自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 1\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)臺(tái)表面布局圖 2\o"CurrentDocument"所用模塊及設(shè)備清單 3\o"CurrentDocument"四?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖及動(dòng)態(tài)框圖 3\o"CurrentDocument"4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 3\o"CurrentDocument"系統(tǒng)動(dòng)態(tài)框圖 4\o"CurrentDocument"PWM變換器工作原理 4\o"CurrentDocument"SG3525芯片簡(jiǎn)介及電路分析 8\o"CurrentDocument"SG3525芯片簡(jiǎn)介 8\o"CurrentDocument"SG3525的引腳功能 8\o"CurrentDocument"SG3525的工作原理 9\o"CurrentDocument"6.4邏輯延時(shí)環(huán)節(jié) 12各模塊電路原理圖與器件參數(shù) 15\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理結(jié)果 20穩(wěn)態(tài)時(shí)n*=f(n) 20穩(wěn)態(tài)時(shí)T=f(Ia) 20L\o"CurrentDocument"起動(dòng)時(shí)n=f(t) 21起動(dòng)時(shí)Id=f(t) 22總結(jié) 24十.參考資料 25摘要當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?。直流電機(jī)是最常見的一種電機(jī)，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電機(jī)調(diào)速問題一直是自動(dòng)化領(lǐng)域比較重要的問題之一。不同領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應(yīng)用場(chǎng)合。直流調(diào)速控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著重要作用。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，雖然高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系統(tǒng)已逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。然而直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)不僅在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，目前還在應(yīng)用；而且從控制規(guī)律的角度來看，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本規(guī)律和控制方法是非常必要的。一般有三種調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U、減弱勵(lì)磁磁通①、改變電樞回路電阻R。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是靜動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本文對(duì)雙閉環(huán)直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的模型。它主要由三部分組成，包括主電路、控制電路和電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速雙閉環(huán)PWM實(shí)驗(yàn)臺(tái)表面布局圖電源控制屏主要為實(shí)驗(yàn)提供各種電源，如三相交流電源、直流勵(lì)磁電源等；同時(shí)為實(shí)驗(yàn)提供所需的儀表，如直流電壓、電流表，交流電壓、電流表。屏上還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀,供教師考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)之用；在控制屏正面的大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根不銹鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)所需掛件，凹槽底部設(shè)有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，從這些插座提供有源掛件的電源；在控制屏兩邊設(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，此外還設(shè)有供實(shí)驗(yàn)臺(tái)照明用的40W日光燈。電源控制加A交跖11箱輸入3^RJkSiA調(diào)速業(yè)諒

選桿27V皿1O3L&V1-fiAri^.ihK箱入63*6vQ.HAnlfo電源控制加A交跖11箱輸入3^RJkSiA調(diào)速業(yè)諒

選桿27V皿1O3L&V1-fiAri^.ihK箱入63*6vQ.HAnlfooau*J(.ACR)電流調(diào)節(jié)曙 —(G)給定(SFR)(CFK)電磁mm(DZS)FW輸出PU安\惓SG3525開關(guān)iW町調(diào)鬼ai圖2-1實(shí)驗(yàn)臺(tái)表面布局圖所用模塊及設(shè)備清單DJK01電源控制屏.三相主電路輸出、勵(lì)磁電源、直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表DJK10掛件（用于變壓器實(shí)驗(yàn)）：三相不可控整流橋（由六只二極管組成橋式整流，最大電流為3A）DJK08掛件：可調(diào)電容、可調(diào)電阻DJK17掛件（雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速）:給定電壓+15V~-15V、ASR速度調(diào)節(jié)器、ACR電流調(diào)節(jié)器、SFR轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)、CFR電流反饋調(diào)節(jié)、PWM發(fā)生器SG3525、死區(qū)延時(shí)電路、光電耦合器、主電路模塊DJ15直流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速輸出模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖及動(dòng)態(tài)框圖4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖圖玉1轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器M舟電流調(diào)節(jié)器UPE-電力電子變換器TA-電流互感器 TG-測(cè)速發(fā)電機(jī)比咒轉(zhuǎn)速給能電壓4.2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)框圖為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，如圖3-1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)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)在外面，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。!電流環(huán) 憶盧+1I~a~圖4-2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)框圖PWM變換器工作原理脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(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序列，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速?？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，如圖5-2所示，電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓UAB的極性隨IGBT的開關(guān)狀態(tài)改變。可逆PWM變換器的控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，在此僅分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。

雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖5-3所示。他們的關(guān)系是：U二U=-U=-U。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0<t<t時(shí)，晶體管VT、g1g4 g2 g3 on 1VT飽和導(dǎo)通而VT、VT截止，這時(shí)U=U。當(dāng)t<t<T時(shí)，VT、VT截止,4 3 2 AB s on 1 4但VT、VT不能立即導(dǎo)通，電樞電流i經(jīng)VD、VD續(xù)流，這時(shí)U——U。U3 2 d 2 3 AB s AB在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖2所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，t>-，則U的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正on2 AB負(fù)脈沖相等，t——，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。on2雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為(5—1)tT—t(5—1)U—onU—on

dTsT如果定義占空比p=爭(zhēng)，電壓系數(shù)“存s則在雙極式可逆變換器中(5—2)Y為正，電調(diào)速時(shí)，P的可調(diào)范圍為0?1相應(yīng)的Y=-1?+1。當(dāng)Y為正，電1 1時(shí),動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)p<1時(shí)，Y為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)p—1時(shí)，丫-0，電動(dòng)機(jī)停止。時(shí),2 2但電動(dòng)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)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 電流一定連續(xù)；2） 可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行；3） 電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)；4） 低速平穩(wěn)性好，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，四個(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、下橋壁直通的事故。為了防止直通，在上、下橋壁的驅(qū)動(dòng)脈沖之間應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。A5-1橋式可逆p磯變換器電路!「廠二紂Ug4Ug2tUg1Ug4Ug2t圖5-2雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓、輸出電壓和電流波形SG3525芯片簡(jiǎn)介及電路分析SG3525芯片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(guó)硅通用半導(dǎo)體公司(SiliconGeneral)推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET。其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評(píng)。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級(jí)。下面我們對(duì)SG3525特點(diǎn)、引腳功能、工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)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(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)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)和電流環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)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。SG3525的引腳功能：OutputAShutdownVocOutputBGroundCompensationOutputAShutdownVocOutputBGroundCompensation圖6-1SG3525引腳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(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端(引腳9)相連，可構(gòu)成跟隨方器。（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(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)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(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)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(shí)電容接入端。（6） RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)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） Soft-Start（引腳8）：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5的軟啟動(dòng)電容。（9） Compensation（引腳9）:PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)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(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。（11） OutputA（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。（12） Ground（引腳12）：信號(hào)地。（13） Vc（引腳13）:輸出級(jí)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(bǔ)輸出端。（15） Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。（16） Vref（引腳16）:基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。SG3525的工作原理：SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%,在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，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(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳

和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)軟啟動(dòng)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(dòng)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(shí)，PWM鎖存器的輸出也為高電平,該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)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(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，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(shí)間變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。16基準(zhǔn)欠壓鎖走16基準(zhǔn)欠壓鎖走116-+2—S025內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1SOjjAlCT116-+2—S025內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1SOjjAlCT 1 i2J4P1.;振蕩器輸出4 :同步p-1 ■2土J軟啟動(dòng)O］io-i 1~［關(guān)閉外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdowh（引腳10）上的I信號(hào)為高電平時(shí)廠PWM鎖存器將立即動(dòng)作，禁正SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)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(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)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(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(jiǎn)單，易于控制，無需編程等特點(diǎn)，是目前PWM常用的方法。美國(guó)硅通公司的SG3525是性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。脈寬調(diào)制信號(hào)由SG3525產(chǎn)生。如圖6-2所示：主要由以下部分組成：基準(zhǔn)電壓調(diào)整器?；鶞?zhǔn)電壓調(diào)整器輸出電壓為5.1V,且有短路保護(hù)。它供給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。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。誤差放大器及補(bǔ)償輸入誤差放大器是差動(dòng)輸入的放大器，本電路在補(bǔ)償端9引入幅值可調(diào)的ACR的輸出信號(hào)。鎖存器。鎖存器接收比較器的輸出信號(hào)，它有關(guān)閉電路和振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過流信號(hào)立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一個(gè)周期時(shí)鐘信號(hào)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(hào)鎖存，消除了系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)。只有在下一個(gè)時(shí)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。輸出11,12及14端連結(jié)在一起，由13端輸出信號(hào)，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(shí)對(duì)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；兩個(gè)輸出級(jí)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(jí)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(duì)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。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(dòng)電路。6.4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(duì)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(duì)電源短路。為了避免這種情況發(fā)生，設(shè)置了邏輯延時(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6-3所示：驅(qū)動(dòng)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)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能又很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)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(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。另外，對(duì)電力電子器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或者通過驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，這使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)更為重要。驅(qū)動(dòng)電路是將控制電路產(chǎn)生的PWM信號(hào)加以隔離、放大，形成驅(qū)動(dòng)主電路中各開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在本脈寬調(diào)速裝置中主電路是強(qiáng)電，控制電路屬弱電，控制電路對(duì)主電路進(jìn)行控制時(shí)就需要隔離環(huán)節(jié)，SG3525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)，在這里將重點(diǎn)介紹下典型全控型器件中的電壓型驅(qū)動(dòng)電路MOSFET和IGBT。電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路：電力MOSFET和IGBT都屬于電壓驅(qū)動(dòng)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(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，使MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取10?15V,使IGBT開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15?20V。同樣，關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取-5?-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)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(dòng)器件電流額定值的增大而減小。

在本設(shè)計(jì)中，直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)所用的隔離及驅(qū)動(dòng)電路是電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路，如圖6-4所示:o—°十卩ccMOSFET2人店C]圖6-4o—°十卩ccMOSFET2人店C]圖6-4電力MoSFET的驅(qū)動(dòng)I”ccRg\Z20V3△20V讐 圖6-4給出的這種電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，它也包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。當(dāng)無輸入信號(hào)時(shí)高速放大器A輸出負(fù)電平，V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)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(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。其第二個(gè)顯著特點(diǎn)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(dòng)電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號(hào)電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A,輸出驅(qū)動(dòng)電壓+15V和-10V。IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)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(hào)其引腳和接線基本相同，只是適用被驅(qū)動(dòng)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。7.1主電路電源輸出原理圖TA1>—<^E>TA2>—<CT>TA3>隔離變壓器7-1主電路UV| 主電路電源輸岀7.2主電路原理圖圖7-2主電路原理圖PWM控制電路原理圖圖7-3PWM控制電路原理圖7.4過電流保護(hù)電路C23D15O.OIbF15V100KDZsnsr3V/O.5AR4：lIk15V丁R39Ik■1 I-20KR43■1 bR422?KR44C24L.±RP1220KC2JiO.luFbO.liiFIK過流保護(hù)電路圖7-4過電流保護(hù)電路

7.5給定電壓電路+15VO7.6速度調(diào)節(jié)器電路-15V7.7轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)電路R2020K白膽1—C13亠1L1F■圖7-7轉(zhuǎn)速反饋電路 OUn速度反饋環(huán)節(jié)7.8電流調(diào)節(jié)器電路R5%.10KC50.47uFUn*R11R100-10KUtirCC4Hh0.22iiFC60-15V圖7-8電流調(diào)節(jié)器電路7.9電流反饋調(diào)節(jié)電路7.10主要器件參數(shù)1.IGBT管的參數(shù)IGBT(InsulatedGateBipolorTransistor)叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)，其開關(guān)速度可達(dá)ImS,額定電流密度100A/cm2，電壓驅(qū)動(dòng)，自身損耗小。設(shè)計(jì)中選的IGBT管的型號(hào)是IRGPC50U,其參數(shù)如下：管子類型：NMOS場(chǎng)效應(yīng)管極限電壓Vm：600V極限電流Im：27A耗散功率P：200W額定電壓U：220V額定電流I：1.2A2?泵升電路濾波電容參數(shù)：330uF/450V3.整流二極管的參數(shù)根據(jù)二極管的最大整流平均電流I和最高反向工作電壓U分別應(yīng)滿足：F RI>1.1*I/2=1.1*136/2=74.8AF 0(AV)U>1.1*1.414*U=340.2VR 2選用型號(hào)為ZP100的大功率硅整流二極管，其參數(shù)如下：額定正向平均電流I(A)：100F額定反向峰值電壓U(V)：1001600RM ~正向平均壓降U(V)：0.50.7F ~反向平均漏電流I:6R(mA)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理結(jié)果8.1穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的關(guān)系 n*=f(n)n*/(r/min)n/(n*/(r/min)n/(r/min)Un*/V46.798.59.9812n*/(r/min)533905113313301600n/(r/min)430800100012501550圖8-1n*=f(n)表格圖8-2n*=f(n)折線圖8?2穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電樞電流的關(guān)系一一"A0.20.290.40.50.6la/A0.410.50.60.750.9Tl/n.m0.05920.085840.11840.1480.1776圖8-3T=f(Ia)表格LFileEditViewInsertToolsDesktopWindow旦已Ip□aa口用□o女X9smoo2JIo.o86oB-o38..958o-8

o-75

O-7^

o-5.6.6/山：1/Aa+h?￡市us伏1iniwMFotllhumr■H帕 1511:31WwfflI,伏廂MPostllWns上上I丄虹與>IIMIOOw11S2<1QHi10XVohw反相薄寬限制E3憫冊(cè)伏/格8.4起動(dòng)時(shí)Id=f(t)突加給定起動(dòng)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)電流隨時(shí)間變化的波形(2V,500ms)如圖(額定轉(zhuǎn)速為1600r/min)所示：AUTaSET平均

?MPtK