基于SG3525的电流可逆直流调速电路研究.doc

毕业设计(2010届)课题名称基于SG3525的电流可逆直流调速电路研究专业名称：电气自动化班级：学号：姓名：指导教师：日期：2010.1-2010.41目录1.摘要12.引言13.直流斩波电路23.1直流直流斩波介绍23.1.1降压斩波电路23.1.2升压斩波电路33.1.3升降压斩波电路43.1.4直流电路可逆斩波电路54.直流调速方案设计64.1直流电动机的选择64.2电路组成及系统分析64.3主电路工作原理74.3.1变压器降压84.3.2二极管整流84.3.3可逆电路94.4控制电路104.5SG3525保护电路设计11设计总结12致谢13参考文献14基于SG3525的电流可逆直流调速电路研究摘要本文设计了通过直流斩波电路来实现的电流可逆直流调速电路，此斩波电路由基本的降压型变换器和升压型变换器相组合，选用全控型器件IGBT，当此变换器对直流电动机供电时，只要对IGBT进行实时的PWM控制，2就可实现电机的四象限运行。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。关键词：直流斩波电路；SG3525；可逆；调速；系统1.引言由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。本课题将设计一个电流可逆调速系统，本系统是以直流斩波电路和SG3525为基础设计的。2直流斩波电路2.1直流斩波电路介绍直流电动机是通过调节其电枢或励磁绕组的电压来达到调速目的的，前者一般叫调压调速，后者叫调磁调速。直流电机所需的电能一般都来自交流电网，对其进行调压调速大致有两种方案：其一是用可控整流电路（如晶闸管整流电路）得到可以调节的直流电压供给电动机；另一种则是先用不可控整流电路对交流电进行整流，输出不可调的直流电压，然后通过直流斩波电路进行直流调压。于本课题有关的直流斩波电路主要包括以下3种3形式：2.1.1降压斩波电路（BuckChopper）降压斩波电路的原理图及工作波形如图1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周朝，为导通占空比，简称占空比或导通比。由此可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为Ui。若减小占空比，则Uo随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。图2.1降压斩波电路的原理图及波形2.1.2升压斩波电路（BoostChopper）升压斩波电路的原理图及工作波形如图2所示。电路也使用一个全控型器件V。当V处于通态时，电源Ui向电感Ll充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容Cl上的电压向负载供电，因Cl值很大，基本保持输出电压Uo为恒值。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感Ll上积累的能量为UiI1ton。4当V处于断态时Ui和Ll共同向电容Cl充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感Ll释放的能量为（Uo-Ui）I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感Ll积蓄的能量与释放的能量相等，即上式中的T/toff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。图2.1.2升压斩波电路的原理图及波形2.1.3升降压斩波电路（Boost-BuckChopper）升降压斩波电路的原理图及工作波形如图3所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源Ui经V向电感Ll供电使其贮存能量，同时Cl维持输出电压Uo基本恒定并向负载供电。此后V关断，电感Ll中贮存的能量向负载释放。可见负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<<0.5时为降压，当0.50<<1时为升压。5图2.1.3升降压斩波电路的原理图及波形2.1.4直流电流可逆斩波电路当斩波电路用于拖动直流电机时，常要使电动机即可电动运行，又可再生制动，将能量反馈电源。从电动状态到再生制动的切换可通过改变电路连结方式来实现。降压斩波电路在拖动直流电机时（如图3所示），电动机工作于第一象限。而如图3-3所示的升压斩波电路，电动机则工作于第二象限。两种情况下，电动机的电枢电流的方向不同，但均只能单向流动。这里介绍的直流电流可逆斩波电路是将降压斩波电路和升压斩波电路结合在一起，在拖动电动机时电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性。故其可以再第1第2象限工作。图2.1.4给出了直流电流可逆斩波电路的原理图。在该电路中V1和VD1构成降压电路，由电源向直流电机供电，电动机为电动运行工作于第1象限；V2和VD2构成了升压斩波电路，把直流电机的动能转化为电能反馈到电源，使电机再生制动，工作于第2象限。需要注意的是，V1和V2同时导通，电源就有短路的危险，进而损坏开关器件和电源，因此要防止这种情况的出现。当电路只做降压斩波运行时，V2和VD2总处于断开状态，只做升压斩波运行时，V1和VD2总是处于断态。两种情况与前面讨论的一样。此外该电路6还有第三种工作方式，即在一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。在这种工作方式下，当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时。使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电机电枢回路总有电流流过。图2.1.4电流可逆斩波电路及波形(a)电路（b）波形3直流调速方案设计3.1直流电动机的选择本课题将设计一个可逆调速系统，其技术参数据和要求为：直流电动机，额定电压UN=110V，额定电流IN=13A，转速nN=1500r/min，电枢电阻Ra=1，极数2p=2，励磁电压Uex=110V，励磁电流Iex=0.8A。3.2电路组成及系统分析直流脉宽调速电路原理如图3.2所示，其中直流斩波电路可看成降压型变换器和升压型变换器的串联组合，采用IGBT作为自关断器件，利用集成脉宽调制控制器SG3525产生的脉宽调制信号作为驱动信号，由两个IGBT及其反并联的续流二极管组成。