基于SG3525的電流可逆直流調(diào)速電路研究.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(2010屆)課題名稱基于SG3525的電流可逆直流調(diào)速電路研究專業(yè)名稱：電氣自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：日期：2010.1-2010.41目錄1.摘要12.引言13.直流斬波電路23.1直流直流斬波介紹23.1.1降壓斬波電路23.1.2升壓斬波電路33.1.3升降壓斬波電路43.1.4直流電路可逆斬波電路54.直流調(diào)速方案設(shè)計(jì)64.1直流電動(dòng)機(jī)的選擇64.2電路組成及系統(tǒng)分析64.3主電路工作原理74.3.1變壓器降壓84.3.2二極管整流84.3.3可逆電路94.4控制電路104.5SG3525保護(hù)電路設(shè)計(jì)11設(shè)計(jì)總結(jié)12致謝13參考文獻(xiàn)14基于SG3525的電流可逆直流調(diào)速電路研究摘要本文設(shè)計(jì)了通過(guò)直流斬波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的電流可逆直流調(diào)速電路，此斬波電路由基本的降壓型變換器和升壓型變換器相組合，選用全控型器件IGBT，當(dāng)此變換器對(duì)直流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，只要對(duì)IGBT進(jìn)行實(shí)時(shí)的PWM控制，2就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。此斬波電路中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由集成脈寬調(diào)制控制器SG3525產(chǎn)生，由于它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試。關(guān)鍵詞：直流斬波電路；SG3525；可逆；調(diào)速；系統(tǒng)1.引言由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)動(dòng)性能和控制特性，盡管它不如交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)容易，但是長(zhǎng)期以來(lái)，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。當(dāng)然，近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，在許多場(chǎng)合正逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)。但是就目前來(lái)看，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。在我國(guó)許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動(dòng)的場(chǎng)合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)電流可逆調(diào)速系統(tǒng)，本系統(tǒng)是以直流斬波電路和SG3525為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。2直流斬波電路2.1直流斬波電路介紹直流電動(dòng)機(jī)是通過(guò)調(diào)節(jié)其電樞或勵(lì)磁繞組的電壓來(lái)達(dá)到調(diào)速目的的，前者一般叫調(diào)壓調(diào)速，后者叫調(diào)磁調(diào)速。直流電機(jī)所需的電能一般都來(lái)自交流電網(wǎng)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速大致有兩種方案：其一是用可控整流電路（如晶閘管整流電路）得到可以調(diào)節(jié)的直流電壓供給電動(dòng)機(jī)；另一種則是先用不可控整流電路對(duì)交流電進(jìn)行整流，輸出不可調(diào)的直流電壓，然后通過(guò)直流斬波電路進(jìn)行直流調(diào)壓。于本課題有關(guān)的直流斬波電路主要包括以下3種3形式：2.1.1降壓斬波電路（BuckChopper）降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖1所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Ui。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。負(fù)載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時(shí)間，toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周朝，為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū取Ｓ纱丝芍?，輸出到?fù)載的電壓平均值Uo最大為Ui。若減小占空比，則Uo隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。圖2.1降壓斬波電路的原理圖及波形2.1.2升壓斬波電路（BoostChopper）升壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖2所示。電路也使用一個(gè)全控型器件V。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向電感Ll充電，充電電流基本恒定為I1，同時(shí)電容Cl上的電壓向負(fù)載供電，因Cl值很大，基本保持輸出電壓Uo為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感Ll上積累的能量為UiI1ton。4當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)Ui和Ll共同向電容Cl充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感Ll釋放的能量為（Uo-Ui）I1toff。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感Ll積蓄的能量與釋放的能量相等，即上式中的T/toff1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。圖2.1.2升壓斬波電路的原理圖及波形2.1.3升降壓斬波電路（Boost-BuckChopper）升降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖3所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開(kāi)關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)V向電感Ll供電使其貯存能量，同時(shí)Cl維持輸出電壓Uo基本恒定并向負(fù)載供電。此后V關(guān)斷，電感Ll中貯存的能量向負(fù)載釋放?？梢?jiàn)負(fù)載電壓為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)00.5時(shí)為降壓，當(dāng)0.501時(shí)為升壓。5圖2.1.3升降壓斬波電路的原理圖及波形2.1.4直流電流可逆斬波電路當(dāng)斬波電路用于拖動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，常要使電動(dòng)機(jī)即可電動(dòng)運(yùn)行，又可再生制動(dòng)，將能量反饋電源。從電動(dòng)狀態(tài)到再生制動(dòng)的切換可通過(guò)改變電路連結(jié)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。降壓斬波電路在拖動(dòng)直流電機(jī)時(shí)（如圖3所示），電動(dòng)機(jī)工作于第一象限。而如圖3-3所示的升壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)則工作于第二象限。兩種情況下，電動(dòng)機(jī)的電樞電流的方向不同，但均只能單向流動(dòng)。這里介紹的直流電流可逆斬波電路是將降壓斬波電路和升壓斬波電路結(jié)合在一起，在拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)電樞電流可正可負(fù)，但電壓只能是一種極性。故其可以再第1第2象限工作。圖2.1.4給出了直流電流可逆斬波電路的原理圖。在該電路中V1和VD1構(gòu)成降壓電路，由電源向直流電機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行工作于第1象限；V2和VD2構(gòu)成了升壓斬波電路，把直流電機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能反饋到電源，使電機(jī)再生制動(dòng)，工作于第2象限。需要注意的是，V1和V2同時(shí)導(dǎo)通，電源就有短路的危險(xiǎn)，進(jìn)而損壞開(kāi)關(guān)器件和電源，因此要防止這種情況的出現(xiàn)。當(dāng)電路只做降壓斬波運(yùn)行時(shí)，V2和VD2總處于斷開(kāi)狀態(tài)，只做升壓斬波運(yùn)行時(shí)，V1和VD2總是處于斷態(tài)。兩種情況與前面討論的一樣。此外該電路6還有第三種工作方式，即在一個(gè)周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。在這種工作方式下，當(dāng)降壓斬波電路或升壓斬波電路的電流斷續(xù)而為零時(shí)。使另一個(gè)斬波電路工作，讓電流反方向流過(guò)，這樣電機(jī)電樞回路總有電流流過(guò)。圖2.1.4電流可逆斬波電路及波形(a)電路（b）波形3直流調(diào)速方案設(shè)計(jì)3.1直流電動(dòng)機(jī)的選擇本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)可逆調(diào)速系統(tǒng)，其技術(shù)參數(shù)據(jù)和要求為：直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓UN=110V，額定電流IN=13A，轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，電樞電阻Ra=1，極數(shù)2p=2，勵(lì)磁電壓Uex=110V，勵(lì)磁電流