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

2、)性能指標(biāo)要求： 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：系統(tǒng)無靜差 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)。 (二)給定電機(jī)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(jī)飛輪慣量GD2 = 1.29Nm2 (三)設(shè)計(jì)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(jī)參數(shù)

3、，設(shè)計(jì)整流變壓器，并計(jì)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(hù)元件參數(shù)。 3分析PWM變換器，脈寬調(diào)制器（UPW）及邏輯延時(shí)（DLD）工作原理。 4 設(shè)計(jì)ACR、ASR并滿足給定性能指標(biāo)要求。 5 完成說明書，對構(gòu)成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分析時(shí)，應(yīng)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(jì)3 四 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)4 4.1 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)4 4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計(jì)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(shí)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(yàn)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(shí)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(shí)環(huán)節(jié)10 六 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)11 七 電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計(jì)12 7.1電流反饋電路設(shè)計(jì)12 7.2轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計(jì)13 八 結(jié)束語13 九 參考文獻(xiàn)15 十 總電路圖…………………………………………………… 16 1引言

5、直流電動(dòng)機(jī)由于有著廣泛的起制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且直流拖動(dòng)系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，因而目前應(yīng)用廣泛。直流電機(jī)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(yīng)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(shí)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(diǎn)： （1）電流一定連續(xù)； （2）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行； （3）電機(jī)

6、停止時(shí)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(dá)1:20000左右； （5）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個(gè)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(shí)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(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。 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(gè)功率MOSFET管和四個(gè)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速。TG 是與直流電動(dòng)機(jī)連動(dòng)的測速發(fā)電機(jī)，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(hào)，此信號(hào)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(fù)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(shí)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(dòng)限流電阻,在VT1 和

8、VT4的源極回路中，串接兩個(gè)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(hào)，接到電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入端。回路中的電阻R2 有兩個(gè)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(hù)用。當(dāng)R2的電壓超過整定值后，過流保護(hù)電路動(dòng)作，關(guān)閉脈沖，從而保護(hù)功率MOSFET管。 3 PWM主電路設(shè)計(jì) 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(dāng)?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(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動(dòng)電壓Ug1=Ug4；VT2和VT3同時(shí)動(dòng)作，其驅(qū)動(dòng)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(hào)，電機(jī)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(hào)，電機(jī)電樞兩端電壓UAB=-Us。設(shè)VT1 開關(guān)周期為T，一個(gè)周期內(nèi)VT1上所加正向控制信號(hào)的時(shí)間是ton，則電機(jī)電樞的平均電壓為：，若令。當(dāng)為正值時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)為負(fù)值時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)為零時(shí)電樞兩端平均電壓為零，電機(jī)不轉(zhuǎn)。雖然電機(jī)不動(dòng)，電樞兩端的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流都不是零，而是交變的。這個(gè)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(jī)的損耗。但它的好處是使電機(jī)帶有高頻的微振，起著所謂“動(dòng)力潤滑”的作用，消除正、負(fù)反向時(shí)的靜磨擦死區(qū)，使電機(jī)低速時(shí)有較好的動(dòng)靜態(tài)特性。電樞電壓極性在每個(gè)周期內(nèi)都是變化的，但是開關(guān)管的頻率做得很高，電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于慣性其轉(zhuǎn)速瞬間不會(huì)變化，再加上電樞電感對電流有濾波作用，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速可以認(rèn)為是穩(wěn)定的。但是這里的穩(wěn)態(tài)，指的是電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，電樞電流實(shí)際上是周期變化的，只能算是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。脈寬調(diào)速系統(tǒng)在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下的機(jī)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(jì) 設(shè)計(jì)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(kuò)展。在這里是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于電流檢測信號(hào)中常含有交流分量須

12、加低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)Toi按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也給反饋信號(hào)帶來延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號(hào)通道中加入一個(gè)相同時(shí)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(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計(jì)上的方便。 圖2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖中Toi為電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；Ton為轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。 由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)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(shí)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(jì) 設(shè)置電流調(diào)節(jié)器是為了充分的利用電機(jī)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(dòng)，制動(dòng)，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，保證系統(tǒng)具有良好的快速響應(yīng)的性能。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，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?yàn)镻I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(dòng)、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(gè)隨動(dòng)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(yùn)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(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，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(hù)作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)回復(fù)正常。此外電流環(huán)對電網(wǎng)電壓起及時(shí)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(shí)間常數(shù) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) 電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是，為了基本濾平波頭，應(yīng)有，因此取。 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路的平均失控時(shí)間s。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)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(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。在一般情況下，當(dāng)控制對象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比時(shí)，典型I型系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)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(jì)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(yīng)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(shí)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(shí)間常數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取，因此 故電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為：

16、 校驗(yàn)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(jì)時(shí)，必須校驗(yàn)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(yàn)計(jì)算：，滿足近似條件。 忽略反電動(dòng)勢對電流環(huán)影響的近似條件： ，效驗(yàn)計(jì)算：，滿足近似條件。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： ，效驗(yàn)計(jì)算：，滿足近似條件。 電流調(diào)節(jié)器的電阻和電容計(jì)算 按照電流調(diào)節(jié)器所用放大器取，各電阻和電容值計(jì)算如下 ，可取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為，滿足設(shè)計(jì)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(gè)

17、重要功能。 4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計(jì) ASR的輸入信號(hào)來自給定環(huán)節(jié)的輸出Ugd和測速發(fā)電機(jī)TG的輸出Ufn。 為例滿足系統(tǒng)動(dòng)、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(hào)作為電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓信號(hào)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)有正負(fù)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(hào)。場效應(yīng)管FET，保證系統(tǒng)停車時(shí)，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(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

18、器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，同時(shí)從動(dòng)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(yīng)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(shí)間常數(shù)。 4.2.3時(shí)間常數(shù)的確定 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，按小時(shí)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(yīng)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(shí)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(yàn)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(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： ，現(xiàn)在 ，滿足簡化條件。 當(dāng)

20、轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率較低時(shí)，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(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量。允許過載倍數(shù)，設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)根據(jù)退飽和公式既有： （4-5） 當(dāng)時(shí)，查表可得；而，因此 ，。 4.2.7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)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(fù)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(yùn)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(zhǔn)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(dòng)電路。 采用集成芯片產(chǎn)生PWM 信號(hào)進(jìn)行控制具有線路較為簡單，易于控制，無需編程等特點(diǎn)，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(qiáng)的單片集成PWM 控制器。具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見附錄2?；鶞?zhǔn)電壓部分對內(nèi)部供電，對外作為基準(zhǔn)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(shí)對應(yīng)于鋸齒波的下降沿產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖CP；在時(shí)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(hào)，其頻率是鋸齒波頻率的一半；誤差放大器是差動(dòng)輸入放大器，同相輸入端端2接給定電壓，閉環(huán)控制制時(shí)反向輸入端1接反饋電壓，端9和端1之間接入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成調(diào)節(jié)器可滿足系統(tǒng)動(dòng)靜特性的要求；外加于端9的信號(hào)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(hào)，這樣比較器的輸出端產(chǎn)生PWM 信號(hào)，改變外加于端9 的信號(hào)或來自于端2的反饋信號(hào)或端1的給定信號(hào)均可改變PWM 信號(hào)的占空比；內(nèi)部PWM 鎖存器可以使關(guān)閉更可靠

23、；兩個(gè)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(hào)是一樣的，分別是欠壓鎖定輸出，時(shí)鐘脈沖CP 和來自鎖存器的PWM信號(hào)，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(hào)，而且頻率是比較器產(chǎn)生的PWM信號(hào)的一半。另外此芯片還帶有閉鎖控制，軟起動(dòng)，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(dāng)?shù)墓潭ù笮〉碾娮桦娙?，以決定最終輸出的PWM信號(hào)的頻率。管腳9開環(huán)時(shí)加給定信號(hào)，閉環(huán)時(shí)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(hào)的輸出端。 5.2邏輯延時(shí)環(huán)節(jié) 主電路功率開關(guān)管的控制所需要信號(hào)是對角上兩管控制信號(hào)相同，而同一橋臂上的控制信號(hào)相反。這樣主電路需要兩路互為反向的控制信號(hào)。SG3525的13端的輸出信號(hào)作為一路信號(hào)，其經(jīng)過一反向器后作為另一路信號(hào)即可滿足所需。雖然目前的工藝水平可以使電力電子半導(dǎo)體開關(guān)器件開關(guān)頻率做得很高，但其導(dǎo)通和關(guān)斷仍會(huì)占用一極短的時(shí)間，控制信號(hào)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(hào)剛消失的同時(shí)給同一橋臂另一功率開關(guān)管加控制信號(hào)很可能造成同一橋臂的兩管子同時(shí)導(dǎo)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(shí)環(huán)節(jié)。邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)的二極管使低電平信號(hào)或說負(fù)信號(hào)照樣通過R和C延遲高電平信號(hào)向后傳送的時(shí)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(hào)，避免其同時(shí)導(dǎo)通。電路連接圖見圖5所示。 圖5 SG3525控制及延時(shí)電路 6驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 本脈寬調(diào)速裝置中主電路是強(qiáng)電，控制電路屬弱電?？刂齐娐穼χ麟娐愤M(jìn)行控制時(shí)就需要隔離環(huán)節(jié)。SG3525A 產(chǎn)生的PWM 信號(hào)較小，不能直接驅(qū)動(dòng)大功率的開關(guān)管。所以要加上驅(qū)動(dòng)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(dòng)

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(dòng)器。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)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(dú)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(dá)500V；功率器件柵極驅(qū)動(dòng)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(dú)立的低端和高端輸入通道，具有欠電壓同時(shí)鎖定兩通

27、道功能; 兩通道的匹配延時(shí)為10ns；開關(guān)通斷延時(shí)小，分別為120ns和90ns；工作頻率達(dá)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(hù)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(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計(jì)的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則對其進(jìn)行調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。在工程應(yīng)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(dǎo)通所需要的電壓10V要高。 同時(shí)，在選擇自舉電容大小時(shí)，應(yīng)綜合考慮懸浮驅(qū)動(dòng)的最寬導(dǎo)通時(shí)間ton(max)和最

28、窄導(dǎo)通時(shí)間ton(min)。導(dǎo)通時(shí)間既不能太大影響窄脈沖的驅(qū)動(dòng)性能，也不能太小而影響寬脈沖的驅(qū)動(dòng)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(dǎo)通時(shí)間進(jìn)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(yīng)選擇反向漏電流小的快恢復(fù)二極管。IR2110 的擴(kuò)展應(yīng)用單從驅(qū)動(dòng)PM 和IGBT 的角度考慮，均不需要柵極負(fù)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(fù)偏置是必要的。這是因?yàn)楫?dāng)器件關(guān)斷時(shí)，其集電極－發(fā)射極之間的過高時(shí)，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(dá)到一定的水平，功率器件將會(huì)誤導(dǎo)通，造成災(zāi)難性的后果。而采用柵極負(fù)偏置，可以較好地解決這個(gè)問題。 高壓側(cè)的負(fù)偏壓由C1，VD1，R1 產(chǎn)生，R1的平均電流應(yīng)不小于1mA。不同的HV 可選擇不同的電阻值，并適當(dāng)考慮其功耗。低壓側(cè)由Vcc，R2，C2，VD2 產(chǎn)生。兩路負(fù)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(fù)偏置的IR2110驅(qū)動(dòng) 7電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計(jì) 7.1電流反饋電路設(shè)計(jì) 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(dòng)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(fù)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(dòng)放大器，霍爾電壓為線性量，因而該電路設(shè)計(jì)為線性型。 圖7 電流反饋電路 7.2轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速反饋電路由測速發(fā)電機(jī)測轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速變換器反饋相應(yīng)電壓信號(hào)，然后將電壓信號(hào)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(hào),變換成適用于控制單元的電壓信號(hào)。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(gè)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動(dòng)維持在給定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。電流環(huán)的接入可使閉環(huán)系統(tǒng)突加給定起動(dòng)，此外，電流環(huán)還有抑制由電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而產(chǎn)生的干擾的作用。要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行，只需要改變給定電壓的極性即可，不會(huì)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(rèn)識(shí)到了自己在本專業(yè)上的學(xué)習(xí)的不足，通過查漏補(bǔ)缺，復(fù)習(xí)以前學(xué)

32、過的專業(yè)知識(shí)，也通過課設(shè)查詢資料學(xué)會(huì)了課上沒有學(xué)到的一些知道，尤其是后面的查詢各種元器件的使用的時(shí)候，查詢了大量的資料，在這些知識(shí)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(xué)習(xí)中，有了更多方面的知識(shí)的沉淀，不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，我相信，以后我會(huì)有更好的更完善的作品的。 在這里我要感謝大學(xué)四年教授我們課程的老師們，是他們的孜孜教導(dǎo)，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(dǎo)，您辛苦了。 參考文獻(xiàn) ［1］陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

33、.北京：機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，2000.7 ［3］唐永哲.電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).西安：電子科技大學(xué)出版社，1998.4 ［4］彭鴻才.電機(jī)原理及拖動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.10 [5] 姜化善，張志杰.電力半導(dǎo)體變流裝置的調(diào)試與維修.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1990.1 [6] 譚建成.新編電機(jī)控制專用集成電路與應(yīng)用.北京：機(jī)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