南理工 _電力電子課程設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院:自動(dòng)化學(xué)院專業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師:學(xué)生:學(xué)號(hào)1010190136目錄1 設(shè)計(jì)目的32 電路的工作原理及實(shí)驗(yàn)步驟3不可逆PWM變換器3有制動(dòng)的不可逆PWM變換器電路4不可逆PWM變換器電路中的一般電動(dòng)狀態(tài)5不可逆PWM變換器電路中的制動(dòng)狀態(tài)6橋式可逆PWM變換器7橋式可逆PWM變換器電路中電機(jī)正向運(yùn)行8橋式可逆PWM變換器電路中電機(jī)反向運(yùn)行9雙極式控制可逆PWM變換器的分析10橋式可逆PWM變換器的性能評(píng)價(jià)14 3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)15一設(shè)計(jì)目的通過斬波電路來實(shí)現(xiàn)的直流脈寬調(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

2、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,就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。二電路的工作原理及實(shí)驗(yàn)步驟1 我們首先先了解一下簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器,簡(jiǎn)單的不可逆PWM 變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路原理圖如下圖所示: 在Matlab中的電路圖如下: 在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),當(dāng)0 t < ton 時(shí),Ug 為正,IGBT 導(dǎo)通,電源電壓通過IGBT 加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端,當(dāng)ton t < T 時(shí), Ug 為負(fù),IGBT 關(guān)斷,電樞失去電源,經(jīng)VD 續(xù)流。在Matlab 中的仿真圖中,觸發(fā)電路的參數(shù)如下: 電機(jī)運(yùn)行時(shí)的波形如下: 電機(jī)兩端得到的平均電壓為s s on d U U T

3、t U =式中 為 PWM 波形的占空比,改變(10既可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2 有制動(dòng)的不可逆PWM 變換器電路在簡(jiǎn)單的不可逆電路中電流不能反向,因而沒有制動(dòng)能力,只能作單象限運(yùn)行。需要制動(dòng)時(shí),必須為反向電流提供通路,如下圖所示的雙管交替開關(guān)電路。當(dāng)VT1 導(dǎo)通時(shí),流過正向電流 + id ,VT2 導(dǎo)通時(shí),流過 id 。應(yīng)注意,這個(gè)電路還是不可逆的,只能工作在第一、二象限,因?yàn)槠骄妷?Ud 并沒有改變極性。 其相應(yīng)的電路圖如下: 一般電動(dòng)狀態(tài)在一般電動(dòng)狀態(tài)中,U始終為正值,設(shè)ton為VT1的導(dǎo)通時(shí)間,d則一個(gè)工作周期有兩個(gè)工作階段:在0 t ton期間, Ug1為正,VT1導(dǎo)通, Ug2為負(fù),

4、VT2關(guān)斷。此時(shí),電源電壓Us加到電樞兩端,電流 id 沿圖中的回路1流通。在 ton t T 期間, Ug1和Ug2都改變極性,VT1關(guān)斷,但VT2卻不能立即導(dǎo)通,因?yàn)閕d沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流,在VD2兩端產(chǎn)生的壓降給VT2施加反壓,使它失去導(dǎo)通的可能。因此,實(shí)際上是由VT1和VD2交替導(dǎo)通,雖然電路中多了一個(gè)功率開關(guān)器件,但并沒有被用上。電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的波形如下: 輸出波形:一般電動(dòng)狀態(tài)的電壓、電流波形與簡(jiǎn)單的不可逆電路波形完全一樣。制動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)周期分為兩個(gè)工作階段:在0 t ton 期間,VT2 關(guān)斷,-id 沿回路 4 經(jīng)VD1 續(xù)流,向電源回饋制動(dòng),與此同時(shí),VD1 兩端壓降鉗住

5、VT1 使它不能導(dǎo)通。在ton t T期間,Ug2 變正,于是VT2導(dǎo)通,反向電流id 沿回路3 流通,產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。VT2的脈沖參數(shù)如下: 此時(shí),產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用的波形如下: 3 最后將上面的電路綜合起來,就構(gòu)成了橋式可逆PWM變換器可逆PWM變換器主電路有多種形式,最常用的是橋式(亦稱H形電路,如圖所示 在matlab中的電路圖如下: 這時(shí),電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)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,這里只著重分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。1正向運(yùn)行:第1階段,在0 t ton 期間,Ug1 、Ug4為正,VT1 、VT4導(dǎo)通

6、,Ug2 、Ug3為負(fù),VT2 、VT3截止,電流id 沿回路1流通,電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = +Us ;第2階段,在ton t T期間,Ug1 、Ug4為負(fù),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(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = Us ;當(dāng)VT1和VT4給定的脈沖信號(hào)如下時(shí): 即它們的占空比都為50%時(shí)的波形如下: 由上圖的波形可以看出,電機(jī)正轉(zhuǎn)2反向運(yùn)行第1階段,在0 t ton 期間,Ug2 、Ug3為負(fù),VT2 、VT3截止,VD1 、VD4 續(xù)流,并鉗位使VT1 、VT4截止,電流id 沿回路4流通,電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB

7、= +Us ;第2階段,在ton t T 期間,Ug2 、Ug3 為正,VT2 、VT3導(dǎo)通,Ug1 、Ug4為負(fù),使VT1 、VT4保持截止,電流id 沿回路3流通,電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = Us ;當(dāng)VT2和VT3給定的脈沖信號(hào)如下時(shí): 即它們的占空比都為50%時(shí)的波形如下: 由上圖的波形可以看出,電機(jī)反轉(zhuǎn)3 雙極式控制可逆PWM 變換器的分析雙極式控制可逆PWM 變換器的輸出平均電壓為如果占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同,則在雙極式控制的可逆變換器中12-=s on s on s on d 12(U Tt U T t T U T t U -=-=注意:這里 的計(jì)算公式與不可逆

8、變換器中的公式就不一樣了。調(diào)速時(shí), 的可調(diào)范圍為01, 1<<+1。 當(dāng)>0.5時(shí), 為正,電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)VT1和VT4給定的脈沖如下時(shí): VT2和VT3給定的脈沖如下: 由脈沖信號(hào)可以得出7.0=,4.1=其波形如下: 由上面波形可以可出,d U 為正,電機(jī)的電流為正,電機(jī)正轉(zhuǎn) 當(dāng) = 0.5時(shí), = 0 ,電機(jī)停止當(dāng)VT1和VT4給定的脈沖如下時(shí): VT2和VT3給定的脈沖如下: 由脈沖信號(hào)可以得出5.0=,0=其波形如下: 當(dāng)電機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零,而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓,因而電流也是交變的。這個(gè)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(jī)的損耗,這是

9、雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處,在電機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流,從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū),起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。 當(dāng)5.0<時(shí),0<,電機(jī)反轉(zhuǎn)當(dāng)VT1和VT4給定的脈沖如下時(shí): VT2和VT3給定的脈沖如下: 由脈沖信號(hào)可以得出6.0=,2.0-其波形如下: 4橋式可逆PWM變換器的性能評(píng)價(jià)雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點(diǎn):電流一定連續(xù);可使電機(jī)在四象限運(yùn)行;電機(jī)停止時(shí)有微振電流,能消除靜摩擦死區(qū);低速平穩(wěn)性好,系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右;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)。三實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次電力電子課程設(shè)計(jì),讓我再一次熟悉了matlab 的使用。由于以前沒有做過把直流電機(jī)當(dāng)做負(fù)載的仿真實(shí)驗(yàn)。在這次做直流電機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)時(shí),由于剛開始不知道該如何使用直流電機(jī),導(dǎo)致花了很長(zhǎng)的時(shí)間來了解直流電機(jī)的使用。經(jīng)過了這次仿真實(shí)驗(yàn),讓我通過了以實(shí)驗(yàn)的形式,看到了