情境三：SG3525控制的直流脉宽调速控制系统(精品).ppt

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1、情境三：情境三：SG3525SG3525控制的直流脉宽控制的直流脉宽调速控制系统调速控制系统 任务1直流脉宽调速控制系统 1.1概述 1.1.11.1.1脉宽调制原理脉宽调制原理 脉宽调制脉宽调制脉宽调制脉宽调制将恒定的直流电压调制成极性可变、大将恒定的直流电压调制成极性可变、大小可调的脉冲电压，实现直流电机电枢端电压的平小可调的脉冲电压，实现直流电机电枢端电压的平滑调节。滑调节。PWM PWM（Pulse Width Modulation Pulse Width Modulation）由）由GTOGTO、GTRGTR、IGBT IGBT、P-MOSFETP-MOSFET等全控型器件组成的脉冲

2、宽度调等全控型器件组成的脉冲宽度调制器。制器。与与V-MV-M系统相比，系统相比，PWM-MPWM-M的优越性：的优越性：(1)(1)主电路线路简单，需用的功率元件少；主电路线路简单，需用的功率元件少；(2)(2)开关频率高，电流易连续，谐波少，电机损耗和开关频率高，电流易连续，谐波少，电机损耗和发热较小；发热较小；(3)(3)低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；(4)(4)系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；(5)(5)主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；效率较高

3、；(6)(6)直流电源采用不可控三相整流时，功率因数高。直流电源采用不可控三相整流时，功率因数高。脉宽调制原理脉宽调制原理 脉冲宽度调制（PWM）是通过功率管的开关作用，将恒定直流电压转换成频率一定，宽度可调的方波脉冲电压，通过调节脉冲电压的宽度而改变输出电压平均值的一种功率变换技术。由脉宽调制器向电机供电的系统称为脉宽调速系统，简称PWM-M调速系统。(a)系统原理图 (b)输出电压波形假定VT先导通ton，这期间电源电压全部加到电枢上，然后关断toff，电枢失去电源，经VD续流。如此周而复始，则电枢端电压波形如图(b)所示。1.1.2不可逆不可逆PWM变换器变换器 无制动作用的PWM变换器

4、 电路组成电路组成 如图所示为变换器的主电路原理图。采用全控如图所示为变换器的主电路原理图。采用全控型的型的GTRGTR代替半控型的晶闸管，电源电压代替半控型的晶闸管，电源电压U Us s为不为不可控整流电源，采用大电容可控整流电源，采用大电容C C滤波，滤波，VDVD在在VTVT关断关断时为电枢提供续流回路。时为电枢提供续流回路。工作原理工作原理 VTVT的基极由脉宽可调的电压的基极由脉宽可调的电压U Ub b驱动。在一个驱动。在一个周期内，当周期内，当00tttt0n0n时，时，U Ub b为正，为正，VTVT饱和导通，饱和导通，U Us s通过通过VTVT加到电枢端。加到电枢端。t t0

5、n0ntTtT时，时，U Ub b为负，为负，VTVT截止，电枢失去电源，经截止，电枢失去电源，经VDVD续流。电机得到的平续流。电机得到的平均端电压为：均端电压为：(a)原理图 (b)电压和电流波形有制动作用的有制动作用的PWMPWM变换器变换器 电路组成 不可逆电路不能产生制动。需制动时须有反向电流-id的通路，应设置控制反向的第二个电力晶体管，形成VT1和VT2交替开关的电路，如图（a）所示。电路由VT1和VT2，VD1和VD2组成。VT1是主管，起控制作用；VT2是辅助管，构成电机的制动电路。工作原理 VT1VT1和和VT2VT2的驱动电压的驱动电压U Ub1b1=-U=-Ub2b2，

6、电动运行时，正脉冲比，电动运行时，正脉冲比负脉冲宽，平均电流为正值，一个周期内分两段变化。负脉冲宽，平均电流为正值，一个周期内分两段变化。在在00t t to ton n期间，期间，U Ub1 b1 为正，为正，VT1VT1饱和导通；饱和导通；U Ub2b2为负，为负，VT2VT2截止。截止。U Us s加到电枢两端，电流加到电枢两端，电流i id d 沿图中的回路沿图中的回路1 1流通。有流通。有 在在to ton nttT T 期间，期间，U Ub1b1和和U Ub2b2都变极性，都变极性，VT1VT1截止，但截止，但VT2VT2却不能导通，因却不能导通，因i id d沿回路沿回路2 2经

7、经VD2VD2续流，在续流，在VD2VD2两端产生的两端产生的压降给压降给VT2VT2施加了反压。实际上是施加了反压。实际上是VT1VT1、VD2VD2交替导通，交替导通，而而VT2VT2始终不通，其电压和电流波形如图（始终不通，其电压和电流波形如图（b b）所示。此时，）所示。此时，有有 (a)原理图 (b)电压和电流波形1.1.3可逆可逆PWM变换器变换器n n其主电路结构有其主电路结构有H H型，型，T T型等，常用型等，常用H H型变换器，型变换器，它由它由4 4个电力晶体管和个电力晶体管和4 4个续流二极管组成桥式电个续流二极管组成桥式电路。在控制方式上分双极式、单极式和受限单极路。

8、在控制方式上分双极式、单极式和受限单极式三种。着重分析双极式式三种。着重分析双极式H H型型PWMPWM变换器，然后变换器，然后再简要说明其它方式的特点。再简要说明其它方式的特点。n n（1 1）双极式可逆）双极式可逆PWMPWM变换器变换器 n n构成特点构成特点n n4 4个个VTVT的基极驱动分两组。的基极驱动分两组。VTlVTl和和VT4VT4同时导通和同时导通和关断，驱动电压关断，驱动电压U Ub1b1=U=Ub4b4；VT2VT2和和VT3VT3同时动作，同时动作，驱动电压驱动电压U U b2b2=U=Ub3b3=-U=-Ub1b1。波形如下图所示。波形如下图所示:双极式可逆双极式

9、可逆双极式可逆双极式可逆PWMPWM变换器图变换器图变换器图变换器图 n n工作原理n na a、当、当00t t to ton n时，时，U Ub1b1和和U Ub4b4为正，晶体管为正，晶体管VT1VT1和和VT4VT4饱和导通，而饱和导通，而U Ub2b2和和U Ub3b3为负，为负，VT2VT2和和VT3VT3截止。截止。这时这时+Us+Us加在电枢加在电枢ABAB两端，两端，U UABAB=U=US S，电枢电流，电枢电流i id d沿回路沿回路1 1流通。流通。n nb b、当、当to tonnt t T T 时，时，U Ub1b1和和U Ub4b4变负，变负，VT1VT1和和VT

10、4VT4截截止；止；U Ub2b2、U Ub3b3变正，但变正，但VT2VT2、VT3VT3并不能立即导并不能立即导通，因在电枢电感释放储能的作用下，通，因在电枢电感释放储能的作用下，i id d沿回路沿回路2 2经经VD2VD2，VD3VD3续流，续流，VD2VD2、VD3VD3上的压降使上的压降使VT2VT2和和VT3VT3的的 c-ec-e端承受反压，这时端承受反压，这时U UABAB=-U=-US S。U UABAB在一在一个周期内正负相间，双极式个周期内正负相间，双极式PWMPWM变换器的特征，变换器的特征，其电压、电流波形示如下图所示其电压、电流波形示如下图所示:可逆可逆PWM变换

11、器波形图变换器波形图 n n（2 2）单极式可逆）单极式可逆PWMPWM变换器变换器 为克服双极式变换器的缺点，可采用单极式为克服双极式变换器的缺点，可采用单极式PWMPWM变换器。其电路和双极式同，不同之处在于变换器。其电路和双极式同，不同之处在于驱动脉冲信号。驱动脉冲信号。在单极式在单极式PWMPWM中，左边两个管子的驱动脉冲中，左边两个管子的驱动脉冲U Ub1b1=-U=-Ub2b2，有和双极式一样的正负交替脉冲，使，有和双极式一样的正负交替脉冲，使VT1VT1和和VT2VT2交替导通。右边两管交替导通。右边两管VT3VT3和和VT4VT4的驱动的驱动信号则不同，改成因电机的转向而施加不

12、同的直信号则不同，改成因电机的转向而施加不同的直流控制信号。流控制信号。当电机正转时，使当电机正转时，使U Ub3b3恒为负，恒为负，U Ub4b4恒为正，恒为正，则则VT3VT3截止而截止而VT4VT4常通。电机反转时，则常通。电机反转时，则U Ub3b3恒为恒为正而正而U Ub4b4恒为负，使恒为负，使VT3VT3常通而常通而VT4VT4截止。截止。负载较重时各管的开关情况和电枢电压的状负载较重时各管的开关情况和电枢电压的状况列于表况列于表3-13-1中，同时列出双极式变换器的情况以中，同时列出双极式变换器的情况以资比较。负载较轻时，电流在一个周期内也会来资比较。负载较轻时，电流在一个周期

13、内也会来回变向，各管导通和截止的变化还要多些。回变向，各管导通和截止的变化还要多些。1.2PWM调速系统的控制电路 1.2.11.2.1脉宽调制器脉宽调制器 脉宽调制器是一个电压脉宽调制器是一个电压-脉冲变换装置，由脉冲变换装置，由ACRACR的输出电压的输出电压U Uc c控制，将输入的直流控制信号转换控制，将输入的直流控制信号转换成与之成比例的方波脉冲电压信号，对电力晶体成与之成比例的方波脉冲电压信号，对电力晶体管进行控制，从而得到希望的方波输出电压。常管进行控制，从而得到希望的方波输出电压。常用的脉宽调制器有下列几种：用的脉宽调制器有下列几种：（1 1）用锯齿波作调制信号的脉宽调制器；）用锯齿波作调制信号的脉宽调制器；（2 2）用三角波作调制信号的脉宽调制器；）用三角波作调制信号的脉宽调制器；（3 3）用多谐振荡器和单稳态触发器组成的脉宽调）用多谐振荡器和单稳态触发器组成的脉宽调制器；制器；（4 4）数字式脉宽调制器。）数字式脉宽调制器。1.2.2集成集成PWM控制器控制器 开环直流脉宽（PWM）可逆调速系统由PWM控制电路及PWM主电路两块线路板组成，每块线路板包含的环节参见框图。