某轧机直流电动机晶闸管调速系统设计(编辑修改稿)

某轧机直流电动机晶闸管调速系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

3 截止， V4 从电源十 15V 经 RR4 取得基极电流才能导通。 电容 C1 接在 V5 的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。 在 V4 导通时， C1 经 V VD3 迅速放电。 当 V4 截止时，电流经 (+15V－ R6－ C1－ R22－ RP1－ (－ 15V))对 C1 充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过 R2 22 RP1 的充电电流和电容 C1 的大小。 根据 V4 导通的情况可知，在同步电压正、负半周均有相同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。 V6 及外接元件组成移相环节。 锯齿波电压 uC偏移电压 Ub、移相控制电压 UC 分别经 R2 R2 R26 在 V6 基极上叠加。 当 ube6+时， V6 导通。 设 uC Ub 为定值，改变 UC，则改变了 V6 导通的时刻，从而调 节脉冲的相位。 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 R VD 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－ R25－ V6－地）放电并反向充电，当其充电电压 uc2≥ + 时， V7 又恢复导通。 这样，在 V7集电极就得到固定宽度的移相脉冲，其宽度由充电时间常数 R25 和C2 决定。 V 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 180176。 的脉冲。 脉冲分选通过 同步电压的正负半周进行。 如在 us 正半周 V1 导通， V8 截止， V12 导通， V12 把来自V7 的正脉冲箝位在零电位。 同时， V7 正脉冲又通过二极管 VD7，经V9～ V11 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 VS6～ VS9 可提高 V V V1 V13 的门限电压，从而提高了电路的抗干扰能力。 二极管 VD VD VD6～ VD8 为隔离二极管。 2) 采用 KJ004 元件组装的六脉冲触发电路，二极管 VD1～ VD12 组成六个或门形成六路脉冲，并由三极管 V1～ V6 进行脉冲功率放大。 23 3) 由于 V V12 的脉冲分选作用，使得同步电压在一周内有两个相位上相差 的脉冲产生，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的同步电压。 因此主变压器接成 D， yn11 及同步变压器也接成 D， yn11 情况下，集成触发电路的同步电压 uSa、 uSb、uSc 分别与同步变压器的 uSA、 uSB、 uSC 相接 RP1～ RP3 为锯齿波斜率电位器， RP4～ RP6 为同步相位 脉冲变压器的设计 本方案的双脉冲电路是采用性能价格比优越的 、每个触发单元的一个周期内输出两个相隔 60176。 的脉冲的电路。 如图 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 V 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。 所以只要用适当的信号来控制的 V5或V6截止（前后间隔 60176。 ），就可以产生符合要求的双脉冲了。 其中 VD4和 R17 的作用，主要是防止双窄脉冲信号相互干扰。 此触发脉冲环节的接线方式为：以 VT1器件的触发单元而言，图 电路中的 Y 端应该接 VT2器件触发单元的 X 端，因 为 VT2器件的第一个脉冲比 VT1器件的第一个脉冲滞后 60176。 所以当 VT2触发单元的 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的管截止，给 VT1器件补送一个脉冲。 同理， VT1器件触发单元的 X 端应接 VT6器件触发单元的 Y 端。 依次类推，可以确定六个器件相应触发单元电路的双脉冲环节间的相互接线。 24 220 V 36V+BTP+ 15 VAVS+ 15 V 15 V 15 VX Y接封锁信号RQustVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~ V D14 图 同步型号为锯齿波的触发电路 图 中脉冲变压器 TP 主要用于完成触发脉冲信号的电流放大，解决触发电路与晶闸管控制极电路之间的阻抗匹配，并实现弱电回路（触发回路）和强电回路（晶闸管主 电路）之间的电隔离。 如图可以得出 TP 脉冲变压器的一次侧电压 U1 强触发电压 50V 弱触发电压 15V。 取变压器的变比 K=5，脉冲宽度 0060  ，脉冲变压器的磁铁材料选择 DR320。 查阅资料可得铁心材料的饱和磁密 B T ， 饱和磁场强度 21900SH A m ，剩磁磁密 B T 设计计算步骤为： （ 1）确定变压器的二次侧的强电压 20U 120 50 105UUVK   （ 51） 确 定 变 压 器 的 二 次 侧 的 强 电 压 20U 120 5 15UUVK   （ 52） （ 2）确定空载励磁电流 0I 02( 0. 2 ~ 0. 3 ) ( 0. 2 ~ 0. 3 ) 0. 6 5 0. 02 4 ~ 0. 03 6I I K A A   （ 53） 25 式中， 2I 为 一 般 取 晶 闸 管 最 大 触 发 电 流 的 两 倍32 2 2 3 0 0 1 0 0 .6GTI I A    。 （ 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 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，他把产生的电压信号送给两个 IGBT。 通过改变电力晶体管基极控制电压的占空比，而达到调速的目的。 其控制电路如图 . 图 PWM 控制电路 SG3525 芯片的主要特点 SG3525 是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM 控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，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 26 制最大占空比。 SG3525 为美国 Silicon General 公司生产的专用 PWM 控制集成电 路，如图 所示。 图 SG3525 芯片的内部结构 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 的大小，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、占空比可调的矩形波（即 PWM 信号）。 它适用于各开关电源、斩波器的控制。 输出级采 用推挽输出，双通道输出，占空比 050%可调 .每一通道的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、 27 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，可正常工作的温度范围是 0700C。 基准电压为 V士 1%，工作电压范围很宽，为 8V 到 35V. 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 ):误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为 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的组合。 该误差放大器共模输入电压范围是 1. 5V5. 2V。 此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。 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 脚的分压电阻上，取得 2. 5V 的基准比较电压与 INV. INPUT 端的取样电压相比较。 3 脚 :SYNC(同步端 ):为外同步用。 需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的震荡频率，可以分别他们的 4 脚和 3 脚相连，这时所有芯片的工作频率以最快的芯片工作频率同步。 也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。 但几个芯片的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。 28 4 脚输出频率为输出脉冲频率的 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 ,u F 到 0. 1 u F。 正常工作时，在 Cr 两端可以得到一个从 到 3. 5V 变化的锯齿波。 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 的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 的放电由 5. 7 两端的死区电阻决定。 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 ):比较器的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 的 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，补偿系统的幅频、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 锁存器的一个输入端，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 接的电容 C:将被放电。 电路正常工作时，该端呈高电平，其电位高于锯齿波的峰值电位 (3. 30。 在电路异常时，只要脚 10 电压大于0. 7V，三极管导通，反相端的电压将低于锯齿波的谷底电压 ()， 29 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 的电容滤去电压尖峰。 12 脚 :GROUND(接地端 ):该芯片上的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的反馈电压也是相对与 12 脚而言，所以主回路和控制回路的接地端应相连。 13 脚 :VC(推挽输出电路电压输入端 ):作为推挽输出级的电压源，提高输出级输出功率。 可以和 15 脚共用一个电源，也可用更高电压的电源。 电压范 围是 1. 8V3. 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的工作电压。 另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生 士 1%V 的内部基准电压。 如果该脚电压低于门限电压(Turnoff: 8V)，该芯片内部电路锁定，停止工作‘基准源及必要电路除外 )使之消耗的电流降至很小 (约 2mA).另外，该脚电压最大不能超过 GROUND 端。 16 脚 :VREF(基准电压端 ):基准电压端 16 脚的电压由内部控制在 5. 1 V 土 1%。 可以分压 后作为误差放大器的参考电压。 SG3525 的工作原理 30 S。