PWM控制直流電機的系統(tǒng)的設計

（論文）（論文）電力電子與電機拖動綜合課程設計題專PWM控制直流電機的系統(tǒng)05自動化學號：200510320219姓名：張建華完成日期：指導教師： 李曉高電力電子與電機拖動綜合課程設計任務書設計題目：PWM脈寬調制）調速的電機控制系統(tǒng)。該電機拖動的負載為短時1500r/mintr=20s,要求采用普通直流電動機拖動。設計要求進行起動轉矩校核。設計題目：PWM脈寬調制）調速的電機控制系統(tǒng)。該電機拖動的負載為短時1500r/mintr=20s,要求采用普通直流電動機拖動。設計要求進行起動轉矩校核。設計任務與要求設計步驟設計說明書一份電路圖一份參考文獻教研室主任簽字：年月日目 錄引言;而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應較差。所以常用的R即可改變端電PWM(脈寬調制)是常用的一種調(定子)電壓的接通和斷開的時間比(占空比)本電機調速系統(tǒng)采用脈寬調制方式,與晶閘管調速相比技術先進,可減少對電源的污染。為使整個系統(tǒng)能正常安全地運行,設計了過流、過載、過壓、欠壓保護電路,另外還有過壓吸收電路。確保了系統(tǒng)可靠運行。系統(tǒng)概述系統(tǒng)構成本系統(tǒng)主要有信號發(fā)生電路、PWM速度控制電路、電機驅動電路等幾部分1PWMPIGTRHPWMt，改變占空比，達到控制目的。圖1PWMSG1525PWMHGTR圖1直流電動機PWM系統(tǒng)原理圖2、R1VD1為過電SG1525PWMPWMPWMSG1525T1+T2=TT10～TT1 T1Ua=T1T2Ud

TUdUdV的PWMLPWMUa，Ua再經LCVa。圖2系統(tǒng)結構圖直流電動機的脈寬調制的工作原理PWM驅動裝置是利用大功率晶體管的開關特性來調制固定電壓的直流電源SSPWM2S以一定的時間間隔重復地接通SUSSU向電動機電流繼續(xù)流通。SS圖圖3 PWM控制示意圖電壓平均值Uas可用下式表示：Uas=ton·Us/T=αUs （1-1）tonT（即開關接通時間tontoff之和，α=ton/。由式（1-1）tonT的比例也即改變脈主回路在系統(tǒng)主電路部分，采用的是以大功率GTR為開關元件、H橋電路為功率放2GTR1

和VT為4一組，VT 和VT為另一組。同一組中的兩只GTR同時導通，同時關斷，且兩組2 3晶體管之間可以是交替的導通和關斷。欲使電動機M向正方向轉動，則要求控制電壓Uk電壓Uk

為正，各三極管基極電壓波形如圖3所示。欲使電動機反轉，則使控制為負即可[2]。GTR是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它大多用作功率開關使用,而且GTR的控制更加方便和靈活，線路結構大為簡化。4雙極式HPWM變換電路圖5 雙極式PWM變換電路的電壓、電流波形（a）,(b)三極管基極電壓波形(c)電樞電壓波形 （d）電樞電流波形(e)重負載時i波形(f) E>U 時i波形a S aT，正向脈沖寬度為tλt/T1 1電壓U的平均值Uav

=（2λ-1）US

=（2t1

/T-1）US

，并定義雙極性雙極式脈寬放大器的負載電壓系數為

ρ=U /Uav

=2t1

/T-1即 U =ρUav S可見，ρ可在-1到+1之間變化。PWM3、低速時，每5、低速平穩(wěn)性好，20000單元電路設計轉速、電流雙閉環(huán)調節(jié)電路電路原理7良好的靜、動態(tài)性能，轉速和電流兩個調節(jié)器都采用PI調節(jié)器。PI路和積分電路組合起來就構成了比例積分調節(jié)器，如圖6所示?？芍?UO=-I1R1-R0C1∫UidtI1=I0=Ui/R0U0=-R1Ui/R0-R0C1/1∫UidtUiC1相當于短路，反饋回路中只有電阻C1被充電而開始積分，U0線性增長，直到穩(wěn)態(tài)。圖6PI調節(jié)器電路一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。圖7轉速、電流調節(jié)電路圖ASR–轉速調節(jié)器ACR–電流調節(jié)器GT–觸發(fā)裝置M–直流電動機TG–測速發(fā)電機TA–電流互感器UPE---電力電子變換器Un*---轉速給定電壓Un---轉速反饋電壓Ui*---電流給定電壓Ui---電流反饋電壓圖中，來自速度給定電位器給定的信號Un*UnUn*-Un，ASRUi*作為電流調ACRUi△Un=ACRUctUd.。PWM驅動裝置控制電路PWMkHz6PWM脈寬調制器、脈沖分配電路等脈寬調速系統(tǒng)所特有的電路。3．3．1

圖8PWM驅動裝置控制電路框圖角形波或鋸齒波。PWMPWM脈寬調制器它的作用是實現電壓、脈寬的轉換（V/MPWMSG1525控制器由R2和Rp1EA(+)(2VREF有較高精度。VREF受15VCC1VCC1VREFVcc7VVREF的精度值(51V±1%EA(+)時，欠電壓鎖定功能使圖7中A端線由低電壓上升為邏輯高電P1=P2=ABCD=1BCD；P1P2=1；P1P2T1T2截止，P1TT11和l4V01=V02=0)，V沖消失，主開關管關斷使直流電機停轉。AT3T38C3，提供放電的路徑。C3T3發(fā)射極電阻放電為零電壓后，限制了比較器PWMPWMD，C3DAV01V02出。欠電壓消失后，欠電壓鎖定功能使AC350μAC3PWMDV01V02V01V02寬。只有C3V01V02C39。圖9SG1525集成PWM控制器的內部結構圖V01V02C3Va系統(tǒng)的故障關閉功能為便于從直流電機主回路接受檢測到的故障信號，例如，電機過電流，過電壓，VDT3-50k131VaR6T3T3A端線相連，故障信號產生的關閉過程與欠電壓鎖定過程類似。即使P1T1T2P1P2=1，和T2導通。V01=V02=0；關閉驅動脈V，Va=0，電機停轉。另外，故障信號使，導通提供8引腳㈩腳C3電容的放電路徑，C3放電到T3,C3V01V02的狀態(tài)下．平穩(wěn)上升到某固定轉速。系統(tǒng)波形與控制方式分析V01V02(1114VV01V02V+3)V01V02Vo1和Vo2頻率的二分之一。圖2，FFCPQQ兩個二分BCPCPCPCPV+CPOSC3。Vo1Vo2V+的上升沿區(qū)間和VVV+≥V-的臨界對應時刻時，Vo1Vo2脈沖由邏輯高電平EAV-，2Rp1Rp1VV+的谷點電壓時，Vo1Vo2的脈寬縮減為零，Vo1=Vo2=0；調節(jié)RP1VV+Vo2V-V+V+交點在鋸齒波上升沿移動所對應的時間為t1，Vo1和Vo2的最大脈沖寬度也為t1。V+V-C2)V+≥V-時，CPWM時(V+PWMPWMPWMCP脈沖下跳時對鎖存器清零。以進行下一個比較點PWMCCP同寬。集成控制器與系統(tǒng)工作波形圖見圍3圖10SG1525各點波形與PWM斬波調壓波形RP1V-電壓．在V+V-V+Vo1+Vo2脈沖(1114Vo1+Vo2)輸出到功VUa，RP1VaVf電壓經R3及串聯二極管(此二極管可防止調試系統(tǒng)時正負極接反形成正反饋)使誤差放大器EA(-)反相輸入端電位下降，誤差電壓△E=EA(+)-EA(-)增大(方向由EA(+)△E9R4、C2構成的比例積分V-值上升，V-VV-的交點時刻(鋸齒披上升沿Vo1+Vo2UVaVaRp1EA(+)所行。脈沖分配電路PWM10晶體管已導通，從而使電源短路。為了避免這種情況發(fā)生，根據功率轉換電路的工作要求，設置了大功率晶體管的導通次序，即脈沖分配電路，使大；功率晶體管能按照指定的順序導通。11V1、V4，V2、V3V1V2、V3V4UdV1V4T1V2、V311（b）所示。11電動機電樞端電壓的平均值為Ua=T1T2Ud(2T1=（2α-1）UdT1T2 T0≤α速運轉?；鶚O驅動電路V關其功率驅動電路也不同。BJT2BJT種用的雙電源光電耦合驅動電路，其工作原理如下。Vo1+Vo2為邏輯低電平時，T4T3基極，穩(wěn)WT3均導通，使集電極為低電平。一般可設計T3Vca=Vw+VCESa-VCC=—2.6V，VC3負位制約；BJT(A為VC3+VEB2=-2V(此時T1VBE1-VEB2=O．6VBJTC容CB，VB(VCC—Vc)=0．(Vc=2VccCC)。該直流懸浮零電位使BJT基極發(fā)射極間有2V的反向偏置電壓，以保證BJT的可BJTLCL直流電聯系。Vo1+Vo2R3T1BJTT2VBE1=-VEB2R1BJTR2在BJTCBJT發(fā)射極、集電極，負電源回路的反向恢復電流峰值。2R5，可改變Vo1+Vo212IGBT、相關數據分析

圖12 基極驅動電路該系統(tǒng)調速精度與調速范圍要求不高。本系統(tǒng)采用三相CT,RT，RD選取SG152501～400kHzCT0001～0.1μ～150kBJTGTof=1kHzf=10kHzfCT,RT，RD的關系用下式確定f=l／(t1+t2)=1／(0．67R1CTR1+1.3RDCT)例如f=lkHz，T=0．O01s，取定t1=0．0009s，t2=0．0001s，可算得CT=0．OlμFRTRD分別為RT=t1／0．67Ct—0.0009／0．67×

110 6

=134kRD=t2／1．3CT=0．0001／1．3×0．01×106 =7．7kt2一般應取遠小于t1的值,否則影響脈沖占空比(t1／(t1+t2))和斬波效率。此處的占空比最大值為0．0009／(0．0001+0．0009)=0.9。R2RP1VREF(16腳)輸出的最大電流為50mA，一般在40mA以下取值。若取定IREF=1～5mA，RP1R2R2=VREF／IREF=5．1V／5mA=lkRP1設置為最大值時可算得RP1+R2=VREF／IREF=5．1V／lmA=5.1kRP1=4．1k其它引腳器件的確定R5RwRRs=Rw+RRwVo1+Vo2=3V．50mA，2TtT2R5R5=(Vcc1--Vo)／Io=(15—3)V／50mA=0．24k.R5=300R5上有較大的電流，還要注意PR5≥(Vcc1--Vo)／Io=0.6W小結基于PWMSG1525PWM5、元器件明細表PartType DesignatorFootprint DescriptionCAPC3CAPCCAP+CAPC1CAPC?CAPCTDIODE D?DIODE WDIODE

CapacitorCapacitorCapacitorCapacitorCapacitorDiodeDiodeDiodeINDUCTOR1 L?INDUCTOR1 INDUCTOR1 LMOTORACMOTORAC

MGTG?NPN1NPN1POT2POT2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2

Q?T4R?RP1R9R7R8R6R3R10RDR5

NPNTransistorNPNTransistorPotentiometerPotentiometerRES2RES2R1RES2R4RES2R2RES2RTSG1525UDIP-16PRECISION,DUAL