升降压斩波电路在直流可逆电动机的运用_[文档在线提供]

1、 电气与信息工学院 电力电子课程设计 电力电子技术课程设计说明书 升降压斩波在直流可逆电动机调速中的运用院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 郭 盈 才 指导教师： 王 翠 专 业： 自动化 班 级： 自本1001 完成时间： 2012年5月1日 摘 要 直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变成为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流直流变换器，直流斩波电路一般是将直流变成只留意的情况不包括直流交流直流的情况：直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，cuk斩波电路，sepic斩波电路，zeta斩波电路，前两种是最基本的电

2、路， 直流斩波电路广泛应用于生产中，按技术分类有：嵌入式/ARM技术、单片机、DSP/EDA/PLD、系统管理器件、模拟技术、专用芯片技术、电源技术、传感技术、显示/光技术、开关技术、通信与网络、PCB技术、接口/总线/驱动、集成电路等。本文主要讲的是升降压斩波电路在直流可逆电动机的运用。文章先分析了降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的工作原理，介绍了集成芯片SG3525的应用特点，并对由SG3525控制，通过升降压斩波电路来实现的直流脉宽调速电行了分析和实验。 本文介绍了通过斩波电路来实现的直流脉宽调速电路，此斩波电路有基本的降压型变换器和升压行变换器相组合选用全控型器件调速MOSF

3、ET，当此变换器对直流电动机供电时，只要对MOSFET进行实时的PWM控制，就可以实现点击的四象限运行，此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调速控制器SG3525产生，由于它简单可靠急使用方法灵活，大大简化脉宽调制器的手机及调试。关键词：升/降/升降压斩波电路 SG3525 直流脉宽调速 直流电动机 PWM控制1 电路组成及系统分析直流脉宽调速电路原理如图1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。 图1.1 电路原理图 2 主电路

4、工作原理三相127 V交流电经桥式整流电路，滤波电路变成直流电压加在P、N两点间，直流斩波电路上端接P点，下端接N点，中点公共端(COM)(如图1所示)。若使COM端与电机电枢绕组A端相接，B端接N，可使电机正转。若T2截止，T1周期性地通断，在T1导通的T。 时间内，形成电流回路PT1一AB-N，此时UAB>0， AB>0；在T1截止时由于电感电流不能突变，电流 AB经D2续流形成回路为A-B-D2-A，仍有UAB>0，IAB>0，电机工作在正转电动状态(第一象限)，T1，D2构成一个Buck变换器。若T1截止，T2周期性地通断，在T2导通的T。 时间内，形成电流回路

5、AT2一B_A；在T2截止时，由于电感电流不能突变，电流 AB经D1续流形成回路为AD1一PN A，此时UAB>()，lABd0，电机工作在正转制动状态(第二象限)，T2，D1构成一个Boost变换器。只要改变T1，T2导通时间的大小，即改变给T1，T2所加门极驱动信号脉冲的宽度，即可改变UAB和IAB的大小调控直流电动机的转速和转矩。若使COM 端与电机电枢绕组A端相接，B端接N，可使电机工作在正转电动或制动状态(I，象限)，若使COM端与B相接而A端接N，可使电机工作在反转电动或制动状态(II，IV象限)。正转或反转状态电机电枢绕组的连接通过状态开关进行切换。这样仅用两个开关器件就可

6、实现电机的四象限运行。电机的转速经测速发电机以及FBS(转速变换器)输出到ASR(转速调节器)，作为ASR的输入并和给定电压比较，组成系统的外环，ASR的输出作为ACR(电流调节器)的输入并和主电路电流反馈信号进行比较作为系统的内环。由于电流调节器的输出接到SG3525的第2脚，R2为限流电阻，所以要求电流调节器再通过一个反号器的输出电压的极性必须为正，转速调节器的输出作为电流调节器的给定则又要求其输出电压信号为正，最后转速调节器的给定选择了负极性的可调电压，如图1所示。ASR和ACR均采用PI调节器，利用电流负反馈与速度调节器输出限幅环节的作用，使系统能够快速起制动，突加负载动态速降小，具有

7、较好的加速特性。 2.1 电容滤波的三相不可控整流电路  在电容滤波的三相不可控整流电路中，最常用的是三相桥式结构，一下图给出了其电路及理想的工作波形。2.2 基本原理  该电路中，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。  设二极管在距线电压过零点角处开始导通，并以二极管VD6和VD1开始导通的时刻为时间零点，则线电压为      uab= U2sin()&

8、#160; 而相电压为      ua= U2sin(/6)  在t = 0时，二极管VD6和VD1开始同时导通，直流侧电压等于uab；下一次同时导通的一对管子是VD1和VD2，直流侧电压等于uac。这两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是在VD1和VD2同时导通之前VD6和VD1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的，如图1所示，另一种是VD1一直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id恰好连续。由前面所述“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在t2/3的时刻“速度相等”恰好发生。&#

9、160; 以上讨论过程中，忽略了电路中诸如变压器漏抗、线路电感等的作用。另外，实际应用中为了抑制电流冲击，常在直流侧串入较小的电感，成为感容滤波的电路，如图4a所示。此时输出电压和输入电流的波形如图4b所示，由波形可见，ud波形更平直，而电流i2的上升段平缓了许多。这对于电路的工作是有利的。当L与C的取值变化时，电路的工作情况会有很大的不同，这里不再详细介绍。可得          这就是临界条件。RC > 和RC 分别是电流id 断续和连续的条件。图2给出了RC等于和小于 时的电流波形。

10、对一个确定的装置来讲，通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重。因此可以说，在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R= （C）。  RC > 时，交流侧电流和电压波形如图1所示，其中和的求取可仿照单相电路的方法。和确定之后，即可推导出交流侧线电流 ia 的表达式，在此基础上可对交流侧电流进行谐波分析。由于推导过程十分繁琐，这里不再详述。  以上分析的是理想的情况，未考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感。当考虑上述电感时，电路的工作情况发生变化,其电路图和交流侧电流波形如图3所示，其中图3a为电路

11、原理图，图3b、c分别为轻载和重载时的交流侧电流波形。将电流波形与不考虑电感时的波形比较可知，有电感时电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重,电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。2.2.1主要数量关系  (1)输出电压平均值 空载时，输出电压平均值最大，为 。随着负载加重，输出电压平均值减小，至RC = 进入id连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为Ud=2.34U2。可见，Ud在2.34U22.45U2之间变化。  与电容滤波的单相桥式不可控整流电路相比，Ud的变化范围小得多，当负载加重到一定程度后，U

12、d就稳定在2.34U2不变了。  (2) 电流平均值 输出电流平均值IR为：IR=Ud/R   与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此： Id=IR  在一个电源周期中，id有6个波头，流过每一个二极管的是其中的两个波头，因此二极管电流平均值为Id的1/3，即：IVD=Id/3=IR/3  (3) 二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为 。23 控制电路控制电路以SG3525为核心构成，它采用恒频脉宽调制控制方案，适合于各种开关电源，斩波器的控制。其内部包含精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器

13、、比较器、分频器等，并含有欠压锁定电路，闭锁控制电路和软起动电路。SG3525外围电路接线图见 图2。图2 SG3525外围电路接线图LM1413是一种复合晶体管(达林顿电路)阵列驱动器，增益和耗散功率大，可靠性高。本电路中用它来放大SG3525第11，14引脚输出到MOSFET的驱动信号并防止误驱动。 图2.3.1 SG3525控制电路SG3525的内部电路和参数：LM1413内部电路和参数3 设计方法 对于转速调节器ASR，本系统是给定为负极性，反馈为正极性。当电机正反转时要求转速调节器反馈的电压极性总是为正极性，因此电机正反转时FBS单元的输出应总是正电压。本系统中的FBS单元有两个输出

14、电压为不同极性的端子，闭环时FBS单元输出为正电压的一端应作为转速调节器的反馈。因此本系统在加上双环之前要进行开环实验以确定FBS单元的输出极性哪一个为正，具体实验步骤如下： (1)把面板上的钮子开关拨到开环，并把ASR单元的给定电压直接接到PWM单元的输人端(在面板上用导线短接)，FBS单元的输人接到测速发电机的输出，逐渐加大给定电压并用万用表测出FBS两个输出端(A)，(B)的极性哪一个为正，并记录； (2)加上双环，把面板上的钮子开关拨到闭环，FBS单元的正极性的输出端接到ASR 的反馈端，ASR单元的输出接到ACR单元的给定端，ACR的输出接到PWM单元的输人； (3)接通控制电路电源

15、，用示波器分别观察锯齿波和PWM信号的波形，记录波形、频率和幅值； (4)分别观察两个脉冲变压器二次侧的电压波形，记录波形、周期、最大脉宽、幅值； (5)接通主电路电源，观察IGBT的门极和发射极间的电压波形； (6)分别加上“正向”和“反向”给定信号，起动电机，并逐步加上额定负载进行调速实验。注意观察给定电压，导通比与转速的关系。 图3.1.2 MOSFET驱动电路 此图给出了电力MOSFET的一种驱动电路，它包裹电气隔离和晶体管放大电路两部分。当无输入信号时高速放大器A输出负电平，V1导通输出负驱动电压。当有信号输入A时输出正电平，V2导通输出正驱动电压。 图3.1.2电机正反转控制电路主

16、电路采用可逆PWMM的双极式H型电路。运用4个C2655晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路，靠晶体管导通和关闭的占空比D来实现电动机调速的目的，输出端的电位极性不同可以使电机正转和反转。应用中应尽量提高斩波频率，减少电流的脉动。3.1 实验结果 图3.1.1，图3.1.2是本直流脉宽调速双闭环系统突加负载，突减负载时的电流，转速波形图，可以看出系统突加负载动态速降低，具有较硬的机械特性和较好的抗干扰性，而且运行稳定，通过状态开关的切换可方便地实现可逆运行。 图3.1.1 突加负载时转速 电流波形图 图3.1.2 突减负载时的电流，转速波形图 结束语 本文所述的直流脉宽调速电路通过一种由降压变

17、换器和升压变换器组合而成的直流斩波电路加以实现，此直流斩波电路选用全控型器件IGBT，电机正反转时电枢绕组的连接采用状态开关进行切换，这样只用两个开关器件就实现了电机的四象限运行。直流脉宽信号由SG3525产生，调试非常方便，电路控制也很灵活。实验证明本调试系统直流电压大小调节和电机可逆运行的实现非常方便，并具有较硬的静特性和机械特性。本文介绍了通过斩波电路来实现的直流脉宽调速电路，此斩波电路有基本的降压型变换器和升压行变换器相组合选用全控型器件调速MOSFET，当此变换器对直流电动机供电时，只要对MOSFET进行实时的PWM控制，就可以实现点击的四象限运行，此斩波电路中IGBT的驱动信号由集

18、成脉宽调速控制器SG3525产生，由于它简单可靠急使用方法灵活，大大简化脉宽调制器的手机及调试。致谢通过课程设计的学习，还是学到了不少的知识！不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在试验中验证了自己的一些猜想。在学习的过程中有失败，当然也有困惑，有成功，当然就有喜悦。虽然只是课程设计，但我拿出了自己的全部精力去对待，能学到知识固然值得骄傲，能认识到自己的过错和不足不也是一件幸事吗！做学问也是做人，再作学问的过程中体味做人的道理不也是一种收获吗？记得古语中说：“学，然后知不足”！希望这次学习只是我学习单片机的开始，也算是启蒙吧！我必将更加努力的学习它完善自己。我想这就是我学习这门课的最大感受吧！此次课程设计令我受益匪浅，但遇到的困难也不少。在电路设计上，让我深刻体会到自身在专业知识方面的缺乏，一些专业素语还是第一次接触，这时互联网就很好的发挥了作用，搜一搜，很快就可以得到答案。由于对电路设计缺乏经验，此次设计需要大量借鉴相关专业知