2022年直流电机的直流斩波调速.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的掌握性能等特点成为大多数变速运动掌握和闭环位置伺服掌握系统的最正确挑选;特殊随着电脑在掌握领域和高开关频率、全控型其次代电力半导体器件的进展,以及脉宽调制 PWM直流调速技术的应用,直流电机得到广泛应用; 直流电动机转速的掌握方法可分励磁掌握法与电枢电压掌握法 两类;励磁掌握法掌握磁通,其掌握功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时 受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差;所以常用的掌握方法是转变电枢端电压调速的电枢电压掌握法,调剂电阻 R 即可转变端 电
2、压,到达调速目的;这种传统的调压调速方法效率低;目前 , 市场上用的最多的 IGBT直流斩波器 , 它是属于全控型斩波器, 它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT,由门极电压掌握,从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点;该斩波器既能为煤矿窄轨电机车配套的调速装置,针对不同的负载对象,做一些少量的改动又可用于其它要求供电电压可调的直流负载上;与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比,具有明显的优点;关键字:直流电动机、调速、直流斩波名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录第 一 章 系 统 工 作
3、原 理 1 结构与调速原理 速方案挑选 调速电路方案 掌握方案挑选 1 1 2 2 第 二 章 主 电 路 的 设 计 与 分 析 3 主电路的各个部分电路 3 3 4 5 7 8 9 9 9 9 整流电路 斩波调速电路 爱护电路设计 电路参数及选型 第三章掌握电路的设计与分析 3. 触发电路的设计与分析 3.2 脉宽调制 PWM掌握的设计与分析 欠压锁定功能 系统的故障关闭功能 软 起 动 功 能 9 名师归纳总结 波形的产生及掌握方式分析 10 延时、驱动电路的设计 10 3.4ASR 和 ACR调剂器设计 11 SR速度调剂器 11 CR电流调剂器 12 第四章总电路图 14 总结 15
4、 致谢 16 参考文献 17 第 2 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电机的直流斩波调速第一章 系统工作原理 直流电机斩波调速掌握系统的原理框图如图 1.1 所示:图 1.1 原理框图 1.1 结构与调速原理 直流电机由定子和转子两部分组成,其间有肯定的气隙;其构造的主要特点 是具有一个带换向器的电枢;直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后 端盖和刷架等部件组成;其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件,由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成;直流电机的转子就由电枢、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
5、电枢绕组两部分组成;电 枢铁心由硅钢片叠成,在其外圆处匀称分布着齿槽,电枢绕组就嵌置于这些槽中;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;各换向片间相互绝缘;换向器质量对运行牢靠性有很大影响;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的目的,利用沟通电相位推迟肯定时间发出触发信号使可控硅导通即为斩波,斩波后的沟通电经电机滤波后其平均电压随斩波相位变化而变化;为了到达掌握直流电机目的,在掌握回路加入了速度、电压、电流反馈环路和PID 调剂器来防止电机由于负载变化而引起的波动和对电机速度、电压、电流超常爱护;1.2 调速方案挑选随着电力电子技术
6、的进步, 进展了很多新的电枢电压掌握方法,其中 PWM脉宽调制 是常用的一种调速方法; 其基本原理是用转变电机电枢 1 定子 电压的接通和断开的时间名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电机的直流斩波调速比 占空比 来掌握马达的速度,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;只要依据肯定的规律转变通、断电的时间,即可使电机的速度到达并保持一稳固值;最近几年来,随着微电子技术和电脑技术的进展及单片机的广泛应用,使调速装置向集成化、小型化和智能化方向进展;1.3 调速电路方案 本电机调速系统
7、采纳脉宽调制方式 , 与晶闸管调速相比技术先进 , 可削减对电源的污染;为使整个系统能正常安全地运行 , 设计了过流、过载、过压、欠压爱护电路 , 另 外仍有过压吸取电路;确保了系统牢靠运行;1.4掌握方案挑选随着电力电直流电动机转速的掌握方法可分为励磁掌握法与电枢电压掌握法两类;子技术的进步 , 进展了很多新的电枢电压掌握方法;如: 由沟通电源供电 , 使用晶闸管进行相控调压 ; 使用硅整流器将沟通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 , 具有以下优点 : 需用的大功率可控器件少 , 线路简洁 ; 调速范畴宽
8、; 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;电机掌握系统;2 本系统是基于 PWM 掌握的直流名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电机的直流斩波调速其次章 主电路的设计与分析2.1 主电路的各个部分电路主电路主要环节是:整流电路、斩波电路及爱护电路;图 2.1 调速系统直流脉宽调速系统的组成如图2.1 所示,由主电路、掌握及爱护电路、信号检测电路三大部分组成;二极管整流桥把输入的沟通电变为直流电,电阻 R1为起动限流电阻,C1为滤波电容;可逆 PWM变换器主电路系采
9、纳 MOSFET所构成的 H型结构形式,它是由 四个功率 IGBT 管VT1、VT2、VT3、VT4和四个续流二极管 VD1、VD2、VD3、VD4组成的双极式 PWM可逆变换器,依据脉冲占空比的不同,在直流电机 M上可得到正或负 的直流电压;2 整流电路晶体二极管桥式整流电路是使用最多的一种整流电路;这种电路,只要增加两只二 极管口连接成 桥式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在肯定程度上克服了它 的缺点;3 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电机的直流斩波调速图 2.2 整流电路桥式整流电路的工作原理如
10、下: e2 为正半周时, 对 D1 、D3 和方向电压, Dl,D3 导通;对 D2 、D4 加反向电压, D2 、D4 截止;电路中构成e2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路,在 Rfz ,上形成上正下负的半波整洗电压,e2 为负半周时,对 D2 、D4 加正向电压,D2 、D4 导通;对 D1 、D3 加反向电压, D1 、D3 截止;电路中构成 e2 、D2 Rfz 、D4 通电回路,同样在 Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压;如此重复下去,结果在 R ,上便得到全波整流电压; 其波形图和全波整流波形图是一样的;从图 2.2 中仍不难看出,桥式电路中每只二极管承担的反向电压等于变
11、压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半!2 斩波调速电路直流电动机往往需要正、反向运行,而且有电动和制开工作状态,这就需要四象限斩波变换电路为电动机供电;图 2.3 给出了四象限斩波调速主电路原理图;T1T4组成了全桥电路,又称 H 桥型电路; TA1 检测母线的电流大小和方向,TA2检测电动机的电流大小和方向;电容 C 用来减小开关过程引起的电压波纹压敏电阻 Rv 用来抑制电压尖峰;电机的工作状态同供电方式和负载有关;4 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电机的直流斩波调速TA1UdC RvT1D1T3D
12、3TA2MT2D2T4D4斩波调速主电路原理图 图 2.3 斩波调速电路电机正向电动状态运行时,变换器工作在第一象限,使T4 导通, T2、T3 关断,根据转速要求对 T1 进行 PWM调制,此时变换器等效一个降压斩波电路,能量由直流电源 供向负载;假如期望电机运行于正想制动状态,可使T4 导通, T1、T3 关断,变换器等效一个升压斩波电路;调控T2电动机的反电动势升压变换得到一个略大于Ud的电压,使得电动机输出电流反向,电磁转矩反向,直流电动机运行在发电制动状态,电动机的能量就 回馈到电网,转速下降;同理,T2 导通,T1、T4 关断,调控 T3,电动机可以运行在反向电动状态;T2 导通,
13、T1、T3 关断,调控 T4,电动机可以运行在反向制动状态;2 爱护电路设计 斩波器的散热设计:热管散热技术是当今国际较流行的散热方式,国内近年来进展较快,被人们称之为热的“ 超导体” ,已广泛用于车辆电传动系统,热管的主要特点:高效的导热性,高度 的等温性,热流密度变换才能强,结构多样敏捷、重量轻;由于 IGBT 模块的开关频率高,开关损耗大,特殊是对大功率IGBT 模块,一般一般型材散热器难以满意要求;热管散热器特殊适合于这种安装底板绝缘的大功率 IGBT 模块散热;目前适合于大功率IGBT模块的热管散热器的热阻可以到达额定标准以下;过电流爱护电路:过电流爱护采纳的是在主电路中串联一个1的
14、电阻,在其两端并联电磁继电器的线圈;过流爱护信号取自电阻两端的电压,当主电路的电流高于肯定数值时,电磁继电器的开关闭合, 接通低电平, 该过电流信号仍送到 SG3525的脚 10;在 SG3525内部由于 T3 基极与 A 端线相连, A端线由低电压上升为规律高电平,经过 SG3525A的 13 脚输出为高电平,功率驱动电路输出至功率场效应管的掌握脉冲消逝;在电路中,过流保护环节仍输出一个信号到与门的输入端,当显现过流信号时,检测环节输出一低电平信号到与门的输入端,使脉冲消逝,与 IGBT的爱护设计:SG3525的故障关闭功能一起构成双重爱护;在斩波电路中对斩波器的爱护,实际上就是对 IGBT
15、 的爱护;所以重要的是怎么设5 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电机的直流斩波调速计好对开关管 IGBT的爱护方案;在设计对 和开关过程中的过电压爱护;IGBT的过电流爱护IGBT的爱护系统中,主要是针对过电流爱护IGBT 的过流爱护电路可分为 2 类:一类是低倍数的 1.2 1.5 倍的过载爱护;一类是高倍数可达 810 倍的短路爱护;对于过载爱护不必快速响应,可采纳集中式爱护,即检测输入端或直流环节的总电流,当此电流超过设定值后比较器翻转,封锁全部 IGBT 驱动器的输入脉冲,使输出电流降为零;这种过载电
16、流爱护,一旦动作后,要通过复位才能复原正常工作; IGBT 能承担很短时间的短路电流,能承担短路电流的时间与该 IGBT的导通饱和压降有关,随着饱和导通压降的增加而延长;如饱和压降小于2V 的 IGBT答应承担的短路时间小于 5 s,而饱和压降 3V的 IGBT答应承担的短路时间可达 15 s,45V时可达30 s 以上;存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低,IGBT的阻抗也降低,短路电流同时增大,短路时的功耗随着电流的平方加大,造成承担短路的时间快速减小;通常实行的爱护措施有软关断和降栅压2 种;软关断指在过流和短路时,直接关断IGBT;但是,软关断抗扰乱才能差,一旦检测到过流信号就关断
17、,很简洁发生误动作;为增加爱护电路的抗扰乱才能,可在故障信号与启动爱护电路之间加一延时,不过故障电流会在这个延时内急剧上升, 大大增加了功率损耗, 同时仍会导致器件的di/dt增大;所以往往是爱护电路启动了,器件仍旧坏了;降栅压旨在检测到器件过流时,立刻降低栅压,但器件仍维护导通;降栅压后设有固定延时,故障电流在这一延时期内被限制在一较小值,就降低了故障时器件的功耗,延长了器件抗短路的时间,而且能够降低器件关断时的di/dt ,对器件爱护非常有利;假设延时后故障信号依旧存在,就关断器件,假设故障信号消逝,驱动电路可自动复原 正常的工作状态,因而大大增强了抗扰乱才能;IGBT开关过程中的过电压爱
18、护 关断 IGBT 时,它的集电极电流的下降率较高,特殊是在短路故障的情形下,如不实行软关断措施, 它的临界电流下降率将到达数kA/ s;极高的电流下降率将会在主电路的分布电感上感应出较高的过电压,导致 IGBT 关断时将会使其电流电压的运行轨迹 超出它的安全工作区而损坏;所以从关断的角度考虑,期望主电路的电感和电流下降率越小越好;但对于 IGBT 的开通来说,集电极电路的电感有利于抑制续流二极管的反向 复原电流和电容器充放电造成的峰值电流,能减小开通损耗,承担较高的开通电流上升率;一般情形下 IGBT 开关电路的集电极不需要串联电感,其开通损耗可以通过改善栅 极驱动条件来加以掌握;2.2 电
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- 2022 直流电机 直流 调速
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