2022年某轧机直流电动机晶闸管调速系统设计新 .pdf

目录摘要 4第一章绪 论5第二章直流调速系统地方案确定62.1 系统地技术数据要求62.2 直流调速系统地方案选择72.3 双闭环直流调速系统地静特性10第三章 主电路地设计与分析 113.1 主电路结构设计113.2 整流电路 163.3 励磁回路地选择173.4 晶闸管地触发电路193.5 KJ004 地工作原理 213.6 脉冲变压器地设计23第四章 PWM 控制直流调速系统控制电路设计 254.1 PWM 信号发生器 254.2 SG3525 引脚各端子功能27第五章 主电路元部件及参数计算 325.1 整流变压器容量计算325.2 IGBT 管地参数 335.3 三相全控桥整流二极管选择345.4 滤波电容C1地选择 34第六章 主电路保护电路设计346.1 IGBT 地保护设计 346.2 主电路过电流保护电路366.3 过电压保护设计366.4 过电流保护设计396.5 斩波器地散热设计41第七章 励磁回路元件计算和选择42 7.1 变压器地选择427.2 整流元件晶闸管地选型46第八章 双闭环调速系统调节器地设计478.1 电流调节器地设计478.2 转速调节器地设计51心得体会 57参考文献 58精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 41 页摘要直流电动机具有良好地起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向地电力拖动领域中得到应用.晶闸管问世后，生产出成套地晶闸管整流装置，组成晶闸管 电动机调速系统（简称V-M 系统），和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大地优越性 .本文首先明确了设计地任务和要求，在了解了转速电流双闭环直流调速系统地调速原理后依次对晶闸管相控整流调速系统地主电路，保护电路，检测电路和触发电路进行了设计，并且计算了相关参数.目前 ,市场上用地最多地IGBT 直流斩波器 ,它是属于全控型斩波器，它地主导器件采用国际上先进地电力电子器件IGBT ，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器地缺点.该斩波器既能为煤矿窄轨电机车配套地调速装置，针对不同地负载对象，做一些少量地改动又可用于其它要求供电电压可调地直流负载上.与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比，具有明显地优点.关键字：双闭环控制单项全控桥三相桥式 IGBT第一章绪 论精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 41 页许多生产机械要求在一定地范围内进行速度地平滑调节，并且要求具有良好地稳态，动态性能 .而直流电调速系统调速范围广，静差率小，稳定性好以及具有良好地动态性能，在高性能地拖动技术领域中，相当长期内几乎都采用直流电力拖动系统.双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛地电力系统传动系统.它具有动态响应快，抗干扰能力强等特点.我们知道反馈闭环控制系统具有良好地抗干扰性能，它对于被反馈环地前向通道上地一切扰动作用都能有效地加以抑制.采用转速反馈和PI 调节器地单闭环地调速系统可以在保证系统稳定地条件下实现转速无静差，但如果对系统地动态性能要求较高，例如要起制动，突加负载动态性能速降小等等，单闭环系统就难以满足要求.这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照要求来控制动态过程地电流或转矩.在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流地.但它只在超过临界电流值以后强烈地复返快作用限制电流地冲击，并不能很理想地控制电流地动态波形.在实际工作中，我们希望在电机最大电流地限制条件下，充分利用电机地允许过载能力.最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大地加速度起动，到达稳定转速后又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳定运行.这是，起动电流成方波形，而转速是线性增长地.这是在最大电流转矩地条件下调速系统所能地得到地最快起动过程 .随着社会化大生产地不断发展，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和时间上都比较成熟，并且从闭环控制地角度来看，它有是交流拖动系统地基础.所以直流调速系统在生活中有举足轻重地作用.另一方面，需要指出地是电气传动与自动控制有着密切地关系，调速传动地控制装置主要是各种电力电子变流器，它为电动机提供可控地直流电流，并成为弱点控制强电地媒介.本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路地结构形式.主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路及各元件参数地计算和器件地选型，包括整流变压器，整流元件，保护电路以及电流转速调节器地参数计算.第二章 直流调速系统地方案确定2.1 系统地技术数据要求采用转速、电流负反馈构成双闭环调速系统主回路采用三相全控桥不可逆系统.励磁回路采用三相桥式晶闸管变流装置供电，构成励磁电流闭环系统控制.技术数据：（1）直 流 电 动 机 数 据 ： 电 动 机 型 号 ： Z2-62, 220V ， 69.5A ， 1500rpm ，rVCemin/192.0，允许过载倍数5.1，电枢回路电阻24.0aR，系统运动部分地转动惯量227 .6mNGD.（2）要求达到地性能指标：%5,20 SD，电流超调量%5l，转速无静差，且空载起动到额定转速时地转速超调量%10n.2.2 直流调速系统地方案选择2.2.1 直流调速系统简介直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定地气隙.其构造地主要特点是具有一个带换向器地电枢 .直流电机地定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成.其精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 41 页中主磁极是产生直流电机气隙磁场地主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组地叠片铁心构成 .直流电机地转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成.其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成.电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中.换向器是一种机械整流部件.由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体.各换向片间互相绝缘.换向器质量对运行可靠性有很大影响.直流电机斩波调速原理是利用可控硅整流调压来达直流电机调速地目地，利用交流电相位延迟一定时间发出触发信号使可控硅导通即为斩波，斩波后地交流电经电机滤波后其平均电压随斩波相位变化而变化.为了达到控制直流电机目地，在控制回路加入了速度、电压、电流反馈环路和PID 调节器来防止电机由于负载变化而引起地波动和对电机速度、电压、电流超常保护.2.2.2 调速方案选择随着电力电子技术地进步，发展了许多新地电枢电压控制方法，其中PWM( 脉宽调制 )是常用地一种调速方法.其基本原理是用改变电机电枢(定子 )电压地接通和断开地时间比(占空比)来控制马达地速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低 .只要按照一定地规律改变通、断电地时间，即可使电机地速度达到并保持一稳定值.最近几年来，随着微电子技术和计算机技术地发展及单片机地广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展.2.2.3 调速电路方案本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比, 技术先进 , 可减少对电源地污染.为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路 .确保了系统可靠运行.2.2.4 控制方案选择直流电动机转速地控制方法可分为励磁控制法与电枢电压控制法两类.随着电力电子技术地进步 , 发展了许多新地电枢电压控制方法.如: 由交流电源供电, 使用晶闸管进行相控调压。 使用硅整流器将交流电整流成直流或由蓄电池等直流电源供电, 再由PWM 斩波器进行斩波调压等.PWM 驱动装置与传统晶闸管驱动装置比较, 具有下列优点: 需用地大功率可控器件少 , 线路简单。调速范围宽。电流波形系数好, 附加损耗小。功率因数高 .可以广泛应用于现代直流电机伺服系统中.本系统是基于PWM 控制地直流电机控制系统. 此设计采用双闭环不可逆直流调速系统，其结构框图如图2.2 所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 41 页图 2.1 转速、双闭环直流调速系统原理框图2.3 双闭环直流调速系统地静特性双闭环调速系统地静特性在负载电流小于Idm 时表现为转速无静差，这时转速负反馈起主要调节作用.当负载电流达到Idm 时，对应于转速调节气地饱和输出Uim ，这时电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流地自动保护.双闭环直流调速系统地静特性如图2.2 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 41 页图 2.2 双闭环直流调速系统地静特性2.3 双闭环直流调速系统地动态性能对于一个调速系统，电动机要不断处于起动、制动、反转、调速以及突加突减负载地过渡过程，此时，必须研究相关电机运行地动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等.这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义地.动态性能指标代表了系统发生过渡过程时地性能，动态指标分跟随指标和抗扰动指标.跟随指标与抗扰指标都表征系统过渡过程地性能，之所以要分别列出，是由于同一个调速系统，其跟随指标和抗扰动指标并不相同，不同地生产机械对这两类指标地要求也是不一样地 .此外，当系统过渡过程结束后，稳态误差反映了系统地准确性.一般来说，总是希望最大超调和最大动态速降小一点，振荡次数少一些，调整时将及恢复时间短一点，稳态误差小一点，即希望能达到稳、准、快.事实上，这些指标要求，在同一系统中往往是相互矛盾地，因此需要具体对象所提出地要求，首先满足主要方面地性能指标要求，而适当降低其他方面地指标.直流系统中调速范围D、静差率S、和额定转速Nn之间地关系：在直流电动机变压调速系统中，一般以Nn作为最高转速，若额定转速下地转速降落为Nn，则该系统地静差率应该是最低转速时地静差率，即：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 41 页snsnsNNN)1 (nnmin则最低转速为：NNnnnmin0minNnnS而调速范围为：)1 (nnDminminmaxsnsnnnNNN由上式可见，要求s值要求越小时，系统能够允许地调速范围也越小.第三章主电路地设计与分析3.1 PWM 变换器介绍脉宽调速系统地主要电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM 变换器 .PWM 变换器有不可逆和可逆两类，可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种电路.下面分别对各种形式地PWM 变换器做一下简单地介绍和分析.不可逆 PWM 变换器分为无制动作用和有制动作用两种.图 3-1（a）所示为无制动作用地简单不可逆PWM 变换器主电路原理图，其开关器件采用全控型地电力电子器件.电源电压sU一般由交流电网经不可控整流电路提供.电容 C 地作用是滤波，二极管VD 在电力晶体管 VT 关断时为电动机电枢回路提供释放电储能地续流回路.图 3.1 简单地不可逆PWM 变换器电路（a）原理图（b）电压和电流波形图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 41 页电力晶体管VT 地基极由频率为f，其脉冲宽度可调地脉冲电压bU驱动 .在一个开关周期 T 内，当错误！未指定书签。ontt0时，bU为正， VT 饱和导通，电源电压通过VT 加到电动机电枢两端；当Ttton时，bU为负， VT 截止，电枢失去电源，经二 极 管VD续 流 . 电 动 机 电 枢 两 端 地 平 均 电 压 为ssondUUTtU， 式 中 ，TtUUond5 PWM 电压地占空比，又称负载电压系数.地变化范围在01 之间，改变，即可以实现对电动机转速地调节. 图 3-1（b）绘出了稳态时电动机电枢地脉冲端电压du、平均电压du和电枢电流di地波型.由图可见，电流是di脉动地，其平均值等于负载电流mLdlCTI/（LT 负载转矩，mC 直流电动机在额定磁通下地转矩电流比）.由于VT 在一个周期内具有开关两种状态，电路电压平衡方程式也分为两阶段，即在ontt0期间，EdtdiLRiUdd5；在Ttton期间，EdtdiLRidd0.式中， R， L 电动机电枢回路地总电阻和总电感；E电动机地反电动势. PWM 调速系统地开关频率都较高，至少是14kHz，因此电流地脉动幅值不会很大，再影响到转速n 和反电动势E 地波动就更小，在分析时可以忽略不计，视 n 和 E 为恒值 .这种简单不可逆PWM 电路中电动机地电枢电流Di不能反向，因此系统没有制动作用，只能做单向限运行，这种电路又称为“ 受限式 ” 不可逆PWM 电路 .这种 PWM 调速系统，空载或轻载下可能出现电流断续现象，系统地静、动态性能均差.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 41 页图 3.2 具有制动作用地不可逆PWM 变换电路图 3.2（ a）所示为具有制动作用地不可逆PWM 变换电路，该电路设置了两个电力晶体管VT1 和 VT2 ，形成两者交替开关地电路，提供了反向电流地di通路 .这种电路组成地PWM 调速系统可在第I、 II 两个象限中运行.VT1 和 VT2 地基极驱动信号电压大小相等，极性相反，即2bbUU.当电动机工作在电动状态时，在一个周期内平均电流就为正值，电流di分为两段变化 .在ontt0期间，1bU为正， VT1 饱和导通；2bU为负， VT2 截止 .此时，电源电压5U加到电动机电枢两端，电流di沿图中地回路流通.在Ttton期间，1bU和2bU改变极性， VT1 截止，原方向地电流di沿回路 2 经二极管VD2 续流，在VD2 两端产生地压降给VT2 施加反压，使VT2 不可能导通 .因此，电动机工作在电动状态时，一般情况下实际上是电力晶体管VT1 和续流二极管VD2 交替导通，而VT2 则始终不导通，其电压、电流波型 如图3.2 （b ）所 示，与 图2-1没有VT2地 情 况完全 一样 . 如果电动机在电动运行中要降低转速，可将控制电压减小，使1bU地正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使电动机电枢两端地平均电压dU降低 .但是由于惯性，电动机地转速n 和反电动势 E 来不及立刻变化，因而出现EUd地情况 .这时电力晶体管VT2 能在电动机制动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 41 页中起作用 .在Ttton期间， VT2 在正地2bU和反电动势E 地作用下饱和导通，由EdU产生地反向电流di沿回路3 通过VT2 流通，产生能耗制动，一部分能量消耗在回路电阻上，一部分转化为磁场能存储在回路电感中，直到t=T 为止 .在onttT（也就是ontt0）期间，因2bU变负， VT2 截止，di只能沿回路4 经二极管VD1 续流，对电源回馈制动，同时在VD1 上产生地压降使VT1 承受反压而不能导通.在整个制动状态中，VT2 和 VD1 轮流导通， VT1 始终截止，此时电动机处于发电状态，电压和电流波型图3-2（c）.反向电流地制动作用使电动机转速下降，直到新地稳态.这种电路构成地调速系统还存在一种特殊情况，即在电动机地轻载电动状态中，负载电流很小，在VT1 关断后（即Ttton期间）沿回路2径 VD2 地续流电流di很快衰减到零，如在图2-2（d）中地Tton期间地2t时刻 .这时 VD2 两端地压降也降为零，而此时由于2bU为正，使VT2 得以导通，反电动势E 经 VT2 沿回路 3 流过反向电流di，产生局部时间地能耗制动作用.到了ontt0期间， VT2 关断，di又沿回路4 经 VD1 续流，到4tt时di衰减到零， VT1 在1bU作用下因不存在而反压而导通，电枢电流再次改变方向为di沿回路经VT1 流通 .在一个开关周期内，VT1 、 VD1、VT2 、VD1 四个电力电子开关器件轮流导通，其电流波形示图3-2（d）. 综上所述，具有制动作用地不可逆PWM 变换器构成地调速系统，电动机电枢回路中地电流始终是连续地；而且，由于电流可以反向，系统可以实现二象限运行，有较好地静、动态性能. 由具有制动作用地不可逆PWM 变换器构成地直流调速系统，电动机有两种过两种状态下电流地方向相反，即在制动状态时为3.2 整流电路三相桥式不可控整流电路及波形如图3-3 所示 .三相桥式不可控整流电路可以看为两个三相半波不可控整流电路地组合，其中VD1 、VD3 、VD5 为三个共阴极二极管地三相半波整流电路，负载R 两端地电压，三个共阳极地二极管VD4 、VD6、VD2 地阴极分别接至交流电源A、B、C.它们地共阳极端N 至负载电阻R 地负端， R2 昀正端接交流电源地中点0 点.由于电流总是从高电位流向低电位，负载R2和 VD4 流至 A 点，负载电压UON-UOA-t/A 。 在 cot6cot8 期间， UB最低，电流从O 点经负载R2 和VD6流 至 B 点 ，因此，负载上地整流电压为线电压，哪两相地线电压瞬时值最大时，哪两相地二极管就导通，整流电流从相电压瞬时值最高地那一端流出至负载，再回到相电压瞬时值最低地那一相 .在一个交流电源周期2n 期间，三相桥式不可控整流电路地输出电压波形由六个形状精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 41 页相同地电压波段组成，其输出电压最大值为线电压地幅值，输出地纹波较三相半波不可控整流时要小 .其输出电压地平均值为三相半波不可控整流电路输出电压平均值地两倍. 图 3.3 三相桥式不可控整流电路及波形3.3 励磁回路地选择本设计励磁电路采用三相桥式晶闸管变流装置供电，构成励磁电流闭环控制.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 41 页图 3.5 三相桥式晶闸管变流装置三相全控桥整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中地共阴极组和共阳极组串联电路 .三相全控桥式整流电路可实现对共阴极组和共阳极组同时进行控制，控制角都是在一个周期内6 个晶闸管都要被触发一次，触发顺序依次为：64321,VTVTVTVTVT.6 个触发脉冲相依次相差60为了构成一个完整地电流回路，要求两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，另一个在共阴极组.为此，晶闸管必须严格俺编号轮流导通，其中晶闸管与按 A 相，晶闸管与按B 相，晶闸管与按C 相，晶闸管接成共阳极组和共阴极组.在电路控制下，只有接在电路共阳极组中点位为最高又同时输入触发脉冲地晶闸管，以及接在电路共阴极组中电位最低而同时输入触发脉冲地晶闸管，同时导通时，才构成完整地回路.如图 3.5 所示 .由于电网电压与工作电压（2u）常常不一致，故在主电路前端需配置一个整流变压器，以得到与负载匹配地电压，同时把晶闸管装置和电网隔离，可以起到降低或减少晶闸管变流装置对电网和电其他设备地干扰.为了使元件免受在突发情况下超过其所承受地电压电流地侵害，电路中加入了过电压，过电流保护装置.3.4 晶闸管地触发电路晶闸管触发电路地作用是产生符合要求地门极触发脉冲，保证晶闸管在学要地时刻由阻断转为导通 .晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲地放大和输出环节 .触发脉冲地放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求：（1）触发脉冲地宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于60 或采用相隔 60 地双窄脉冲 .（2）触发脉冲应有足够地幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流地幅度应增大为器件最大触发电流 35 倍，脉冲前沿地陡度也需增加，一般需达12Aus.（3）所提供地触发脉冲应不超过晶闸管门极地电压、电流和功率定额，且在门极地伏安特性地可靠触发区域之内.（4）应有良好地抗干扰性能、温度稳定性及与主电路地电气隔离.在本设计中最主要地是第1、 2条 .理想地触发脉冲电流波形如图3.6.图 3.6 理想地晶闸管触发脉冲电流波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 41 页12tt- 脉冲前沿上升时间（1 s）13tt-强脉冲宽度MI-强脉冲幅值（3 5GTGTII）14tt-脉冲宽度I-脉冲平顶幅值（1.5 2GTGTII）常用地晶闸管触发电路如图3.7.它由V1、V2 构成地脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路构成地脉冲输出环节两部分组成.当 V1、 V2 导通时，通过脉冲变压器向晶闸管地门极和阴极之间输出出发脉冲.VD1 和 R3 是为了V1、V2 由导通变为直截时脉冲变压器TM 释放其储存地能量而设地.为了获得触发脉冲波形中地强脉冲部分，还需适当附加其它地电路环节 .12344321DCBAR2R4R3R1TMVD1VD2VD3V1V2E1E2图 3.7 触发电路晶闸管触发电路类型很多，有分立式、集成式和数字式，分立式相控同步模拟电路相对来说电路比较复杂；数字式触发器可以在单片机上来实现，需要通过编程来实现，本设计不采用 .由于集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，所以本设计采用地是集成触发器，选择目前国内常用地KJ、 KC 系例，本设计采用KJ004 集成块和KJ041 集成块 .对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出地触发脉冲依次间隔60 .本设计采用三相同步绝对式触发方式.根据单相同步信号地上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180 地触发脉冲 .然后由分属三相地此种电路组成脉冲形成单元输出6 路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6 路脉冲 .本设计课题是三相全三相全控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 ，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6 个触发脉冲相位依次相差60O，可以选用3 个 KJ004集成块和一个KJ041 集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路地集成触发电路如图3.8.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 41 页(13脚为6路单脉冲输入)(1510脚为6路双脉冲输出)至VT1至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6图 3.8 三相全控桥整流电路地集成触发电路图 3.9 KJ004 地电路原理图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 41 页3.5 KJ004 地工作原理如图3.9 KJ004 地电路原理图所示，点划框内为KJ004 地集成电路部分，它与分立元件地同步信号为锯齿波地触发电路相似.V1V4 等组成同步环节，同步电压uS 经限流电阻R20加到 V1、V2 基极 .在 uS 地正半周， V1 导通，电流途径为(+15V R3VD1V1地 )；在uS 负半周，V2、 V3 导通，电流途径为(+15V R3 VD2 V3 R5R21 ( 15V).因此，在正、负半周期间.V4 基本上处于截止状态.只有在同步电压|uS| 0.7V 时， V1V3 截止， V4 从电源十15V 经 R3、R4 取得基极电流才能导通.电容 C1 接在 V5 地基极和集电极之间，组成电容负反馈地锯齿波发生器.在 V4 导通时， C1 经 V4 、VD3 迅速放电 .当 V4 截止时，电流经(+15V R6C1 R22RP1 ( 15V) 对C1 充电，形成线性增长地锯齿波，锯齿波地斜率取决于流过R22、RP1 地充电电流和电容C1 地大小 .根据 V4 导通地情况可知，在同步电压正、负半周均有相同地锯齿波产生，并且两者有固定地相位关系.V6 及外接元件组成移相环节.锯齿波电压uC5、偏移电压Ub、移相控制电压UC 分别经R24、R23、R26 在 V6 基极上叠加 .当 ube6+0.7V 时， V6 导通 .设 uC5、Ub 为定值，改变UC，则改变了V6 导通地时刻，从而调节脉冲地相位.V7 等组成了脉冲形成环节.V7 经电阻R25获得基极电流而导通，电容C2 由电源 +15V 经电阻R7、VD5、V7 基射结充电 .当 V6 由截止转为导通时，C2 所充电压通过V6 成为V7 基极反向偏压，使V7 截止 .此后C2 经（+15V R25V6 地）放电并反向充电，当其充电电压uc2+1.4V 时， V7 又恢复导通 .这样，在V7 集电极就得到固定宽度地移相脉冲，其宽度由充电时间常数R25 和 C2 决定.V8 、V12 为脉冲分选环节.在同步电压一个周期内，V7 集电极输出两个相位差为180 地脉冲 .脉冲分选通过同步电压地正负半周进行.如在us 正半周V1 导通， V8 截止， V12 导通， V12 把来自V7 地正脉冲箝位在零电位.同时， V7 正脉冲又通过二极管VD7 ，经 V9V11 放大后输出脉冲.在同步电压负半周，情况刚好相反，V8 导通， V12 截止， V7 正脉冲经 V13 V15 放大后输出负相脉冲.说明：1) KJ004 中稳压管VS6VS9 可提高 V8、V9、V12、V13 地门限电压，从而提高了电路地抗干扰能力 .二极管 VD1 、VD2 、VD6 VD8 为隔离二极管.2) 采用 KJ004 元件组装地六脉冲触发电路，二极管VD1 VD12 组成六个或门形成六路脉冲，并由三极管V1V6 进行脉冲功率放大.3) 由于V8、V12 地脉冲分选作用，使得同步电压在一周内有两个相位上相差地脉冲产精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 41 页生，这样，要获得三相全控桥式整流电路脉冲，需要六个与主电路同相地同步电压.因此主变压器接成D， yn11 及同步变压器也接成D， yn11 情况下，集成触发电路地同步电压uSa、uSb、uSc 分别与同步变压器地uSA、uSB、 uSC 相接 RP1RP3 为锯齿波斜率电位器， RP4RP6为同步相位3.6 脉冲变压器地设计本方案地双脉冲电路是采用性能价格比优越地、每个触发单元地一个周期内输出两个相隔 60 地脉冲地电路 .如图 3.10 中两个晶闸管构成一个“ 或 ” 门.当 V5 、V6 都导通时， uc5 约为-15V ，使截止，没有脉冲输出，但只要中有V5、 V6 中一个截止就使得变为正电压，使得 V7 、V8 导通就有脉冲输出.所以只要用适当地信号来控制地V5 或 V6 截止（前后间隔60 ），就可以产生符合要求地双脉冲了.其中 VD4 和 R17 地作用，主要是防止双窄脉冲信号相互干扰 .此触发脉冲环节地接线方式为：以VT1 器件地触发单元而言，图3.10 电路中地 Y 端应该接VT2 器件触发单元地X 端，因为VT2 器件地第一个脉冲比VT1 器件地第一个脉冲滞后60 .所以当VT2 触发单元地V4 由截止变导通时，本身输出一个脉冲，同时使VT1 器件触发单元V6 地管截止，给VT1 器件补送一个脉冲.同理， VT1 器件触发单元地X端应接VT6 器件触发单元地Y 端.依次类推，可以确定六个器件相应触发单元电路地双脉冲环节间地相互接线.220V36V+BTP+15VAVS+15V- 15V- 15VX Y接封锁信号RQustVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14图 3.10 同步型号为锯齿波地触发电路图 3.10 中脉冲变压器TP 主要用于完成触发脉冲信号地电流放大，解决触发电路与晶闸管控制极电路之间地阻抗匹配，并实现弱电回路（触发回路）和强电回路（晶闸管主电精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 41 页路）之间地电隔离.如图可以得出TP 脉冲变压器地一次侧电压U1 强触发电压50V 弱触发电压15V.取变压器地变比K=5，脉冲宽度0060，脉冲变压器地磁铁材料选择DR320. 查阅资料可得铁心材 料 地 饱 和 磁 密1.45sBB T，饱 和 磁 场 强 度21900SHA m， 剩 磁 磁 密0.02rBB T设计计算步骤为：（1）确定变压器地二次侧地强电压20U12050105UUVK（5-1）确定变压器地二次侧地强电压20U120515UUVK（5-2）（2）确定空载励磁电流0I02(0.2 0.3)(0.2 0.3)0.6 50.024 0.036IIKAA（5-3）式中，2I为一般取晶闸管最大触发电流地两倍3222 300 100.6GTIIA.（3）计算脉冲磁导率，选定铁心材料.第四章 PWM 控制直流调速系统控制电路设计4.1 PWM 信号发生器PWM 信号发生器以集成可调脉宽调制器SG3525 为核心构成，他把产生地电压信号送给两个 IGBT. 通过改变电力晶体管基极控制电压地占空比，而达到调速地目地.其控制电路如图4.1 所示 .图 4.1 PWM 控制电路SG3525芯片地主要特点SG3525 是一种性能优良、功能齐全和通用性强地单片集成PWM 控制芯片，它简单可靠及精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 41 页使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM 锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比. SG3525 为美国 Silicon General 公司生产地专用PWM 控制集成电路，如图4.2 所示 .图 4.2 SG3525 芯片地内部结构它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等.调节 Ur 地大小，在A、B 两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180 度、占空比可调地矩形波（即PWM 信号） .它适用于各开关电源、斩波器地控制.输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%可调 .每一通道地驱动电流最大值可达200mA, 灌拉电流峰值可达500mA.可直接驱动功率MOS 管，工作频率高达400KHz ，具有欠压锁定、过压保护和软启动振荡器外部同步、死区时间可调、PWM 琐存、禁止多脉冲、逐个脉冲关断等功能.该电路由基准电压源、震荡器、误差放大器、PWM 比较器与锁存器、分相器、欠压锁定输出驱动级，软启动及关断电路等组成，可正常工作地温度范围是 0-700C.基准电压为5.1 V 士 1%，工作电压范围很宽，为8V 到 35V.4.2 SG3525 引脚各端子功能 SG3525 采用 16 端双列直插DIP 封装，各端子功能介绍如下:1 脚 :INV. INPUT( 反相输入端):误差放大器地反相输入端，该误差放大器地增益标称值为80db，其大小由反馈或输出负载来决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件地组合.该误差放大器共模输入电压范围是1. 5V-5. 2V.此端通常接到与电源输出电压相连接地电阻分压器上.负反馈控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较.2 脚:NI. INPUT (同相输入端 ):此端通常接到基准电压16 脚地分压电阻上，取得2. 5V 地基准比较电压与INV . INPUT 端地取样电压相比较.3 脚 :SYNC( 同步端 ):为外同步用 .需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自地震荡频率，可以分别他们地4 脚和 3 脚相连，这时所有芯片地工作频率以最快地芯片工作频率同步.也精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 41 页可以使单个芯片以外部时钟频率工作.4 脚 :OSC. OUTPUT( 同步输出端 ):同步脉冲输出.作为多个芯片同步工作时使用.但几个芯片地工作频率不能相差太大，同步脉冲频率应比震荡频率低一些.如不需多个芯片同步工作时， 3脚和 4 脚悬空 .4 脚输出频率为输出脉冲频率地2 倍.输出锯齿波电压范围为0. 6V 到 3. 5V.5 脚:Cr(震荡电容端 ):震荡电容一端接至5 脚，另一端直接接至地端.其取值范围为0.001,u F到 0. 1 u F.正常工作时，在Cr 两端可以得到一个从0.6V 到 3. 5V 变化地锯齿波.6 脚:Rr(震荡电阻端 ):震荡电阻一端接至6 脚，另一端直接接至地端.Rr 地阻值决定了内部恒流值对 Cr 充电 .其取值范围为2K 欧到 150K 欧 Rr 和 Cr 越大充电时间越长，反之则充电时间短 .7 脚:DISCHATGE RD( 放电端 ):Cr 地放电由5. 7 两端地死区电阻决定.把充电和放电回路分开，有利与通过死区电阻来调节死区时间，使死区时间调节范围更宽.其取值范围为0 欧到500欧.放电电阻RD 和 CT 越大放电时间越长，反之则放电时间短.8 脚:SOFTSTATR( 软启动 ):比较器地反相端即软启动器控制端8,端 8 可外接软启动电容，该电容由内部Vf 地 50uA 恒流源充电 .9 脚:COMPENSATION( 补偿端 ):在误差放大器输出端9脚与误差放大器反相输入端1 脚间接电阻与电容，构成PI 调节器，补偿系统地幅频、相频响应特性.补偿端工作电压范围为1. 5V 到 5. 2V.10 脚:SHUTDOWN( 关断端 ):10 端为 PWM 锁存器地一个输入端，一般在10 端接入过流检测信号 .过流检测信号维持时间长时，软起动端8 接地电容C:将被放电 .电路正常工作时，该端呈高电平，其电位高于锯齿波地峰值电位(3. 30.在电路异常时，只要脚10 电压大于0. 7V，三极管导通，反相端地电压将低于锯齿波地谷底电压(0.9V) ，使得输出PWM 信号关闭，起到保护作用.11 脚:OUTPUT A,14 脚: OUTPUT B(脉冲输出端 ):输出末级采用推挽输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快.11 脚和 14 脚相位相差1800，拉电流和灌电流峰值达200mA.由于存在开闭滞后，使输出和吸收之间出现重迭导通.在重迭处有一个电流尖脉冲，起持续时间约为 l00ns.可以在 V 处接一个约0. luf 地电容滤去电压尖峰.12 脚:GROUND( 接地端 ):该芯片上地所有电压都是相对于GROUND 而言，即是功率地也是信号地 .在实验电路中，由于接入误差放大器反向输入端地反馈电压也是相对与12 脚而言，所以主回路和控制回路地接地端应相连.13 脚:VC( 推挽输出电路电压输入端):作为推挽输出级地电压源，提高输出级输出功率.可以和 15 脚共用一个电源，也可用更高电压地电源.电压范围是1. 8V-3. 4V.15 脚:+VIN( 芯片电源端 ):直流电源从15 脚引入分为两路:一路作为内部逻辑和模拟电路地工作电压。另一路送到基准电压稳压器地输入端，产生5.1 士 1%V 地内部基准电压.如果该脚电压低于门限电压(Turn-off: 8V) ，该芯片内部电路锁定，停止工作 基准源及必要电路除外)使之消耗地电流降至很小(约 2mA). 另外，该脚电压最大不能超过35V.使用中应该用电容直接旁路到 GROUND 端.16 脚:VREF( 基准电压端 ):基准电压端16 脚地电压由内部控制在5. 1 V 土 1%.可以分压后作精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结