關(guān)頻率做得很高，但其導通和關(guān)斷仍會占用一極短的時間，控制信號消失的瞬間并不意味著功率開關(guān)管就真正關(guān)斷。假如一功率開關(guān)管的控制信號剛消失的同時給同一橋臂另一功率開關(guān)管加控制信號很可能造成同一橋臂的兩管子同時導通而形成對電源短路。為了避免這種情況發(fā)生，設(shè)置

25、了邏輯延時環(huán)節(jié)。邏輯延時環(huán)節(jié)的二極管使低電平信號或說負信號照樣通過R和C延遲高電平信號向后傳送的時間。這樣就可以保證一功率開關(guān)管可靠關(guān)斷后再給與其同一橋臂上的功率開關(guān)管加高電平信號，避免其同時導通。電路連接圖見圖5所示。 圖5 SG3525控制及延時電路 6驅(qū)動電路設(shè)計 本脈寬調(diào)速裝置中主電路是強電，控制電路屬弱電。控制電路對主電路進行控制時就需要隔離環(huán)節(jié)。SG3525A 產(chǎn)生的PWM 信號較小，不能直接驅(qū)動大功率的開關(guān)管。所以要加上驅(qū)動環(huán)節(jié)。本裝置功率開關(guān)器件用的是MOSFET，可以選擇用專用的集成驅(qū)動

26、芯片。 IR2110是美國IR公司生產(chǎn)的高壓、高速PMOSFET和IGBT的理想驅(qū)動器。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品種。該芯片采用HVIC和閂鎖抗干擾制造工藝，集成DIP、SOIC封裝。IR2110具有獨立的低端和高端輸入通道：懸浮通道電源采用自舉電路，其電壓最高可達500V；功率器件柵極驅(qū)動電壓范圍10V~20V；輸出電流峰值為2A; 邏輯電源范圍5V~20V，而且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量；帶有下拉電阻的COMS施密特輸入端，可以方便地與LSTTL和CMOS電平匹配；獨立的低端和高端輸入通道，具有欠電壓同時鎖定兩通

27、道功能; 兩通道的匹配延時為10ns；開關(guān)通斷延時小，分別為120ns和90ns；工作頻率達500kHz。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括邏輯輸入，電平轉(zhuǎn)換及輸出保護等。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見附錄2。 自舉二極管VD1和電容C1是IR2110在PWM應用時需要嚴格挑選和設(shè)計的元器件，應根據(jù)一定的規(guī)則對其進行調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。在工程應用中，取自舉電容。式中，Qg為MOSFET門極提供的柵電荷。假定自舉電容充電路徑上有1.5V的壓降（包括VD1的正向壓降），則在器件開通后，自舉電容兩端電壓比器件充分導通所需要的電壓10V要高。 同時，在選擇自舉電容大小時，應綜合考慮懸浮驅(qū)動的最寬導通時間ton(max)和最

28、窄導通時間ton(min)。導通時間既不能太大影響窄脈沖的驅(qū)動性能，也不能太小而影響寬脈沖的驅(qū)動要求。根據(jù)功率器件的工作頻率、開關(guān)速度、門極特性對導通時間進行選擇，估算后經(jīng)調(diào)試而定。VD1主要用于阻斷直流干線上的高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。為了減少電荷損失，應選擇反向漏電流小的快恢復二極管。IR2110 的擴展應用單從驅(qū)動PM 和IGBT 的角度考慮，均不需要柵極負偏置。Vge=0，完全可以保證器件正常關(guān)斷。但在有些情況下，負偏置是必要的。這是因為當器件關(guān)斷時，其集電極－發(fā)射極之間的過高時，將通過集電極－柵極之間的（密勒）電容以尖脈沖的形式向柵極饋送電荷，使柵極電壓升高，而

29、PM，IGBT 的門檻電壓通常是3～5V 左右，一旦尖脈沖的高度和寬度達到一定的水平，功率器件將會誤導通，造成災難性的后果。而采用柵極負偏置，可以較好地解決這個問題。 高壓側(cè)的負偏壓由C1，VD1，R1 產(chǎn)生，R1的平均電流應不小于1mA。不同的HV 可選擇不同的電阻值，并適當考慮其功耗。低壓側(cè)由Vcc，R2，C2，VD2 產(chǎn)生。兩路負偏置約為-4.7V?？蛇x擇小電流的齊納二極管。原理圖見圖6。 圖6 帶有負偏置的IR2110驅(qū)動 7電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計 7.1電流反饋電路設(shè)計 電流反饋電路主要是采用霍爾，霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡單、體積

30、小、無活動部件，便于與測量電路一起作為霍爾傳感器。具體測量電路如見圖7所示，圖中控制電流有VCC提供，可以是直流也可以是交流電源，電位器R1是用來調(diào)節(jié)控制電流I的大小，R4是霍爾輸出電壓的負載電阻，通常是放大電路的輸入電阻?；魻栯妷阂话銥楹练鼣?shù)量級，因而后面需要接差動放大器，霍爾電壓為線性量，因而該電路設(shè)計為線性型。 圖7 電流反饋電路 7.2轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計 轉(zhuǎn)速反饋電路由測速發(fā)電機測轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速變換器反饋相應電壓信號，然后將電壓信號反饋回轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。轉(zhuǎn)速變換FBS用于在轉(zhuǎn)

31、速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，反映轉(zhuǎn)速變化并把與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號,變換成適用于控制單元的電壓信號。電路圖如圖8所示。 圖8 轉(zhuǎn)速反饋電路 由電流調(diào)節(jié)器和電流測量環(huán)節(jié)構(gòu)成電流內(nèi)環(huán)，由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速測量環(huán)節(jié)構(gòu)成轉(zhuǎn)速外環(huán)。兩個調(diào)節(jié)器都是比例、積分調(diào)節(jié)器，因此，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。電動機的轉(zhuǎn)速能自動維持在給定的轉(zhuǎn)速下運行。電流環(huán)的接入可使閉環(huán)系統(tǒng)突加給定起動，此外，電流環(huán)還有抑制由電網(wǎng)電壓的波動而產(chǎn)生的干擾的作用。要實現(xiàn)可逆運行，只需要改變給定電壓的極性即可，不會產(chǎn)生短路現(xiàn)象。 8結(jié)束語 經(jīng)過兩周的課設(shè)我充分的認識到了自己在本專業(yè)上的學習的不足，通過查漏補缺，復習以前學

32、過的專業(yè)知識，也通過課設(shè)查詢資料學會了課上沒有學到的一些知道，尤其是后面的查詢各種元器件的使用的時候，查詢了大量的資料，在這些知識的融合之下玩成了這篇課設(shè)，雖然其中還有許多的不足，是現(xiàn)在的我所不能完善的，但在以后的工作和學習中，有了更多方面的知識的沉淀，不斷的積累經(jīng)驗，我相信，以后我會有更好的更完善的作品的。 在這里我要感謝大學四年教授我們課程的老師們，是他們的孜孜教導，才有了今天的我們，最后，在這里要特別感謝梁秀滿老師的特別指導，您辛苦了。 參考文獻 ［1］陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)

33、.北京：機械工業(yè)出版社，2003.7 ［2］王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2000.7 ［3］唐永哲.電力傳動自動控制系統(tǒng).西安：電子科技大學出版社，1998.4 ［4］彭鴻才.電機原理及拖動.北京:機械工業(yè)出版社，1996.10 [5] 姜化善，張志杰.電力半導體變流裝置的調(diào)試與維修.北京：機械工業(yè)出版社.1990.1 [6] 譚建成.新編電機控制專用集成電路與應用.北京：機械工業(yè)出版社.2006.3 [7] 周深淵.電力電子技術(shù)與MATLAB仿真。北京：中國電力出版社.2006.5 19