自控課程設(shè)計(jì)-基于SG3525的雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、廣 東 石 油 化 工 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院自動(dòng)化系電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)電 力 拖 動(dòng) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 運(yùn) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)題 目：基于SG3525的雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 別 電氣07-2班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 專業(yè)主任 日 期 基于SG3525的雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、引言近年來，隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；需要能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，從而對(duì)

2、直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這時(shí)通過PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法應(yīng)用而生。 采用傳統(tǒng)的的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后避免了以上缺陷，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好；同樣，由于開關(guān)頻率高，快速響應(yīng)特性好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可以獲得很寬的頻帶；開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率高，PWM具有很高的抗噪性，且

3、有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。第二章 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)2.1直流電動(dòng)機(jī)的PWM控制原理 脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）簡(jiǎn)稱PWM控制技術(shù)，是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)?？焖匐娏﹄娮悠骷β示w管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）等按PWM技術(shù)構(gòu)成的直流斬波電路如下圖2-1(a)所示。圖(b)為相應(yīng)輸出波形。 圖2-1 PWM斬波器原理圖及波形 圖（a）原理圖 圖（b）輸出電壓波形圖這種DC-DC直流功率變換電路廣泛應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源、UP

4、S以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，與晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）由于開關(guān)頻率高，僅靠電動(dòng)機(jī)電樞電感的濾波作用就能獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)低速運(yùn)行穩(wěn)定，電機(jī)損耗和發(fā)熱小。（2）調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000。（3）系統(tǒng)頻帶寬，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。（4）主電路器件工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路能耗小，裝置效率高，系統(tǒng)的功率因數(shù)較高。如上圖2-1（a）中，假定開關(guān)管V1先接通T1秒（忽略V1的管壓降，電源電壓U全部加到電樞上），然后關(guān)斷T2秒（這期間電樞端電壓為零）。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形上圖（b）所示。電樞電壓的平均值： 式中：為

5、一個(gè)周期中，開關(guān)管V1導(dǎo)通時(shí)間所占的比率，稱為負(fù)載率或者占空比，使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變值，從而達(dá)到調(diào)壓目的：1、定寬調(diào)頻法：保持不變，使在0范圍內(nèi)變化。2、調(diào)寬調(diào)頻法：保持不變，使在0范圍內(nèi)變化。3、定頻調(diào)寬法：T1+T2=T保持不變，使在0T范圍內(nèi)變化。不管哪種方法，的變化范圍均為01，因而電樞電壓平均值的調(diào)節(jié)范圍為0,均為正值，即電機(jī)只能在一個(gè)方向調(diào)速。當(dāng)需要可逆調(diào)速時(shí)就要使用圖2-2（a）所示橋式（或稱H型）斬波電路。圖2-2 橋式PWM斬波器原理圖及波形（a）原理圖 （b）輸出電壓波形 圖2-2中開關(guān)管、是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的，、也是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷，但與、與不允許同時(shí)

6、導(dǎo)通，否則電源直通短路。設(shè)、先同時(shí)導(dǎo)通秒后同時(shí)關(guān)斷，間隔一定時(shí)間（為避免電源直通，該間隔稱為死區(qū)時(shí)間）之后，再試、同時(shí)導(dǎo)通秒后同時(shí)關(guān)斷，如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖2-2（b）所示電樞電壓平均值為:由于01，故Ud值的調(diào)節(jié)范圍+，因而電機(jī)可以正、反兩個(gè)方向調(diào)速。圖2-3 兩種斬波器的輸出電壓特性圖2- 3給出了兩種PWM（不可逆調(diào)速與可逆調(diào)速）斬波電路電樞端電壓平均值的特性曲線。Ud =f()。控制占空比也就控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 2.2脈寬調(diào)制變換器PWM變換器的作用是：用PWM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系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)

7、速。PWM變換器電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類?？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。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。由于本設(shè)計(jì)采用雙極式控制，這里只著重分析最常用的雙極式控制的橋式可逆PWM變換器。PWM變換器電路有多種形式，可分為不可逆和可逆兩大類，下面分別闡述其工作原理。2.2.1不可逆PWM變換器 由功率管VT組成的簡(jiǎn)單不可逆變換器示于圖2-4，電源電壓由交流電源經(jīng)不控整流電路供電，加在調(diào)制管與直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組串聯(lián)電路上，電容C的作用是消除直流供電線路上的諧波電流

8、對(duì)主電路的干擾。二極管D是在關(guān)斷時(shí)為電樞回路提供釋放電感儲(chǔ)能的續(xù)流回路。導(dǎo)通與關(guān)斷由基極脈寬調(diào)制信號(hào)控制，調(diào)制信號(hào)由脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生。（a）原理圖 （b）電壓和電流波形圖2-4 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器由圖可知，調(diào)制信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)0tton時(shí)，為正電平，飽和導(dǎo)通，電源電壓通過加到電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端。當(dāng)tontT時(shí)為負(fù)電平，V截止關(guān)斷，電樞失去電源電壓，經(jīng)D續(xù)流。在一個(gè)周期內(nèi)電樞得到的平均電壓 （為占空比），改變占空比即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖2-4（b）給出了穩(wěn)態(tài)時(shí)電樞端電壓以及電樞電流的波形。由圖可見穩(wěn)態(tài)電流是脈動(dòng)的，其平均值等于負(fù)載電流。下面對(duì)電流連續(xù)情況進(jìn)行分析為簡(jiǎn)化起見，假定、二

9、極管D均具有理想開關(guān)特性，無慣性，無損耗，即開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在瞬間完成；供電電源為理想恒壓源；在不同工作狀態(tài)下電樞回路電阻R及電感L為常數(shù)；開關(guān)周期T遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)并忽略開關(guān)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速N和反電動(dòng)勢(shì)E的變化。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，電樞電流重復(fù)出現(xiàn)周期性變化，即準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。而穩(wěn)態(tài)時(shí)的電樞回路電壓平衡方程式：可知電樞電流平均值為:下面分析電樞電流的脈動(dòng)狀態(tài)。圖2-5給出了主電路的等效電路，對(duì)應(yīng)電壓平衡方程為: （a）V導(dǎo)通時(shí)（b）V截止時(shí) 圖2-5 不可逆PWM變換器等效電路 其中R和L分別是電樞回路的總電阻和總電感。電流連續(xù)時(shí)，由(2-1)式和（2-2）式可求出電流和,給出它

10、們的電流波形如圖所示。 圖2-6 電樞電流變化曲線當(dāng)開關(guān)頻率f較高，可忽略開關(guān)周期內(nèi)的變化，用平均壓降代替電樞電阻上的瞬時(shí)壓降，式（2-1）和式（2-2）可近似為這時(shí)都近似成常數(shù)，相當(dāng)于圖中用直線來代替按指數(shù)規(guī)律變化的電流曲線。由式（2-3）和式（2-4）可得出： 式（2-5）表明，電流脈動(dòng)量是隨占空比值變化的。且電流脈動(dòng)量的最大值出現(xiàn)在=1/2時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械特性表達(dá)式為： 調(diào)節(jié)占空比可得到一族平行線。如下圖 圖2-7 不可逆系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性 在簡(jiǎn)單的不可逆電路中電流id不能反向，因而沒有制動(dòng)能力，只能單象限運(yùn)行。需要制動(dòng)時(shí)，必須為反向電流提供通路，如圖2-8所示的雙管交替開關(guān)電路

11、。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妷翰]有改變極性。圖2-8 有制動(dòng)功能的不可逆PWM變換器電路原理圖 圖2-8所示電路的電壓和電流波形有三種不同情況，無論何種狀態(tài)，功率開關(guān)器件VT1和 VT2的驅(qū)動(dòng)電壓都是大小相等、極性相反的，即Ug1 =-Ug2。在一般電動(dòng)狀態(tài)中，id始終為正值(其正方向示于圖2-8中)。在0tton時(shí)，Ug1為正，VT1導(dǎo)通，Ug2為負(fù)，VT2關(guān)斷。此時(shí)，電源電壓Us加到電樞兩端，電流id沿圖2-8中的回路1流通。在tontT時(shí)，Ug1和Ug2都改變極性，VT1關(guān)斷，但VT

12、2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(其極性見圖2-8)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VT2，但并沒有被用上。一般電動(dòng)狀態(tài)下的電壓和電流波形也就和簡(jiǎn)單的不可逆電路波形完全一樣。2.2.2可逆PWM變換器 電機(jī)可逆運(yùn)行時(shí)，需要向電機(jī)電樞提供?？赡孀儞Q器按主電路結(jié)構(gòu)不同可分為T型和H型兩種。如圖所示（a）T型 （b） H型圖2-9 可逆變換器主電路 T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，功率開關(guān)管要承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電壓下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半，效率較低

13、，故實(shí)際應(yīng)用的大部分是H型可逆電路。由于本設(shè)計(jì)也采用雙極式控制，這里只著重分析最常用的雙極式控制的橋式可逆PWM變換器。（1）雙極式控制方式：正向運(yùn)行： 第1階段，在0tton期間，Ug1、Ug4為正， VT1、VT4導(dǎo)通，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tontT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；反向運(yùn)行： 第1階段，在0tton期間，Ug1、Ug4為負(fù)，VT2、VT3截止， VD1、V

14、D4 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 =+Us；第2階段，在tontT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；輸出波形： 雙極式控制可逆PWM變換器的輸出波形如圖2-10和圖2-11所示。圖2-10 雙極式控制可逆PWM變換器的正向電動(dòng)運(yùn)行波形 圖2-11 雙極式控制可逆PWM變換器的反向電動(dòng)運(yùn)行波形（2）輸出平均電壓：雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為 (2.3)式中 = ton/T為 PWM 波形的占空比，改變 (01

15、)即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若令= Ud/Us為PWM電壓系數(shù)，則在雙極式控制的可逆變換器中，= 2 -1。 （3）調(diào)速范圍：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) 0.5時(shí)，為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng) = 0.5時(shí)，= 0，電機(jī)停止。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。（4）雙極式控制的橋式可逆PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)： （1）電流一定連續(xù)。 （

16、2）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行。 （3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)。 （4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右。 （5）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 。 （5）雙極式工作制機(jī)械特性表達(dá)式： 式中、的定義與不可逆電路的相同。電磁轉(zhuǎn)矩 Cm = KmFN 電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)； no =Us / Ce 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比。所描述的機(jī)械特性如圖2-12所示 圖2-12 雙極式工作制機(jī)械特性2.3 電能回饋與泵升電壓的限制圖2-13所示是橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖。PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管

17、整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓Us。由于電容容量較大，突加電源時(shí)相當(dāng)于短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串入限流電阻Ro(或電抗)，合上電源以后，延時(shí)用開關(guān)將Ro短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。濾波電容器往往在PWM裝置的體積和重量中占有不小的份額，因此電容器容量的選擇是PWM裝置設(shè)計(jì)中的重要問題。濾波電容的計(jì)算方法可以在一般電工手冊(cè)中查到，但對(duì)于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)吸收運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)能的作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這將使電容兩

18、端電壓升高，稱作“泵升電壓”。電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓Usm，因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)所需的電容量達(dá)到數(shù)千微法。在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來限制泵升電壓，這時(shí)，可以采用圖2-13中的鎮(zhèn)流電阻Rb來消耗掉部分動(dòng)能，Rb的分流電路靠開關(guān)器件VTb在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)接通。對(duì)于更大容量的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，把多余的能量逆變后回饋電網(wǎng)。圖2-13 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖第三章 基于SG3525的PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)3.1 SG3525集成電路脈寬調(diào)制器3.1.1SG3525芯片

19、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，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司(Silicon General)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

20、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。3.1.2 SG3525的引腳功能：圖3-1 SG3525引腳 (1) 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

21、。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) SoftStart(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

22、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。3.1.3SG3525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)

23、，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)

24、，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。圖3-2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shut down(引腳10)上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM鎖存器將立即動(dòng)作，禁止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，Shut down引

25、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)

26、，是目前PWM常用的方法。美國硅通公司的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3-2所示： 主要由以下部分組成： (1) 基準(zhǔn)電壓調(diào)整器?；鶞?zhǔn)電壓調(diào)整器輸出電壓為5.1 V，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。(2) 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。(3) 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)。(4) 鎖存器。鎖

27、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。 (5) 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（

28、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

29、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。3.2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

30、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3-3所示。圖3-3 SG3525控制及延時(shí)電路3.3隔離及驅(qū)動(dòng)電路驅(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)

31、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

32、驅(qū)動(dòng)電路MOSFET和IGBT。1.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1015V，使IGBT開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般1520V。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

33、驅(qū)動(dòng)電路，如圖3-4所示：圖3-4 電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路 圖3-4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

34、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。2. 過流保護(hù) 過電流分為過載和短路兩種情況，同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，可提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作

35、之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。對(duì)重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快 。 3對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求可歸納如下： （1）IGBT與MOSFET 都是電壓驅(qū)動(dòng)，都具有一個(gè)2.5 5V的閾值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗,因此IGBT對(duì)柵極電荷非常敏感故驅(qū)動(dòng)電路必須很可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與 MOSFET 的連線要盡量短。 （2）用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放

36、電，以保證柵極控制電壓，有足夠陡的前后沿，使MOSFET的開關(guān)損耗盡量小。另外, MOSFET開通后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能提供足夠的功率，使MOSFET不退出飽和而損壞。 （3）驅(qū)動(dòng)電路要能傳遞幾十kHz 的脈沖信號(hào)。 （4）在大電感負(fù)載下, MOSFET 的開關(guān)時(shí)間不能太短，以限制出 di/dt 形成的尖峰電壓，確保MOSFET的安全。 （5）由于MOSFET在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合，故驅(qū)動(dòng)電路與控制電路在電位上應(yīng)嚴(yán)格隔離。 （6） MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用，最好自身帶有對(duì)MOSFET的保護(hù)功能，有較強(qiáng)的抗干擾能力。3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)3.4.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系

37、統(tǒng)的組成圖3-5所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖為了實(shí)現(xiàn)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，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套(或稱串級(jí))聯(lián)接，如圖3-5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)在外邊，稱作外環(huán)（表示限幅作用) 圖3-5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖為了獲得良好的靜、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，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖3-5所示，圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極

38、性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。3.4.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)框圖和靜特性根據(jù)3-5的原理圖，可以很容易的畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如3-6所示(其中為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，為電流反饋系數(shù))：圖3-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，系統(tǒng)靜特性如圖3-7所示，一般存在兩種狀況：飽和輸出達(dá)到限

39、幅值，不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和的靜特性對(duì)應(yīng)于圖中的CA段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和的靜特性對(duì)應(yīng)于圖中的AB段。 圖3-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于最大電流時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到最

40、大電流時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出U*im，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截至負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。3.5 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的作用 1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的作用 （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。 （2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。2電流調(diào)節(jié)器ACR的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其

41、給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。 （2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。 （4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說十分重要的。3.6雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖3-8所示，圖中可逆脈寬調(diào)制變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的橋式結(jié)構(gòu)，它由四個(gè)功率MOSFET管和四個(gè)續(xù)流二極管組成的雙極式PWM可逆變換器，根據(jù)脈沖占空比的不同，在直流電機(jī)上可得到或的直流電壓。脈寬調(diào)制器為集成電路SG3525，元件R

42、4、C4、VD5、R5、C5、VD6構(gòu)成邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。TG是與直流電動(dòng)機(jī)連動(dòng)的測(cè)速發(fā)電機(jī)，經(jīng)過速度變換器FBS后可獲得一反映轉(zhuǎn)速變化的速度反饋信號(hào)，此信號(hào)接入速度調(diào)節(jié)器ASR的反饋輸入端，G為電壓給定器。 回路中的電阻R2有兩個(gè)作用，第一，可以用來觀察波形，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形；第二，起過流保護(hù)的作用。當(dāng)R2的電壓超過整定值后，過流保護(hù)電路動(dòng)作，關(guān)閉脈沖，從而保護(hù)功率MOSFET管，電阻R2其實(shí)就是整個(gè)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中的截流保護(hù)環(huán)節(jié)。圖3-8 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)電路圖 二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，正常情況下，交流輸入為220V，經(jīng)過整流變?yōu)?00V直流電，電阻R1為起

43、動(dòng)限流電阻，在VT1和VT4的源極回路中，串接兩個(gè)取樣電阻，其上的電壓分別反映電流大小的電壓，可作為雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流反饋信號(hào)，接到電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入端。如圖3-8所示，振蕩器的振蕩回路由C2、C3、R3構(gòu)成，Rd作為放電電阻、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。鋸齒波信號(hào)由振蕩電路產(chǎn)生，作為載波信號(hào)Ut，調(diào)制信號(hào)由可調(diào)電位器RP上的電壓信號(hào)Ur和外加的給定信號(hào)Ug疊加而成，RP上的電壓信號(hào)用于確定脈寬調(diào)制波的初始占空比，Ug可正可負(fù)，用于控制逆變器輸出電壓的大小和極性，在開環(huán)系統(tǒng)中，電壓給定器G的輸出電壓直接加在Ug上，Ug也可以由模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出來控制，構(gòu)成

44、閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。本電路是由模擬的轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器來控制的，電壓給定器G的輸出接在ASR的輸入端，Ug由ACR的輸出控制。在可逆變換器中，跨接在電源Us兩端的上、下兩個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)常交替工作，由于功率場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷要有一定的時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)功率場(chǎng)效應(yīng)管并未完全關(guān)斷，如果在此期間另一個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管已經(jīng)導(dǎo)通，則將造成上下兩管直通，從而使電源正負(fù)極短路。為了避免發(fā)生這種情況，設(shè)置了由R、C元件構(gòu)成的邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。保證在對(duì)一個(gè)管子發(fā)生關(guān)閉脈沖后，延時(shí)5s左右的時(shí)間后再發(fā)出對(duì)另一個(gè)管子的開通脈沖。Ua為SG3525的13腳輸出占空比可調(diào)得脈沖波形(占空比調(diào)節(jié)范圍不小于0.1-0.9)，經(jīng)多RC移相后

45、，輸出兩組互為到相、死區(qū)時(shí)間為5s左右的脈沖，經(jīng)過光耦隔離后，分別驅(qū)動(dòng)四只MOSFET管，其中VT1、VT4驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，VT2、VT3驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同。在電路中，由電流調(diào)節(jié)器和電流測(cè)量環(huán)節(jié)構(gòu)成電流內(nèi)環(huán)，由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速測(cè)量環(huán)節(jié)構(gòu)成轉(zhuǎn)速外環(huán)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器都是比例、積分調(diào)節(jié)器，因此，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動(dòng)維持在給定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。電流環(huán)的接入可使閉環(huán)系統(tǒng)突加給定起動(dòng)，此外，電流環(huán)還有抑制由電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而產(chǎn)生的干擾的作用。要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行，只需要改變給定電壓的極性即可，不會(huì)產(chǎn)生短路現(xiàn)象。由于直流電機(jī)負(fù)載的變化會(huì)影響到電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)瞬間減小，通過速度變換器FB

46、S、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR的作用，ASR輸出送至SG3525的信號(hào)會(huì)使得SG3525的引腳輸出的PWM波形的占空比增大，從而加在直流電機(jī)電樞兩端的電壓會(huì)相應(yīng)增大，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速回升。反之，當(dāng)負(fù)載減輕時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，SG3525的13腳輸出PWM波形的占空比會(huì)減少，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。因而直流電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載波動(dòng)而恒為穩(wěn)定狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。 因此可以得出結(jié)論的是，雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形接近理想快速起動(dòng)過程的波形;具有很硬的靜特性和機(jī)械特性;能夠快速實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制第四章 實(shí)驗(yàn) 一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成TAU-UiASRACRUPWDLDGDPW

47、MFAGMTGM圖4-1 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)易原理框圖如圖4-1，圖中可逆PWM變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的橋式結(jié)構(gòu)形式，UPW為脈寬調(diào)制器，DLD為邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅(qū)動(dòng)電路，F(xiàn)A為瞬時(shí)動(dòng)作的過流保護(hù)。二系統(tǒng)工作原理速度給定信號(hào)G，速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，控制PWM信號(hào)產(chǎn)生裝置UPM脈寬調(diào)制器，DLD單元把一組PWM波形分成兩組相差180的PWM波，用于控制倆組臂。G用以輸出015V直流給定電壓，UPW采用SG3525芯片和部分外圍電路構(gòu)成，SG3525通過改變外接電容電阻的數(shù)值，可以產(chǎn)生不同頻率的方波信號(hào)。改變給頂端電壓，可以改變輸

48、出電壓的占空比，作為PWM控制器的的控制信號(hào)。GD的作用是形成四組隔離的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖；PWM為功率放大電路，直接給電動(dòng)機(jī)M供電。這樣通過改變給定電壓就可以對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速了DLD邏輯延時(shí)單元，對(duì)PWM控制信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和整形當(dāng)被驅(qū)動(dòng)電路為雙極式工作制時(shí)，為了避免同一相上、下兩只功率管直通，需要驅(qū)動(dòng)信號(hào)有死區(qū)。DLD單元即用來產(chǎn)生具有死區(qū)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。DZS為零速封鎖器其輸出控制ASR和ACR，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)給定電壓為零時(shí)確保電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，避免運(yùn)算放大器因零點(diǎn)漂移造成電動(dòng)機(jī)不能停車。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速，二者之間施行串級(jí)連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

49、器的輸出當(dāng)做電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM變換器的觸發(fā)裝置。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器(見圖4-2)1MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2MCL31組件（適合MCL）。3MCL10組件或MCL10A組件。4電機(jī)導(dǎo)軌及測(cè)速發(fā)電機(jī)TG、直流電動(dòng)機(jī)M01。5直流發(fā)電機(jī)M03。6雙蹤示波器。圖4-2 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)四實(shí)驗(yàn)步驟1SG3525性能測(cè)試（1）用示波器觀察“1”端（即SG3525的5腳）的電壓波形，波形(1V，20s)如圖4-3為：圖4-3 5腳的波形 （2）用示波器觀察“2”端（即SG3525的13腳）的電壓波形(5V，20s)，波形如圖4-4為：圖4-4 13腳的波形（3）用

50、導(dǎo)線將“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調(diào)節(jié)正負(fù)給定，記錄“2”端輸出的最大占空比(占空比=50%，5V，20s)的波形如圖4-5為：圖4-5 最大占空比時(shí)的波形最小占空比(占空比=13%，5V，20s)的波形如圖4-6為：圖4-6 最小占空比時(shí)的波形2控制電路的測(cè)試 （1）邏輯延時(shí)時(shí)間的測(cè)試在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別將正、負(fù)給定均調(diào)到零，用示波器觀察“DLD” 的“1”和“2”端的輸出波形(20mv，10s)，并記錄延時(shí)時(shí)間：td= 3.8s （2）同一橋臂上下管子驅(qū)動(dòng)信號(hào)列區(qū)時(shí)間測(cè)試分別將“隔離驅(qū)動(dòng)”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器(50mv，20s)，分別測(cè)量VVT1.GS和V

51、VT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的死區(qū)時(shí)間： tdVT1.VT2= 1.6s tdVT3.VT4= 3.6s (注意：由于在學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中，只有MEL-03的三相可調(diào)電阻掛箱，而沒有MEL-13的測(cè)功機(jī)掛箱，所以在下列幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中提到的額定負(fù)載都是由MEL-03掛箱的可調(diào)電阻串聯(lián)直流發(fā)電機(jī)M03來得到的)3開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試按圖4-2接線 （1）電流反饋系數(shù)的調(diào)試a將正、負(fù)給定均調(diào)到零，合上主控制屏電源開關(guān)，接通直流電機(jī)勵(lì)磁電源。b調(diào)節(jié)正給定，電機(jī)開始起動(dòng)直至達(dá)1800r/min。c給電動(dòng)機(jī)拖加負(fù)載，即逐漸減小發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻，直至電動(dòng)機(jī)的電樞電流為1A。d調(diào)節(jié)“FBA”的電流反饋電位器，

52、用萬用表測(cè)量“9”端電壓達(dá)2V左右。 （2）速度反饋系數(shù)的調(diào)試 在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再次調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的1400r/min，調(diào)節(jié)MCL-31（或MCL-III型主控制屏）的“FBS”電位器，使速度反饋電壓為5V左右。 （3）系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性測(cè)定參照速度反饋系數(shù)調(diào)試的方法，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1800r/min，S4開關(guān)撥向“正給定”，改變可調(diào)電阻加載旋鈕（或直流發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd），在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)測(cè)取6個(gè)點(diǎn)，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流發(fā)電機(jī)電流id，特性曲線見圖4-7。 表4-1 開環(huán)正給定高速的數(shù)據(jù)記錄 n=1800r/minn(r/min)180017501700165016001550id(A

53、)0.60.7811.181.41.6圖4-7 開環(huán)正給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3，使n=1000 r/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機(jī)在中速和低速時(shí)的機(jī)械特性，特性曲線見圖4-8和圖4-9。 表4-2 開環(huán)正給定中速的數(shù)據(jù)記錄 n=1000r/minn(r/min)1000950900850800750id(A)0.50.650.91.061.41.7 圖4-8 開環(huán)正給定中速的特性曲線 表4-3 開環(huán)正給定低速的數(shù)據(jù)記錄 n=500r/minn(r/min)500450400350300250id(A)0.360.540.81.031.31.54圖4-9 開環(huán)正給定低速的特性曲線斷開主電源，S4開關(guān)撥向“負(fù)給定”，然后按照以上方法，測(cè)出系統(tǒng)的反向機(jī)械特性，特性曲線見圖4-10。 表4-4 開環(huán)負(fù)給定高速的數(shù)據(jù)記錄 n=1800r/minn(r/min)180017501700165016001550id(A)0.680.821.041.31.621.74 圖4-10 開環(huán)負(fù)給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3，使n=1000/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機(jī)在負(fù)給定后中速和低速時(shí)的機(jī)械特性，特性曲線見圖4-11和圖4-12。 表4-5 開環(huán)負(fù)給定中速的數(shù)據(jù)記錄