自控課程設(shè)計-基于SG3525的雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、廣 東 石 油 化 工 學(xué) 院 計算機與電子信息學(xué)院自動化系電氣工程及其自動化專業(yè)電 力 拖 動 自 動 控 制 系 統(tǒng) 運 動 控 制 系 統(tǒng)課 程 設(shè) 計題 目：基于SG3525的雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計班 別 電氣07-2班 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 專業(yè)主任 日 期 基于SG3525的雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計一、引言近年來，隨著科技的進步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；需要能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，從而對

2、直流電機的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速等技術(shù)已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法應(yīng)用而生。 采用傳統(tǒng)的的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時間漂移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后避免了以上缺陷，實現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好；同樣，由于開關(guān)頻率高，快速響應(yīng)特性好，動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率高，PWM具有很高的抗噪性，且

3、有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點。第二章 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)2.1直流電動機的PWM控制原理 脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）簡稱PWM控制技術(shù)，是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制脈沖寬度或周期達到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)?？焖匐娏﹄娮悠骷β示w管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）等按PWM技術(shù)構(gòu)成的直流斬波電路如下圖2-1(a)所示。圖(b)為相應(yīng)輸出波形。 圖2-1 PWM斬波器原理圖及波形 圖（a）原理圖 圖（b）輸出電壓波形圖這種DC-DC直流功率變換電路廣泛應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源、UP

4、S以及步進電動機、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)中，與晶閘管電動機系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：（1）由于開關(guān)頻率高，僅靠電動機電樞電感的濾波作用就能獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)低速運行穩(wěn)定，電機損耗和發(fā)熱小。（2）調(diào)速范圍寬，可達1:10000。（3）系統(tǒng)頻帶寬，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗干擾能力強。（4）主電路器件工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路能耗小，裝置效率高，系統(tǒng)的功率因數(shù)較高。如上圖2-1（a）中，假定開關(guān)管V1先接通T1秒（忽略V1的管壓降，電源電壓U全部加到電樞上），然后關(guān)斷T2秒（這期間電樞端電壓為零）。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形上圖（b）所示。電樞電壓的平均值： 式中：為

5、一個周期中，開關(guān)管V1導(dǎo)通時間所占的比率，稱為負載率或者占空比，使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變值，從而達到調(diào)壓目的：1、定寬調(diào)頻法：保持不變，使在0范圍內(nèi)變化。2、調(diào)寬調(diào)頻法：保持不變，使在0范圍內(nèi)變化。3、定頻調(diào)寬法：T1+T2=T保持不變，使在0T范圍內(nèi)變化。不管哪種方法，的變化范圍均為01，因而電樞電壓平均值的調(diào)節(jié)范圍為0,均為正值，即電機只能在一個方向調(diào)速。當需要可逆調(diào)速時就要使用圖2-2（a）所示橋式（或稱H型）斬波電路。圖2-2 橋式PWM斬波器原理圖及波形（a）原理圖 （b）輸出電壓波形 圖2-2中開關(guān)管、是同時導(dǎo)通同時關(guān)斷的，、也是同時導(dǎo)通同時關(guān)斷，但與、與不允許同時

6、導(dǎo)通，否則電源直通短路。設(shè)、先同時導(dǎo)通秒后同時關(guān)斷，間隔一定時間（為避免電源直通，該間隔稱為死區(qū)時間）之后，再試、同時導(dǎo)通秒后同時關(guān)斷，如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖2-2（b）所示電樞電壓平均值為:由于01，故Ud值的調(diào)節(jié)范圍+，因而電機可以正、反兩個方向調(diào)速。圖2-3 兩種斬波器的輸出電壓特性圖2- 3給出了兩種PWM（不可逆調(diào)速與可逆調(diào)速）斬波電路電樞端電壓平均值的特性曲線。Ud =f()?？刂普伎毡纫簿涂刂屏穗姍C的轉(zhuǎn)速。 2.2脈寬調(diào)制變換器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)

7、速。PWM變換器電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類?？赡鍼WM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路。這時，電動機M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件柵極驅(qū)動電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種。由于本設(shè)計采用雙極式控制，這里只著重分析最常用的雙極式控制的橋式可逆PWM變換器。PWM變換器電路有多種形式，可分為不可逆和可逆兩大類，下面分別闡述其工作原理。2.2.1不可逆PWM變換器 由功率管VT組成的簡單不可逆變換器示于圖2-4，電源電壓由交流電源經(jīng)不控整流電路供電，加在調(diào)制管與直流電動機電樞繞組串聯(lián)電路上，電容C的作用是消除直流供電線路上的諧波電流

8、對主電路的干擾。二極管D是在關(guān)斷時為電樞回路提供釋放電感儲能的續(xù)流回路。導(dǎo)通與關(guān)斷由基極脈寬調(diào)制信號控制，調(diào)制信號由脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生。（a）原理圖 （b）電壓和電流波形圖2-4 簡單的不可逆PWM變換器由圖可知，調(diào)制信號在一個周期內(nèi)，當0tton時，為正電平，飽和導(dǎo)通，電源電壓通過加到電動機電樞繞組兩端。當tontT時為負電平，V截止關(guān)斷，電樞失去電源電壓，經(jīng)D續(xù)流。在一個周期內(nèi)電樞得到的平均電壓 （為占空比），改變占空比即可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。圖2-4（b）給出了穩(wěn)態(tài)時電樞端電壓以及電樞電流的波形。由圖可見穩(wěn)態(tài)電流是脈動的，其平均值等于負載電流。下面對電流連續(xù)情況進行分析為簡化起見，假定、二

9、極管D均具有理想開關(guān)特性，無慣性，無損耗，即開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在瞬間完成；供電電源為理想恒壓源；在不同工作狀態(tài)下電樞回路電阻R及電感L為常數(shù)；開關(guān)周期T遠小于機電時間常數(shù)并忽略開關(guān)周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)速N和反電動勢E的變化。 當電動機的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩平衡時，電樞電流重復(fù)出現(xiàn)周期性變化，即準穩(wěn)態(tài)。而穩(wěn)態(tài)時的電樞回路電壓平衡方程式：可知電樞電流平均值為:下面分析電樞電流的脈動狀態(tài)。圖2-5給出了主電路的等效電路，對應(yīng)電壓平衡方程為: （a）V導(dǎo)通時（b）V截止時 圖2-5 不可逆PWM變換器等效電路 其中R和L分別是電樞回路的總電阻和總電感。電流連續(xù)時，由(2-1)式和（2-2）式可求出電流和,給出它

10、們的電流波形如圖所示。 圖2-6 電樞電流變化曲線當開關(guān)頻率f較高，可忽略開關(guān)周期內(nèi)的變化，用平均壓降代替電樞電阻上的瞬時壓降，式（2-1）和式（2-2）可近似為這時都近似成常數(shù)，相當于圖中用直線來代替按指數(shù)規(guī)律變化的電流曲線。由式（2-3）和式（2-4）可得出： 式（2-5）表明，電流脈動量是隨占空比值變化的。且電流脈動量的最大值出現(xiàn)在=1/2時，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)機械特性表達式為： 調(diào)節(jié)占空比可得到一族平行線。如下圖 圖2-7 不可逆系統(tǒng)的開環(huán)機械特性 在簡單的不可逆電路中電流id不能反向，因而沒有制動能力，只能單象限運行。需要制動時，必須為反向電流提供通路，如圖2-8所示的雙管交替開關(guān)電路

11、。當VT1導(dǎo)通時，流過正向電流 +id，VT2導(dǎo)通時，流過 -id。應(yīng)注意，這個電路還是不可逆的，只能工作在第一、二象限，因為平均電壓并沒有改變極性。圖2-8 有制動功能的不可逆PWM變換器電路原理圖 圖2-8所示電路的電壓和電流波形有三種不同情況，無論何種狀態(tài)，功率開關(guān)器件VT1和 VT2的驅(qū)動電壓都是大小相等、極性相反的，即Ug1 =-Ug2。在一般電動狀態(tài)中，id始終為正值(其正方向示于圖2-8中)。在0tton時，Ug1為正，VT1導(dǎo)通，Ug2為負，VT2關(guān)斷。此時，電源電壓Us加到電樞兩端，電流id沿圖2-8中的回路1流通。在tontT時，Ug1和Ug2都改變極性，VT1關(guān)斷，但VT

12、2卻不能立即導(dǎo)通，因為id沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流，在VD2兩端產(chǎn)生的壓降(其極性見圖2-8)給VT2施加反壓，使它失去導(dǎo)通的可能。因此，實際上是由VT1 和VD2交替導(dǎo)通，雖然電路中多了一個功率開關(guān)器件VT2，但并沒有被用上。一般電動狀態(tài)下的電壓和電流波形也就和簡單的不可逆電路波形完全一樣。2.2.2可逆PWM變換器 電機可逆運行時，需要向電機電樞提供?？赡孀儞Q器按主電路結(jié)構(gòu)不同可分為T型和H型兩種。如圖所示（a）T型 （b） H型圖2-9 可逆變換器主電路 T型電路需要正負對稱的雙極性直流電源，功率開關(guān)管要承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電壓下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半，效率較低

13、，故實際應(yīng)用的大部分是H型可逆電路。由于本設(shè)計也采用雙極式控制，這里只著重分析最常用的雙極式控制的橋式可逆PWM變換器。（1）雙極式控制方式：正向運行： 第1階段，在0tton期間，Ug1、Ug4為正， VT1、VT4導(dǎo)通，Ug2、Ug3為負，VT2、VT3截止，電流id沿回路1流通，電動機M兩端電壓UAB =+Us； 第2階段，在tontT期間，Ug1、Ug4為負， VT1、VT4截止， VD2 、 VD3續(xù)流， 并鉗位使VT2、VT3保持截止，電流id沿回路2流通，電動機M兩端電壓UAB =-Us；反向運行： 第1階段，在0tton期間，Ug1、Ug4為負，VT2、VT3截止， VD1、V

14、D4 續(xù)流，并鉗位使 VT1、VT4截止，電流-id沿回路4流通，電動機M兩端電壓UAB =+Us；第2階段，在tontT期間，Ug2、Ug3為正， VT2、VT3導(dǎo)通，Ug1、Ug4為負，使VT1、 VT4保持截止，電流-id沿回路3流通，電動機M兩端電壓UAB =-Us；輸出波形： 雙極式控制可逆PWM變換器的輸出波形如圖2-10和圖2-11所示。圖2-10 雙極式控制可逆PWM變換器的正向電動運行波形 圖2-11 雙極式控制可逆PWM變換器的反向電動運行波形（2）輸出平均電壓：雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為 (2.3)式中 = ton/T為 PWM 波形的占空比，改變 (01

15、)即可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，若令= Ud/Us為PWM電壓系數(shù)，則在雙極式控制的可逆變換器中，= 2 -1。 （3）調(diào)速范圍：調(diào)速時，的可調(diào)范圍為01，-1+1，。當 0.5時，為正，電機正轉(zhuǎn)；當 0.5時，為負，電機反轉(zhuǎn)；當 = 0.5時，= 0，電機停止。當電機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機的損耗，這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電機停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。（4）雙極式控制的橋式可逆PWM變換器的優(yōu)點： （1）電流一定連續(xù)。 （

16、2）可使電機在四象限運行。 （3）電機停止時有微振電流，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(dǎo)通 。 （5）雙極式工作制機械特性表達式： 式中、的定義與不可逆電路的相同。電磁轉(zhuǎn)矩 Cm = KmFN 電機在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)； no =Us / Ce 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比。所描述的機械特性如圖2-12所示 圖2-12 雙極式工作制機械特性2.3 電能回饋與泵升電壓的限制圖2-13所示是橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖。PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管

17、整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓Us。由于電容容量較大，突加電源時相當于短路，勢必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串入限流電阻Ro(或電抗)，合上電源以后，延時用開關(guān)將Ro短路，以免在運行中造成附加損耗。濾波電容器往往在PWM裝置的體積和重量中占有不小的份額，因此電容器容量的選擇是PWM裝置設(shè)計中的重要問題。濾波電容的計算方法可以在一般電工手冊中查到，但對于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當電機制動時吸收運行系統(tǒng)動能的作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電機制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩

18、端電壓升高，稱作“泵升電壓”。電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓Usm，因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)所需的電容量達到數(shù)千微法。在大容量或負載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來限制泵升電壓，這時，可以采用圖2-13中的鎮(zhèn)流電阻Rb來消耗掉部分動能，Rb的分流電路靠開關(guān)器件VTb在泵升電壓達到允許數(shù)值時接通。對于更大容量的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，把多余的能量逆變后回饋電網(wǎng)。圖2-13 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖第三章 基于SG3525的PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計3.1 SG3525集成電路脈寬調(diào)制器3.1.1SG3525芯片

19、介紹 隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司(Silicon General)推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET。其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級。下面我們對SG3525特點、引腳功能、工作原理以及典型應(yīng)用進行介紹。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電

20、流環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。3.1.2 SG3525的引腳功能：圖3-1 SG3525引腳 (1) Lnv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端(引腳9)相連，可構(gòu)成跟隨器。 (2) Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補償信號輸入端(引腳9)之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。 (3) Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端

21、。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。 (4) OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。 (5) CT(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。 (6) RT(引腳6)：振蕩器定時電阻接入端。 (7) Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。 (8) SoftStart(引腳8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5的軟啟動電容。 (9) Compensation(引腳9)：PWM比較器補償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。 (10) Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸

22、入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。 (11) OutputA(引腳11)：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。 (12) Ground(引腳12)：信號地。 (13) Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。(14) OutputB(引腳14)：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。 (15) Vcc(引腳15)：偏置電源接入端。 (16) Vref(引腳16)：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準電壓。3.1.3SG3525的工作原理：SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)

23、，無須外接分壓電阻。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。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。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525的軟啟動接入端(引腳8)上通常接一個軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時，PWM鎖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。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時

24、，SG3525才開始工作。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。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時間變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。圖3-2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當Shut down(引腳10)上的信號為高電平時，PWM鎖存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。注意，Shut down引

25、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。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。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。此外，SG3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成PWM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，PWM鎖存器才被復(fù)位。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

26、，是目前PWM常用的方法。美國硅通公司的SG3525是性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強的單片集成PWM 控制器。脈寬調(diào)制信號由SG3525產(chǎn)生。如圖3-2所示： 主要由以下部分組成： (1) 基準電壓調(diào)整器?；鶞孰妷赫{(diào)整器輸出電壓為5.1 V，且有短路保護。它供給所有內(nèi)部電路，同時又可作為外部基準參考電壓。(2) 振蕩器。振蕩器的振蕩回路由電阻和電容元件構(gòu)成，改變充電電容的大小即可改變鋸齒波的頻率，即振蕩器的振蕩頻率。此電路中，RS放電電阻較小，所以形成的鋸齒波波形后沿較陡。(3) 誤差放大器及補償輸入誤差放大器是差動輸入的放大器，本電路在補償端9引入幅值可調(diào)的ACR的輸出信號。(4) 鎖存器。鎖

27、存器接收比較器的輸出信號，它有關(guān)閉電路和振蕩器輸出時間脈沖復(fù)位。這樣，當關(guān)閉電路動作， 即使過流信號立即消失，鎖存器也可維持一個周期的關(guān)閉控制，直到下一個周期時鐘信號使鎖存器復(fù)位為止。另外，由于PWM鎖存器將比較器來的置位信號鎖存，消除了系統(tǒng)所有的跳動和振蕩信號。只有在下一個時鐘周期才能重新復(fù)位.有利于提高可靠性，經(jīng)過鎖存器的輸出為PWM。 (5) 輸出11, 12及14端連結(jié)在一起，由13端輸出信號，這樣就保證了13端的輸出與鎖存器的輸出一致。振蕩器產(chǎn)生近似的鋸齒波，鋸齒波的頻率由和振蕩器相連接的外接的電阻電容決定，同時對應(yīng)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（

28、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；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

29、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。因此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。此外，集成電路SG3525還有欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路和軟起動電路。3.2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(dǎo)體開關(guān)器件開

30、關(guān)頻率做得很高，但其導(dǎo)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(dǎo)通而形成對電源短路。為了避免這種情況發(fā)生，設(shè)置了邏輯延時環(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(dǎo)通。電路連接圖見圖3-3所示。圖3-3 SG3525控制及延時電路3.3隔離及驅(qū)動電路驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)

31、節(jié)，對整個裝置的性能又很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要意義。另外，對電力電子器件或整個裝置的一些保護措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動電路中，或者通過驅(qū)動電路來實現(xiàn)，這使得驅(qū)動電路的設(shè)計更為重要。驅(qū)動電路是將控制電路產(chǎn)生的PWM信號加以隔離、放大，形成驅(qū)動主電路中各開關(guān)器件的驅(qū)動信號。在本脈寬調(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)，SG3525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)，在這里將重點介紹下典型全控型器件中的電壓型

32、驅(qū)動電路MOSFET和IGBT。1.電力MOSFET的驅(qū)動電路電力MOSFET和IGBT都屬于電壓驅(qū)動型器件，電力MOSFET的柵源極之間和IGBT的柵射極之間都有數(shù)千皮法的左右的極間電容，為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，使MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動電壓一般取1015V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般1520V。同樣，關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取-5-15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。 在本設(shè)計中，直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)所用的隔離及驅(qū)動電路是電力MOSFET的一種

33、驅(qū)動電路，如圖3-4所示：圖3-4 電力MOSFET的驅(qū)動電路 圖3-4給出的這種電力MOSFET的驅(qū)動電路，它也包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。當無輸入信號時高速放大器A輸出負電平，V3導(dǎo)通輸出負驅(qū)動電壓。當有輸入信號時A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動電壓。電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個顯著特點是驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。其第二個顯著特點是開關(guān)速度快，工作頻率高。另外，電力MOSFET的熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但是電力MOSFET電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kw的電力電子裝置。此外，專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計的混合集成電路有三菱公司的

34、M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓+15V和-10V。 IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器，常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。同一系列的不同型號其引腳和接線基本相同，只是適用被驅(qū)動器件的容量和開關(guān)頻率以及輸入電流幅值等參數(shù)有所不同。2. 過流保護 過電流分為過載和短路兩種情況，同時采用幾種過電流保護措施，可提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作

35、之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快 。 3對驅(qū)動電路的要求可歸納如下： （1）IGBT與MOSFET 都是電壓驅(qū)動，都具有一個2.5 5V的閾值電壓，有一個容性輸入阻抗,因此IGBT對柵極電荷非常敏感故驅(qū)動電路必須很可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動電路與 MOSFET 的連線要盡量短。 （2）用內(nèi)阻小的驅(qū)動源對柵極電容充放

36、電，以保證柵極控制電壓，有足夠陡的前后沿，使MOSFET的開關(guān)損耗盡量小。另外, MOSFET開通后，柵極驅(qū)動源應(yīng)能提供足夠的功率，使MOSFET不退出飽和而損壞。 （3）驅(qū)動電路要能傳遞幾十kHz 的脈沖信號。 （4）在大電感負載下, MOSFET 的開關(guān)時間不能太短，以限制出 di/dt 形成的尖峰電壓，確保MOSFET的安全。 （5）由于MOSFET在電力電子設(shè)備中多用于高壓場合，故驅(qū)動電路與控制電路在電位上應(yīng)嚴格隔離。 （6） MOSFET的柵極驅(qū)動電路應(yīng)盡可能簡單實用，最好自身帶有對MOSFET的保護功能，有較強的抗干擾能力。3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計3.4.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系

37、統(tǒng)的組成圖3-5所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套(或稱串級)聯(lián)接，如圖3-5所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)（表示限幅作用) 圖3-5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖3-5所示，圖中標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極

38、性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。3.4.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)框圖和靜特性根據(jù)3-5的原理圖，可以很容易的畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如3-6所示(其中為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，為電流反饋系數(shù))：圖3-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，系統(tǒng)靜特性如圖3-7所示，一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限

39、幅值，不飽和輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當于該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總為零。實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和的靜特性對應(yīng)于圖中的CA段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和的靜特性對應(yīng)于圖中的AB段。 圖3-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于最大電流時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到最

40、大電流時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出U*im，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截至負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。3.5 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的作用 1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的作用 （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。 （2）對負載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。2電流調(diào)節(jié)器ACR的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其

41、給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。 （2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。 （4）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說十分重要的。3.6雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖3-8所示，圖中可逆脈寬調(diào)制變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的橋式結(jié)構(gòu)，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，在直流電機上可得到或的直流電壓。脈寬調(diào)制器為集成電路SG3525，元件R

42、4、C4、VD5、R5、C5、VD6構(gòu)成邏輯延時環(huán)節(jié)。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。 回路中的電阻R2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，起過流保護的作用。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，電阻R2其實就是整個直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中的截流保護環(huán)節(jié)。圖3-8 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)電路圖 二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟姡Ｇ闆r下，交流輸入為220V，經(jīng)過整流變?yōu)?00V直流電，電阻R1為起

43、動限流電阻，在VT1和VT4的源極回路中，串接兩個取樣電阻，其上的電壓分別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。如圖3-8所示，振蕩器的振蕩回路由C2、C3、R3構(gòu)成，Rd作為放電電阻、改變充電電容的大小即可改變鋸齒波的頻率，即振蕩器的振蕩頻率。鋸齒波信號由振蕩電路產(chǎn)生，作為載波信號Ut，調(diào)制信號由可調(diào)電位器RP上的電壓信號Ur和外加的給定信號Ug疊加而成，RP上的電壓信號用于確定脈寬調(diào)制波的初始占空比，Ug可正可負，用于控制逆變器輸出電壓的大小和極性，在開環(huán)系統(tǒng)中，電壓給定器G的輸出電壓直接加在Ug上，Ug也可以由模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出來控制，構(gòu)成

44、閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。本電路是由模擬的轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器來控制的，電壓給定器G的輸出接在ASR的輸入端，Ug由ACR的輸出控制。在可逆變換器中，跨接在電源Us兩端的上、下兩個功率場效應(yīng)管經(jīng)常交替工作，由于功率場效應(yīng)管的關(guān)斷要有一定的時間。在這段時間內(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，從而使電源正負極短路。為了避免發(fā)生這種情況，設(shè)置了由R、C元件構(gòu)成的邏輯延時環(huán)節(jié)。保證在對一個管子發(fā)生關(guān)閉脈沖后，延時5s左右的時間后再發(fā)出對另一個管子的開通脈沖。Ua為SG3525的13腳輸出占空比可調(diào)得脈沖波形(占空比調(diào)節(jié)范圍不小于0.1-0.9)，經(jīng)多RC移相后

45、，輸出兩組互為到相、死區(qū)時間為5s左右的脈沖，經(jīng)過光耦隔離后，分別驅(qū)動四只MOSFET管，其中VT1、VT4驅(qū)動信號相同，VT2、VT3驅(qū)動信號相同。在電路中，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。由于直流電機負載的變化會影響到電機轉(zhuǎn)速的波動，當負載增加時，電機轉(zhuǎn)速會瞬間減小，通過速度變換器FB

46、S、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR的作用，ASR輸出送至SG3525的信號會使得SG3525的引腳輸出的PWM波形的占空比增大，從而加在直流電機電樞兩端的電壓會相應(yīng)增大，因此電機轉(zhuǎn)速回升。反之，當負載減輕時，電機的轉(zhuǎn)速上升，SG3525的13腳輸出PWM波形的占空比會減少，電機轉(zhuǎn)速下降。因而直流電機轉(zhuǎn)速隨負載波動而恒為穩(wěn)定狀態(tài)。從而實現(xiàn)了直流電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。 因此可以得出結(jié)論的是，雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形接近理想快速起動過程的波形;具有很硬的靜特性和機械特性;能夠快速實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)控制第四章 實驗 一實驗系統(tǒng)的組成TAU-UiASRACRUPWDLDGDPW

47、MFAGMTGM圖4-1 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)簡易原理框圖如圖4-1，圖中可逆PWM變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的橋式結(jié)構(gòu)形式，UPW為脈寬調(diào)制器，DLD為邏輯延時環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅(qū)動電路，F(xiàn)A為瞬時動作的過流保護。二系統(tǒng)工作原理速度給定信號G，速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，控制PWM信號產(chǎn)生裝置UPM脈寬調(diào)制器，DLD單元把一組PWM波形分成兩組相差180的PWM波，用于控制倆組臂。G用以輸出015V直流給定電壓，UPW采用SG3525芯片和部分外圍電路構(gòu)成，SG3525通過改變外接電容電阻的數(shù)值，可以產(chǎn)生不同頻率的方波信號。改變給頂端電壓，可以改變輸

48、出電壓的占空比，作為PWM控制器的的控制信號。GD的作用是形成四組隔離的PWM驅(qū)動脈沖；PWM為功率放大電路，直接給電動機M供電。這樣通過改變給定電壓就可以對電動機調(diào)速了DLD邏輯延時單元，對PWM控制信號進行延時和整形當被驅(qū)動電路為雙極式工作制時，為了避免同一相上、下兩只功率管直通，需要驅(qū)動信號有死區(qū)。DLD單元即用來產(chǎn)生具有死區(qū)的驅(qū)動控制信號。DZS為零速封鎖器其輸出控制ASR和ACR，當調(diào)速系統(tǒng)給定電壓為零時確保電動機轉(zhuǎn)速為零，避免運算放大器因零點漂移造成電動機不能停車。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速，二者之間施行串級連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

49、器的輸出當做電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM變換器的觸發(fā)裝置。三實驗設(shè)備及儀器(見圖4-2)1MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏。2MCL31組件（適合MCL）。3MCL10組件或MCL10A組件。4電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機TG、直流電動機M01。5直流發(fā)電機M03。6雙蹤示波器。圖4-2 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)四實驗步驟1SG3525性能測試（1）用示波器觀察“1”端（即SG3525的5腳）的電壓波形，波形(1V，20s)如圖4-3為：圖4-3 5腳的波形 （2）用示波器觀察“2”端（即SG3525的13腳）的電壓波形(5V，20s)，波形如圖4-4為：圖4-4 13腳的波形（3）用

50、導(dǎo)線將“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調(diào)節(jié)正負給定，記錄“2”端輸出的最大占空比(占空比=50%，5V，20s)的波形如圖4-5為：圖4-5 最大占空比時的波形最小占空比(占空比=13%，5V，20s)的波形如圖4-6為：圖4-6 最小占空比時的波形2控制電路的測試 （1）邏輯延時時間的測試在上述實驗的基礎(chǔ)上，分別將正、負給定均調(diào)到零，用示波器觀察“DLD” 的“1”和“2”端的輸出波形(20mv，10s)，并記錄延時時間：td= 3.8s （2）同一橋臂上下管子驅(qū)動信號列區(qū)時間測試分別將“隔離驅(qū)動”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器(50mv，20s)，分別測量VVT1.GS和V

51、VT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的死區(qū)時間： tdVT1.VT2= 1.6s tdVT3.VT4= 3.6s (注意：由于在學(xué)院的實驗室中，只有MEL-03的三相可調(diào)電阻掛箱，而沒有MEL-13的測功機掛箱，所以在下列幾項實驗中提到的額定負載都是由MEL-03掛箱的可調(diào)電阻串聯(lián)直流發(fā)電機M03來得到的)3開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試按圖4-2接線 （1）電流反饋系數(shù)的調(diào)試a將正、負給定均調(diào)到零，合上主控制屏電源開關(guān)，接通直流電機勵磁電源。b調(diào)節(jié)正給定，電機開始起動直至達1800r/min。c給電動機拖加負載，即逐漸減小發(fā)電機負載電阻，直至電動機的電樞電流為1A。d調(diào)節(jié)“FBA”的電流反饋電位器，

52、用萬用表測量“9”端電壓達2V左右。 （2）速度反饋系數(shù)的調(diào)試 在上述實驗的基礎(chǔ)上，再次調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的1400r/min，調(diào)節(jié)MCL-31（或MCL-III型主控制屏）的“FBS”電位器，使速度反饋電壓為5V左右。 （3）系統(tǒng)開環(huán)機械特性測定參照速度反饋系數(shù)調(diào)試的方法，使電機轉(zhuǎn)速達1800r/min，S4開關(guān)撥向“正給定”，改變可調(diào)電阻加載旋鈕（或直流發(fā)電機負載電阻Rd），在空載至額定負載范圍內(nèi)測取6個點，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流發(fā)電機電流id，特性曲線見圖4-7。 表4-1 開環(huán)正給定高速的數(shù)據(jù)記錄 n=1800r/minn(r/min)180017501700165016001550id(A

53、)0.60.7811.181.41.6圖4-7 開環(huán)正給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3，使n=1000 r/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機在中速和低速時的機械特性，特性曲線見圖4-8和圖4-9。 表4-2 開環(huán)正給定中速的數(shù)據(jù)記錄 n=1000r/minn(r/min)1000950900850800750id(A)0.50.650.91.061.41.7 圖4-8 開環(huán)正給定中速的特性曲線 表4-3 開環(huán)正給定低速的數(shù)據(jù)記錄 n=500r/minn(r/min)500450400350300250id(A)0.360.540.81.031.31.54圖4-9 開環(huán)正給定低速的特性曲線斷開主電源，S4開關(guān)撥向“負給定”，然后按照以上方法，測出系統(tǒng)的反向機械特性，特性曲線見圖4-10。 表4-4 開環(huán)負給定高速的數(shù)據(jù)記錄 n=1800r/minn(r/min)180017501700165016001550id(A)0.680.821.041.31.621.74 圖4-10 開環(huán)負給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3，使n=1000/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機在負給定后中速和低速時的機械特性，特性曲線見圖4-11和圖4-12。 表4-5 開環(huán)負給定中速的數(shù)據(jù)記錄