情境三：SG3525控制的直流脉宽调速控制系统(精品)

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,情境三：,SG3525,控制的直流脉宽调速控制系统,任务,1,直流脉宽调速控制系统,1.1,概述,1.1.1,脉宽调制原理,脉宽调制,脉宽调制,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滑调节。,PWM,（,Pulse Width Modulation,）由,GTO,、,GTR,、,IGBT,、,P-MOSFET,等全控型器件组成的脉冲宽度调制器。,与,V-M,系统相比，,PWM-M,的优越性：,(1),主电路线路简单，需用的功率元件少；,(2),开关频率高，电流易连续，谐波少，电机损耗和发热较小；,(3),低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；,(4),系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；,(5),主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；,(6),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,t,on,，这期间电源电压全部加到电枢上，然后关断,t,off,，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,PWM,变换器,无制动作用的,PWM,变换器,电路组成,如图所示为变换器的主电路原理图。采用全控型的,GTR,代替半控型的晶闸管，电源电压,U,s,为不可控整流电源，采用大电容,C,滤波，,VD,在,VT,关断时为电枢提供续流回路。,工作原理,VT,的基极由脉宽可调的电压,U,b,驱动。在一个周期内，当,0,tt,0n,时，,U,b,为正，,VT,饱和导通，,U,s,通过,VT,加到电枢端。,t,0n,tT,时，,U,b,为负，,VT,截止，电枢失去电源，经,VD,续流。电机得到的平均端电压为：,(a),原理图,(b),电压和电流波形,有制动作用的,PWM,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,VT1,和,VT2,的驱动电压,U,b1,=-U,b2,，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。,在,0,t,to,n,期间，,U,b1,为正，,VT1,饱和导通；,U,b2,为负，,VT2,截止。,U,s,加到电枢两端，电流,i,d,沿图中的回路,1,流通。有,在,to,n,t,T,期间，,U,b1,和,U,b2,都变极性，,VT1,截止，但,VT2,却不能导通，因,i,d,沿回路,2,经,VD2,续流，在,VD2,两端产生的压降给,VT2,施加了反压。实际上是,VT1,、,VD2,交替导通，而,VT2,始终不通，其电压和电流波形如图（,b,）所示。此时，有,(a),原理图,(b),电压和电流波形,1.1.3,可逆,PWM,变换器,其主电路结构有,H,型，,T,型等，常用,H,型变换器，它由,4,个电力晶体管和,4,个续流二极管组成桥式电路。在控制方式上分双极式、单极式和受限单极式三种。着重分析双极式,H,型,PWM,变换器，然后再简要说明其它方式的特点。,（,1,）双极式可逆,PWM,变换器,构成特点,4,个,VT,的基极驱动分两组。,VTl,和,VT4,同时导通和关断，驱动电压,U,b1,=U,b4,；,VT2,和,VT3,同时动作，驱动电压,U,b2,=U,b3,=-U,b1,。波形如下图所示,:,双极式可逆,PWM,变换器图,工作原理,a,、当,0,t,to,n,时，,U,b1,和,U,b4,为正，晶体管,VT1,和,VT4,饱和导通，而,U,b2,和,U,b3,为负，,VT2,和,VT3,截止。这时,+Us,加在电枢,AB,两端，,U,AB,=U,S,，电枢电流,i,d,沿回路,1,流通。,b,、当,to,n,t,T,时，,U,b1,和,U,b4,变负，,VT1,和,VT4,截止；,U,b2,、,U,b3,变正，但,VT2,、,VT3,并不能立即导通，因在电枢电感释放储能的作用下，,i,d,沿回路,2,经,VD2,，,VD3,续流，,VD2,、,VD3,上的压降使,VT2,和,VT3,的,c-e,端承受反压，这时,U,AB,=-U,S,。,U,AB,在一个周期内正负相间，双极式,PWM,变换器的特征，其电压、电流波形示如下图所示,:,可逆,PWM,变换器波形图,（,2,）单极式可逆,PWM,变换器,为克服双极式变换器的缺点，可采用单极式,PWM,变换器。其电路和双极式同，不同之处在于驱动脉冲信号。,在单极式,PWM,中，左边两个管子的驱动脉冲,U,b1,=-U,b2,，有和双极式一样的正负交替脉冲，使,VT1,和,VT2,交替导通。右边两管,VT3,和,VT4,的驱动信号则不同，改成因电机的转向而施加不同的直流控制信号。,当电机正转时，使,U,b3,恒为负，,U,b4,恒为正，则,VT3,截止而,VT4,常通。电机反转时，则,U,b3,恒为正而,U,b4,恒为负，使,VT3,常通而,VT4,截止。,负载较重时各管的开关情况和电枢电压的状况列于表,3-1,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,1.2.1,脉宽调制器,脉宽调制器是一个电压,-,脉冲变换装置，由,ACR,的输出电压,U,c,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：,（,1,）用锯齿波作调制信号的脉宽调制器；,（,2,）用三角波作调制信号的脉宽调制器；,（,3,）用多谐振荡器和单稳态触发器组成的脉宽调制器；,（,4,）数字式脉宽调制器。,1.2.2,集成,PWM,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。,