直流脉宽调至系统主电路和稳压电源课程设计_(编辑修改稿)

直流脉宽调至系统主电路和稳压电源课程设计_(编辑修改稿)内容摘要：

也不能导通，电流沿回路 4流通，电动机工作在制动状态。 有关参量的波 形示于图 双极式可逆 PWM 变换器与具有制动作用的不可逆 PWM 变换器的电流波形差不多，主沈阳理工大学课程设计 7 要区别在于电压波形；前者，无论负载是轻还是重，加在电动机电枢两端的电压都在 5U和 5U 之间变换；后者的电压只在 5U 和 0之间变换。 这里并未反映出 “ 可逆 ” 的作用。 实现电动机制可逆运行，由正、负驱动电压的脉冲宽窄而定。 如果正、负脉冲宽度相等，2/Tton ，平均电压为零 ，电动机停止运转。 因为双极式可逆 PWM 变换器电动机电枢两端的平均电压为 555 )12(])([1 UTtUtTUtTU ononond  若仍以 5/UUd 来定义 PWM 电压的占空比，则双极式 PWM 变换器的电压占空比为125  TtUU ond。 改变  即可调速，  的变化范围为 11  。  为正值，电动机正转；  为负值，电动机反转； 0 ，电动机停止运转。 在 0 时，电动机虽然不动，但电枢两端的瞬时电压和流过电枢的瞬时电流都不为零，而是交变的。 这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增加了电动机的损耗，当然是不利的。 由于本次设计要求电机能实现启动、制动、正反转，并且能进行无极调速等。 又根据 双极式 H型 可逆 PWM 变换器 具有 的优点：电流一定连续，可以使电动机实现四象限动行；电动机停止时的微 振交变电流可以消除静摩擦死区；低速时由于每个电力电子器件的驱动脉冲仍较宽而有利于折可靠导通；低速平稳性好，可达到很宽的调速范围。 所以，本次设计我们选择 双极式 H型 可逆 PWM 变换器。 主电路如图 所示。 图 H 桥主电路 沈阳理工大学课程设计 8 泵升电路 当脉宽调速系统的电动机转速由高变低时（减速或者停车），储存在电动机和负载转动部分的动能将变成电能，并通过 PWM 变换器回馈给直流电源。 当直流电源功率二极管整流器供电时，不能将这部分能量回馈给电网，只能对整流器输出端的滤波电容器充电而使电源电压升高，称作 “ 泵升 电压 ”。 过高的泵升电压会损坏元器件，因此必须采取预防措施，防止过高的泵升电压出现。 可以采用由分流电阻 R 和开关元件（电力电子器件） VT 组成的泵升电压限制电路，如图 所示。 图 泵升电压限制电路 当滤波电容器 C 两端的电压超过规定的泵升电压允许数值时， VT 导通，将回馈能量的一部分消耗在分流电阻 R上。 这种办法简单实用，但能量有损失，且会使分流电阻 R发热。 参数设计 IGBT 管的参数 IGBT（ Insulated Gate Bipolor Transistor）叫做绝缘栅极双极 晶体管。 这种器件具有 MOS 门极的高速开关性能和双极动作的高耐压、大电流容量的两种特点。 其开关速度可达 1mS，额定电流密度 100A/cm2， 电压驱动，自身损耗小。 其符号和波形图如图 所示。 设计中选的 IGBT 管的型号是 IRGPC50U,它的参数如下： 沈阳理工大学课程设计 9 管子类型： NMOS 场效应管 极限电压 Vm： 600V 极限电流 Im： 27 A 耗散功率 P： 200 W 额定电压 U： 220V 额定电流 I： 图 IGBT 信号及波形图 缓冲电路参数 如图 (b)所示， H 桥电路中采用了缓冲电路，由电阻和电容组成。 IGBT 的缓冲电路功能侧重于开关过程中过电压的吸收与抑制，这是由于 IGBT 的工作频率可以高达3050kHz；因此很小的电路电感就可能引起颇大的 dtdiL c ，从而产生过电压，危及 IGBT的安全。 逆变器中 IGBT 开通时出现尖峰电流，其原因是由于在刚导 通的 IGBT 负载电流上叠加了桥臂中互补管上反并联的续流二极管的反向恢复电流，所以在此二极管恢复阻断前，刚导通的 IGBT 上形成逆变桥臂的瞬时贯穿短路，使 ci 出现尖峰，为此需要串入抑流电感，即串联缓冲电路，或放大 IGBT 的容量。 缓冲电路参数：经实验得出缓冲电路电阻 R=10K ；电容 。 沈阳理工大学课程设计 10 泵升电路参数 如图 所示，泵升电路由一个电容量大的电解 电容、一个电阻和一个 VT 组成。 泵升电路中电解电容选取 C=20xx F ；电压 U=450V； VT 选取 IRGPC50U 型号的 IGBT 管；电阻选取 R=20。 3 直流脉宽调速系统稳压电源设计 直流脉宽原理 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 1 所示 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ （ a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （ b）整流与稳压过程 图 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 单相半波整流电路 单相半波 整流 简单 ， 使用器件少 ， 它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的沈阳理工大学课程设计 11 半波或者只要下面的半波。 但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且 整流电压的脉动较大 ， 无滤波电路时，整流电压的直流分量较小， Vo=， 变压器的利用率低。 单相全波整流电路 使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。 无滤波电路时的输出电压 Vo=，变压器的利 用率比半波整流时高。 变压器二次绕组需中心抽头。 整流器件所承受的反向电压较高。 单相桥式整流电路 使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。 方案的优缺点 单元电路设计与参数计算 整流电路采用桥式整流电路，电路如图 2所示。 在 u2 的正半周内，二极管 D D2导通， D D4 截止； u2 的负半周内， D D4 导通， D D2 截止。 正负半周内部都有电流流过的负载电阻 RL，且方向是一致的。 电路的输出波形 如图 所示。 图 电路的输出波形 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。 电路中的每只二极管承受的最大反121 of II t0  2 3 422Ut0  2 3 4ou22U图 a 整流电路 图 b 输出波形图 沈阳理工大学课程设计 12 向电压为 22U (U2 是变压器副边电压有效值 )。 在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。 选择电容滤波电路后，直流输出电压： Uo1=(～ )U2，直流输出的接口输出 电流： （ I2是变压器副边电流的有效值。 ），稳压电路可选集成三端稳压器电路。