IGBT直流斩波调速系统设计
直流电动机斩波调速系统设计
直流电动机斩波调速系统设计摘要长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,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。
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 ,由门极电压控制,从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
本次课程设计采用集成脉宽调制器以及调节器构成转速、电流双闭环的直流调速系统,转速环将电动机的的转速转化为电压信号与电压给定相比较,经转速调节器作用产生电流调节器的给定信号。
电枢电流反馈信号与转速调节器的输出信号经电流调节器作用产生控制信号。
因此需要设计电流检测、转速检测电路,以及ACR 和ASR 的模型。
此外主电路要求设计驱动电路、保护电路和直流斩波电路,降压斩波电路,通过控制可控器件的占空比来控制输出电压的大小。
主电路中的可控性器件通过集成脉宽调制器控制,来控制其开通和关断。
最终形成直流电动机斩波调速系统。
关键词:斩波电路转速调节器电流调节器脉宽调制器保护和检测电路1 概述电力电子技术在现代化社会的建设中的应用起着重要作用并得到飞跃性的发展。
直流斩波器作为一种电力电子器件,也必定随着直流电的广泛应用而显得异常重要。
直流斩波器广泛应用于生产生活等时机情况当中,从我国国情出发,大力发展直流电技术,结合电力电子技术,这对改善我国科技现状水平,提高经济效益将起着重要作用。
因此研究直流斩波器有着深远的意义,它不仅能够大大改善各种机车的调速系统,为其提高安全、快速、低损耗的调速装置,还可以为世界能源危机带来曙光,解决能源带来的各种问题。
鉴于上述情况,本次课设要求设计直流电动机斩波调速系统,加深我们队斩波调速系统的理解。
斩波电路通过控制电路导通比来控制输出端电压大小,用来控制直流电动机时,电枢电压的改变可方便调节电动机转速。
IGBT直流斩波调速系统设计
IGBT直流斩波调速系统设计摘要本设计采用一个直流斩波电路实现直流调压,以此控制直流电动机的转速。
主电路包括:整流电路、斩波电路及保护电路。
控制电路的主要环节是:触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、故障保护电路。
由于要求电机能稳定运行并能实现无极调速,IGBT绝缘栅双极晶体管作为斩波电路的组成元件。
关键词:整流电路;斩波电路;驱动电路;直流电动机目录摘要 .................................................................................. I II 第1章绪论 (1)1.1电力电子技术及IGBT概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章由IGBT构成的直流斩波调速系统的电路设计 (1)2.2整流电路设计 (2)2.3 RC滤波稳压电路 (3)2.4升降压直流斩波电路设计 (3)2.5控制与驱动电路 (4)2.6保护电路 (5)2.7系统总电路图 (6)2.8系统各参数计算及器件选择 (6)第3章系统调试及仿真 (7)第4章课程设计总结 (9)参考文献.................................................................. 错误!未定义书签。
附录I系统主电路图.. (9)第1章绪论1.1电力电子技术及IGBT概况电力电子技术应用于整个电能产生、传输及利用的各个环节。
分布式电源及微电网技术、高压直流输电与灵活交流输电技术、电能质量控制技术及为数众多的电源技术都是电力电子技术应用的范例。
电力电子技术为功率强大,可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。
IGBT直流斩波,对电力电子技术的发展起到重大推动作用,它打开了电力电子技术向高频大功率化发展的新纪元,使其应用产品的自动化、智能化、高效化和机电一体化做出了显著贡献。
IGBT斩波电机调速系统
长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,以及直流斩波调速技术的应用,直流电机得到广泛应用。
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,由门极电压控制,从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR斩波器的缺点。
基于IGBT的直流斩波控制实现直流电机的调速,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,应用也是十分广泛的。
关键字:直流电动机、调速、直流斩波1.前言现代的各行各业中,多数的机械都有调速的要求,直流电机调速系统具有良好的控制特性,得到了广泛的应用。
20世纪80年代,以晶闸管为功率开关器件的斩波调压调速器以其无级、高效、节能而得到大力推广,但晶闸管斩波调速器不中之处是:晶闸管一旦被触发,其关断必须依赖换流电容和换流电感振荡产生反压来实现,增加了装置的成本和换流损耗;电源电压下降还会导致换流失败,使系统的可靠性降低;此外,由于晶闸管的开、关时间比较长,加上存在换流环节,使得斩波器的工作频率不能太高(一般在300以下),电机上的力矩脉动和电流脉动比较严重,并且在深调速下谐波含量很大,电磁兼容装置能够减小谐波对其他敏感设备的影响,但其体积相对较大。
随着现代电力电子技术的发展,以新型自关断电力电子器件为基础的现代直流传动系统可以较好地满足用户对系统提出的高技术要求,尤其在一些大功率、有特殊要求的使用环境,现代直流传动系统有更高的适应性。
国内外已经把直流斩波器广泛地应用在电力牵引机上,例如地铁、电力机车、城市无轨电车、升降机等等。
利用直流斩波器能够比较容易地实现平稳起动,无级调速以及再生制动,电能损耗可大为减少。
电机车通常采用串激式直流电动机传动,这是由于串激式直流电动机具有起动转矩大、过载能力强、机械特性软、有空载车速行、重载慢行的自然特点,并适用于多机并联运行。
用IGBT斩波器的串级调速系统
C
交流传动技术
EACS’98—14
用IGBT斩波器的串级调速系统
86
C交流传动技术
EACS,98-14
图3
RED缓冲电路 能力与GTR相比都有很大提
|GBT冗件承受浪涌电流的耐量与承受du/dt、di/dt
高,但在运行中仍受自身功耗的限制,由擎住现象限制安全工作区SOA,而在斩波电路中 最严重的问题是在[GBT关断时。主电路电流的急剧变化在主电路电感上产生的浪涌龟
I,一.逆变器电流的平均值:
‰一最高速时.
IGBT导通的占空比。
图见图4。转速控制和电流控制部分可以采用直流控制系统用控制单元.比较简单。核心
部分是脉宽调制电路PWM和IGBT栅极驱动电路IGDC。
图4用1GBT斩波器的串调系统框图
Gl一给定积分器
AsR
.速度调节器
ACR一电流调节器:
C
交流传动技术
通时间(占空比),即改变斩波器的输出电压大小,就可改变电动机的转速。电抗器LI起滤
波作用.抑制转子电流脉动,减少定子电流高次谐波分量。二极管D起隔离作用。电容C 与电抗器一起组成缓冲网络,C起能量缓冲作用。当IGBT关断时,C储能,IGBT导通 时,c向有源逆变器放电。电抗器L2的作用是维持有源逆变器UI电流的连续。当电容器
电力电子新器件及其应用技术.国防工业出版社 电气传动,1995(3)
用IGBT斩波器的串级调速系统
作者: 作者单位: 贾俊林, 屈维谦 贾俊林(工业大学), 屈维谦(北方调速有限公司)
IGBT斩波控制的直流电机的调速系统设计(DOC)
课程设计名称:电力电子技术题目:IGBT斩波控制的直流电机的调速系统设计专业:自动化班级:姓名:学号:课程设计成绩评定表摘要长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,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。
直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。
励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,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。
所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法,调节电阻R 即可改变端电压,达到调速目的。
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,由门极电压控制,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。
关键词:直流电动机;调速;直流斩波;IGBT目录引言 (1)1.主电路原理图 (2)1.1主电路方案 (2)1.2基本直流斩波电路原理图 (2)1.3数量关系 (3)2.IGBT驱动电路的选择 (4)2.1 IGBT简介 (4)2.2 IGBT驱动电路的条件 (4)3.控制电路的选择 (6)3.1 控制电路方案选择 (6)3.2 SG3525芯片工作原理 (7)4.保护电路的设计 (8)4.1 主电路器件保护 (8)5.结论 (9)心得体会 (10)参考文献 (11)引言随着电力电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。
IGBT组成的直流斩波调速系统设计
目录1. 课程设计目的 (1)2. 课程设计要求 (1)3. 设计内容 (2)3.1调速系统方案确定 (2)3.2主电路计算 (3)3.2.1整流变压器计算 (3)3.2.2整流元件选择 (4)3.2.3滤波电容选择 (5)3.2.4 IGBT 选择 (5)3.2.5保护元件的选用 (5)3.2.6反馈电路参数选择 (7)3.3控制电路参数选择 (8)3.3.1振荡器T R 、T C 选择 (8)3.3.2 10R 、11R 、0R 电阻的选择 (8)3.3.3放大器的参数选择 (9)3.3.4 12R 及13R 选择 (9)3.3.5继电接触器电路的选择与计算 (9)4. 设计总结 (10)参考文献 (10)附 录 (11)1. 课程设计目的报告正文部分:(要求:正文部分一律用小四号字,宋体,正文全文行间距固定值20pt 。
一级大标题小三号字黑体靠左,加粗。
二级大标题四号黑体靠左。
三级大标题小四黑体。
)2. 课程设计要求技术要求:V U d 110=,A I d 8=,电压连续可调,稳压精度小于%1,有限流保护。
3. 设计内容3.1调速系统方案确定由于可调直流电源容量不大,故可采用单相交流电源供电、单相整流变压器降压、二极管桥式整流、电容滤波获得斩波输入直流电源,经IGBT斩波,即可得到要求的可调直流电源。
IGBT为场控输入器件,输入功率小。
CW494集成脉宽控制器不但可方便获得所要求的250,因此,不用驱动放大电路即可满足斩波频率和脉冲宽度,由于它输出最大电流为mA控制要求,从而简化电路。
CW494内部电路框图如下图所示。
CW494内部有两个放大器,很容易实现电压反馈。
若采用比例积分调节,且反馈电阻、电容参数选择得当,电压静态精度可不用计算,动态精度计算也可从略。
为实现限流保护,可采用电流截止反馈。
因负载功率小,可用电阻采样,还可加入继电器,过电流严重时可切断主电路电源。
系统框图如下图所示。
IGBT控制的直流斩波电路设计
控制信号由集成电路外部输入,一路送至死区时间比较器,一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压,它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%,当输出端接地,最大输出占空比为96%,而输出端接参考电平时,占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压(范围在0—3.3V之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
过电流保护:回路线圈用于整流输出端直流侧过电流保护。它限制电流的上升率。线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化抗,线圈对电流有阻碍作用。采用了电抗器,在发生短路时,电抗器上的电压降较大,所以也起到了维持母线电压水平的作用,使母线上的电压波动较小,保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
4 PWM控制电路
由公式Ea=Ceфn
额定电枢电流Ia=IN-If
Ea=U-IaRa
CEф=EN/nN=UN-INRa/nN=220-55×√5/1000=0.097
Ia=55-1.6=53.4A
n=U-IaRa/CEфn 150r/min<n<1500r/min
U=nCEф+IaRa
133.85V < U< 264.8<220× 1.6=352V
K=Ton/T
IlBmax=TUd/8L
⊿Vo=⊿Q/C=⊿ILT/8C
U1=kU2
当K=0.5时最大,
4ILBmaxK(1-k)=ILB=55A
ILBmax=55/k(1-k)4=55
应用双IGBT及时于斩波式串级调速系统中的设计与探究
应用双IGBT及时于斩波式串级调速系统中的设计与
探究
一、引言
目前工业生产中普遍采用的PWM变频调速属于精型调速。
而对风机、泵类负载采用变频调速,其逆变器功率为全功率。
若采用串级调速方法,则其逆变器功率仅仅为全功率的1/2~l/3。
串级调速系统还具有装置安全、可靠性高的优点。
即使串级调速逆变装置万一出现故障,异步电动机也能完全脱离串级调速装置转换到转子短接全速运行。
但传统串级调速方法存在一个突出的缺点,就是系统功率因数较低,高速满载运转时总功率因数约0.6,低速时总功率因数更差。
从节约能源的角度考虑,需要寻找方法提高串级调速系统的功率因数,改善其效率。
二、异步电动机串级调速系统原理
异步电动机串级调速系统是在绕线式异步电动机的转子回路中串入一个与转子回路频率相同的交流附加电势,如图1所示。
通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。
应用双IGBT及时于斩波式串级调速系统中的设计与探究
异步电动机串级调速系统如何通过改变Ef相位调节电机转速。
假定电动机拖动恒转矩负载,转子每相电流,2为:
电动机产生的转矩M=CMφI2cosψ2,I2值的减小使电动机转矩亦相应减小,电动机转矩值小于负载转矩值的状态,稳定运转条件被破坏,迫使电动机降速。
随着转速的降低,s的值增大,转子电流I2回升,转矩M亦相应回。
电力电子课程设计 直流电动机的直流斩波调速
电力电子技术课程设计题目:直流电动机的直流斩波调速姓名:班级:学号:指导教师:完成日期:辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,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。
直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。
励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,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。
所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法,调节电阻R 即可改变端电压,达到调速目的。
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,由门极电压控制,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、直流斩波第一章系统工作原理直流电机斩波调速控制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,其间有一定的气隙。
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。
直流电机的转子则由电枢、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电枢绕组两部分组成。
电枢铁心由硅钢片叠成,在其外圆处均匀分布着齿槽,电枢绕组则嵌置于这些槽中。
IGBT直流降压斩波电路设计
目录1设计原理分析 (1)1.1总体结构分析 (1)1.2主电路的设计 (1)1.3触发电路的选型 (2)1.4驱动电路选型 (3)1.5整流滤波电路 (5)2. 设计总电路图及参数 (6)2.1设计总电路图 (6)2.2 元件参数计算 (8)3. 元器件清单 (10)小结 (11)参考文献 (11)IGBT 直流降压斩波电路的设计1设计原理分析1.1总体结构分析直流斩波电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
它在电源的设计上有很重要的应用。
一般来说,斩波电路的实现都要依靠全控型器件。
在这里,我所设计的是基于IGBT 的降压斩波短路。
直流降压斩波电路主要分为三个部分,分别为主电路模块,控制电路模块和驱动电路模块。
电路的结构框图如下图(图1)所示。
图1 电路结构框图1.2主电路的设计主电路是整个斩波电路的核心,降压过程就由此模块完成。
其原理图如图2所示。
图2 主电路原理图如图,IGBT 在控制信号的作用下开通与关断。
开通时,二极管截止,电流io 流过大i EV +-MRLVD a)i oE Mu oi G电源 触发电路 驱动电路 主电路整流滤波电路电感L ,电源给电感充电,同时为负载供电。
而IGBT 截止时,电感L 开始放电为负载供电,二极管VD 导通,形成回路。
IGBT 以这种方式不断重复开通和关断,而电感L 足够大,使得负载电流连续,而电压断续。
从总体上看,输出电压的平均值减小了。
输出电压与输入电压之比α由控制信号的占空比来决定。
这也就是降压斩波电路的工作原理。
降压斩波的典型波形如下图所示。
图3 降压电路波形图图2中的负载为电动机,是一种放电动式负载。
反电动势负载有电流断续和电流连续两种工作状态。
分别入图3中b )和a )所示。
无论哪一种情况,输出电压的平均值都与负载无关,其大小为:(1-1)T on 表示导通的时;T off 表示截止的时间 ;α表示导通时间占空比。
对于输出电流,当0U >E 时电流连续,输出电流平均值大小为:(1-2) 当Uo<E 时,电流既无法通过IGBT 也无法通过二极管。
基于IGBT的直流斩波电机调速系统控制..
基于IGBT的直流斩波牵引电机调速控制电路学院:电气学院专业:电气工程及其自动化(轨道交通方向)班级:BG1102姓名:鲁春娇学号:111001180204指导教师:王致杰设计时间:2014.12小组成员及分工:组长:张亚强文献检索:鲁春娇,戚诚凯文档编辑:王智超,张诩目录前言 (4)第一章轨道车辆牵引领域电力电子器件的发展 (6)1.1 电力电子器件的发展 (6)1.2电气牵引控制技术的发展 (6)1.3 控制技术 (7)第二章轨道车辆牵引领域电力电子器件的应用 (8)2.1 电力电子器件在轨道车辆牵引中的应用发展 (8)2.2 IGBT在轨道车辆牵引变流器的应用 (8)2.2.1 IGBT简介 (8)第三章直流斩波电路 (11)第四章直流调速系统 (12)4.1直流调速系统结构 (12)4.2直流调速系统原理 (13)4.3调速方案选择 (13)第五章设计直流斩波调速电路 (15)5.1信号发生电路 (15)5.2 IGBT的驱动电路 (18)5.3主电路 (19)5.4总电路图 (22)第六章电路调试 (23)6.1 信号发生电路的调试 (23)6.2 驱动电路的调试 (23)6.3 完整电路调试 (23)第七章结论 (24)个人心得 (25)参考文献 (26)前言长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,以及直流斩波调速技术的应用,直流电机得到广泛应用。
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,由门极电压控制,从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
基于IGBT的直流斩波控制实现应用也是十分广泛的直流电机的调速,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。
直流电机四象限斩波调速系统设计
直流电机四象限斩波调速系统设计硬件平台:三相IGBT桥(带缓冲)Ti的DSP 2407a开发板及变频调速电路控制板开发环境:CCS2.2编程语言:C语言和ASM汇编语言实现功能:控制T1,T2,T3,T4开关管的动作状态,实现直流电动机的正反向运行,而且由电动和制动工作状态。
主电路图如下:具体实现方式T1-T4组成全桥电路,又称为H桥型电路。
电机的工作状态跟供电方式有关1)电动机正向电动状态运行,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,此时变换器等效为一个降压斩波电路,能量由输入直流电源供向负载。
2)电动机正向制动状态可以使T4导通,T1,T3关断,变换器等效为一个升压斩波电路,调控T2,电动机的反电势升压变换得到一个略大于Ud的电压,使得电动机的输出电流反向,电磁转矩反向,直流电机运行在发电制动状态,电机的能量就回馈到电网,转速下降。
3)电动机反向电动状态运行原理跟正向相似,即第三象限运行,使T2导通,T1,T4关断,对T3进行PWM调制4)电动机反向制动状态同正向原理,使T2导通,T1,T3关断,调控T4,电机可以运行于反向制动状态。
图1.1 DSP控制流程图注:Key1按奇数次为正向启动,偶数次为正向制动。
Key2 按奇数次为反向启动,偶数次为反向制动。
Key3 为加电压从0-12V 分辨率为1/32Key4 为减电压从0-12V 分辨率为1/32闭环采用测速发电机反馈速度输出开环程序如下:// 该程序利用EVA模块的PWM1--PWM4引脚产生不同占空比的方波调节直流电机的电压#include "C2407A.h"#include "stdio.h"#define Tc_half 2000#define KEY1_run 0X0F3D //电动机正向转动(按奇数次),正向制动(按偶数次)#define KEY1_stop 0X0F37 //电动机反向转动(按奇数次),反向转动(按偶数次)#define KEY2_run 0X0FD3 //电动机加速“+”#define KEY2_stop 0X0F73 //电动机减速“-”#define stop 0X0FFF // 0000 1111 1111 1111 全部输出强制为高int Ton=1000; //声明一个外部变量int K1,K2,K3,K4=0;int key1,key2,key3,key4=0;int flag=0;int initial(){asm(" setc INTM"); //DISABLE_INTS();asm(" setc SXM"); // 符号位扩展有效asm(" clrc OVM"); // 累加器中结果正常溢出asm(" clrc CNF"); // B0被配置为数据存储空间*SCSR1=0x0304; // CLKIN=20M,CLKOUT=2*CLKIN=40M*WDCR=0x0e8; // 不使能看门狗,因为SCSR2中的WDOVERRIDE// 即WD保护位复位后的缺省值为1,故可以用// 软件禁止看门狗*IMR=0x02; // 禁止所有中断*IFR=0xFF; // 清除全部中断标志,"写1清0"WSGR=0X0000; // 禁止所有的等待状态}// 定时器1的初始化子程序int timer1int(){*EVAIMRA=*EV AIMRA|0X0200; // 允许定时器1的下溢中断*EVAIFRA=*EV AIFRA&0X0200; // 清除定时器 1 下溢中断标志*EVAIMRB=0X0000 ; // 屏蔽所有事件管理器中断?*EVAIMRC=0X0000;*T1CNT=0X00; // Timer1的计数器清零}// EV A模块的PWM初始化程序int pwminitial(){*MCRA=*MCRA|0X0fc0; // 被配置为基本功能方式,PWM1-6*ACTRA=stop; // PWM6,4,2 高有效,PWM5,3,1 低有效0000*DBTCONA=0X05F4; // 使能死区控制*CMPR1=Ton;*CMPR2=Ton;*T1PR=2000; // 设置定时器1的周期寄存器,并设置CMPR1-3,以确定不// 同的输出占空比*COMCONA=0X8200; // 使能比较操作*T1CON=0X0842; // 定时器1为连续增减}// 定时器1下溢中断服务程序设定好占空比初始值设为1000void interrupt GISR2( ){extern Ton;flag=*EVAIFRA&0X0200;if(flag!=0x0200){asm(" clrc INTM"); //ENABLE_INTS( ); // 允许总中断return; // 如果不是定时器1周期中断,则直接返回}// 如果是定时器1周期中断定时器1的周期中断,则执行下面的产生pwm程序*EV AIFRA=*EV AIFRA&0X0200; // 清除定时器1 下溢中断标志asm(" clrc INTM");//ENABLE_INTS( ); // 允许总中断,因一进中断服务程序后总中断就自动关闭了return ; // 中断返回}// 但可能由于干扰会引起他们的执行,故该中断服务程序无额外操作,直接返回void interrupt nothing( ){asm(" clrc INTM");//ENABLE_INTS( ); // 允许总中断,因一进中断服务程序后总中断就自动关闭了return; // 中断返回}void inline ENABLE_INTS( ) //开总中断{asm(" clrc INTM");}//void inline DISABLE_INTS() //关总中断//{// asm(" s etc INTM ");//}// 键扫描程序int keyscan(){ extern K1,K2,K3,K4;extern key1,key2,key3,key4;K1=key;//asm("IN K1,0007h");K2=key;//asm("IN K2,0007h");K3=key;//asm("IN K3,0007h");K4=key;//asm("IN K4,0007h");//K1if(K1&&0X0001==0||K2&&0X0002||K3&&0X0004||K4&&0X0008){delay(); //去抖K1=key;//asm("IN K1,0007h");K2=key;//asm("IN K2,0007h");K3=key;//asm("IN K3,0007h");K4=key;//asm("IN K4,0007h");if(K1&&0X0001==0)key1=(key1+1)%2; //键1按下if(K2&&0X0002==0)key2=(key2+1)%2; //键2按下if(K3&&0X0001==0)key3=1; //键3按下if(K4&&0X0002==0)key4=1; } //键4按下//返回键值return;}//首先检测KEY3,KEY4有无变化如有变化进入去抖环节并记录下来对应的变量和上下限比较后加减1,返回一个Ton值//然后检查KEY1,KEY2有无变化KEY1,KEY2检测到的新值与原值做如下运算//比如KEY0初值为0,按了一次后KEY0=((0+1)%2)=1 有正向制动改为正向运行// KEY0初值为1,按了一次后KEY0=((1+1)%2)=0 由正向运行改为正向制动int delay(){int i;for(i=0;i++;i<5000){i=i;}}// 主程序void main(){ extern key1,key2,key3,key4; //定义四个键的初值int t=0;initial(); // 系统初始化timer1int(); // 定时器1的初始化pwminitial();//pwm初始化asm(" clrc INTM");//ENABLE_INTS(); // 允许总中断while(1){ keyscan();if(key1==1){*ACTRA=KEY1_run ; //电动机正向转动(按奇数次)for(;;){keyscan();if(key1==0){*ACTRA=KEY1_stop; //电动机正向制动(按偶数次)break;}else if(key3==1||t<20) //分为20档电机转速有20个档位{t=t+1;} //每个档位差为0.6v电压差,对应占空比100/2000;else if(key4==1||t>0){t=t-1;}*CMPR1=200*t;*CMPR2=200*t;}}else if(key2==1){*ACTRA=KEY2_run; //电动机反向转动(按奇数次)for(;;){keyscan();if(key2==0){*ACTRA=KEY2_stop; //电动机反向制动(按偶数次)break;}else if(key3==1||t<20) //分为20档电机转速有20个档位{t=t+1;} //每个档位差为0.6v电压差,对应占空比100/2000;else if(key4==1||t>0){t=t-1;}*CMPR1=200*t;*CMPR2=200*t;}}}}。
IGBT控制直流斩波电路设计
IGBT控制的直流斩波电路设计目录前言一、总体设计·····························1、总体框图···························二、电路选择与分析······················1 三相桥式整流电路····················2 斩波电路························3 保护及缓冲电路······················4 PWM控制脉冲·························5 整体电路图··························三、总体分析及元器件的选择············1 元器件参数的计算····················2 元器件清单列表·····················四设计所用参考文献····················五设计收获与体会······················前言电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子器件(如晶闸管,GTO,IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。
IGBT直流斩波电路的设计
目录1设计原理分析............................................................................................................ 错误!未定义书签。
1.1总体结构分析................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2主电路的设计................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.3触发电路的设计............................................................................................ 错误!未定义书签。
1.4驱动电路设计................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.5保护电路分析................................................................................................. 错误!未定义书签。
2仿真分析与调试....................................................................................................... 错误!未定义书签。
IGBT斩波控制的直流电机调速系统设计课程设计
知识掌握程度
15
书写规范性
10
工作量
10
总成绩
100
评语:
任课教师
时 间
年 月 日
备 注
摘 要
在工业生产和机械制造中,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,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。直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,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。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法,调节电阻R即可改变端电压,达到调速目的。这种传统的调压调速方法效率低。
2.2基本直流斩波电路原理图
系统的基本直流斩波电路原理图如图2.1所示:
图2.1降压斩波电路原理图
此电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD,在V关断时给负载中电感电流提供通道。主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中Em所示。
关键词:直流电动机;IGBT;直流斩波;调速
前言
随着电力电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。开关电源因其体积小,重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。直流电动机在冶金、矿山、化工、交通、机械、纺织、航空等领域中已经得到了广泛的应用。直流电动机的启动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要。IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路,是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路,用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点,又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十千赫兹频率范围内,故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动,电压、电流容量大的优点。因此,在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景,也由于开关电源向低电压,大电流和高效率发展的趋势,促进了IGBT降压斩波电路的发展。
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摘要本设计采用一个直流斩波电路实现直流调压,以此控制直流电动机的转速。
主电路包括:整流电路、斩波电路及保护电路。
控制电路的主要环节是:触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、故障保护电路。
由于要求电机能稳定运行并能实现无极调速,IG BT绝缘栅双极晶体管作为斩波电路的组成元件。
关键词:整流电路;斩波电路;驱动电路;直流电动机目录摘要....................................................................................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)1.1电力电子技术及IGBT概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章由IGBT构成的直流斩波调速系统的电路设计 (1)2.2整流电路设计 (2)2.3 RC滤波稳压电路 (3)2.4升降压直流斩波电路设计 (3)2.5控制与驱动电路 (4)2.6保护电路 (5)2.7系统总电路图 (6)2.8系统各参数计算及器件选择 (6)第3章系统调试及仿真 (7)第4章课程设计总结 (9)参考文献................................................................................................................................................ 错误!未定义书签。
附录I系统主电路图. (9)第1章绪论1.1电力电子技术及IGBT概况电力电子技术应用于整个电能产生、传输及利用的各个环节。
分布式电源及微电网技术、高压直流输电与灵活交流输电技术、电能质量控制技术及为数众多的电源技术都是电力电子技术应用的范例。
电力电子技术为功率强大,可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。
IGBT直流斩波,对电力电子技术的发展起到重大推动作用,它打开了电力电子技术向高频大功率化发展的新纪元,使其应用产品的自动化、智能化、高效化和机电一体化做出了显著贡献。
市场上用的最多的IGBT直流斩波器,它是属于全控型斩波器,由门极电压控制,从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR斩波器的缺点。
中国电力系统具有地域跨度大、结构复杂、控制要求高的特点。
中国资源特别是一次能源相对紧缺、环境问题突出。
因此,中国电能的安全稳定、可靠供应及高效环保利用成为当务之急,电力电子技术必将发挥重要作用,而IGBT在电力电子中的作用不可忽视。
在80年代后期,以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的复合型器件异军突起。
IGBT是MOSFET和BJT的复合。
它把MOSFET的驱动功率小、开关速度快的优点和BJT的通态压降小、载流能力大的优点集于一身,性能十分优越,使之成为现代电力电子技术的主导器件。
目前,市场上用的最多的直流斩波器,它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT,由门极电压控制,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,它是属于全控型斩波器,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。
与可控硅脉冲调速式和电阻调速方式相比,具有明显的优点。
直流斩波电路的功能是将直流电变为另一固定电压或者可调电压的直流电,也称为直接直流-直流变换器。
直流斩波电路一般是只直接将直流电变为另一直流电的情况,不包括直流-交流-直流的情况。
我们要研究的就是各种斩波电路的工作原理、掌握它们的工作的输入输出关系、电路解析方法和工作特点。
1.2本文设计内容IGBT 组成的直流斩波调速系统,对一台额定电压110V、功率为1kW的直流电动机提供直流可调电源,本文设计一个由以实现直流电动机的调速。
要求输出电压在0~110V连续可调,斩波输出最大电流10A.本系统设计多个电气部分组成整体结构有变压部分,整流部分,保护部分,反馈部分及由IGBT为主的控制部分等部分所组成。
本电机调速系统采用直流斩波调速方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染,而且本系统有着过电流保护与过电压保护,安全并且实用。
第2章由IGBT构成的直流斩波调速系统的电路设计2.1 总体设计方案本设计采用升降压直流斩波电路实现直流调压,以此控制直流电动机的转速。
采用220V单相交流电源经降压变压器降压输出的交流电,再经感容滤波单相桥式全控整流电路整流,整流后的脉动直流电经RC滤波后,再由升降压斩波电路调压后控制直流电动机的运行。
由于要求电机能稳定运行并能实现无极调速,所以采用双闭环直流可逆脉冲调速系统。
电流环作为系统的内环,转速环作为系统的外环选用集成脉冲调制控制与驱动器。
IGBT绝缘栅双极晶体管作为斩波电路的组成元件。
图2.1 总体框图2.2 整流电路设计在整流电路是电力电子电路中出现最早的一种,它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
小功率整流电路中,常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。
方案一:单相全波可控整流电路单相全波整流电路纹波系数低,电源利用率高。
但变压器结构较复杂,绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多,所承受的反向峰值电压较高,不存在直流磁化的问题,适用于输出低压的场合作电流脉冲大(电阻性负载时),且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化,变压器不能充分利用。
方案二:单相桥式全控整流电路单相桥式全整流电路输出电压高,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载,对每个导电回路进行控制,无须用续流二极管,也不会失控现象,负载形式多样,整流效果好,波形平稳,变压器二次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称,平均值为零,即直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器的利用率也高。
因此,得到了较为广泛的应用。
但二极管的数量多,二极管的正向电阻不为零,整流电路内阻大,损耗也较大。
这是其唯一的缺点。
综上所述,方案三较为经济、可靠、效率高。
可以满足设计要求单相桥式全控整流电路单相交流220V 变压器降压整流直流电动机直流斩波滤波图2.2 单相桥式全控整流电路桥式整流电路的工作原理如下:U2 为正半周时,对VT1 、VT4 和方向电压,VT1,VT4 导通;对VT2 、VT3 加反向电压,VT2、VT3 截止。
电路中构成U2 、VT1、R1 、VT4 通电回路,在R1上形成上正下负的半波整洗电压,U2 为负半周时,对VT2 、VT3 加正向电压,VT2、VT3 导通;对VT1 、VT4 加反向电压,VT1、VT4 截止。
电路中构成U2 、VT2 、R1 、VT4 通电回路,同样在R1 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R1 ,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。
从图中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半。
这样就将交流电变为直流电。
电容C起滤波稳压作用。
波形图如下;图2.3单相桥式全控整流电路波形图2.3 RC滤波稳压电路稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
整流器把交流电变为直流电。
经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
滤波电路的作用:允许规定范围内的信号通过;而使规定范围之外的信号不能通过靠着电容器的平滑作用,使电压波动大大减小了,相应地脉动直流电压的平均值也就显著提高了。
直流电源配用的滤波电容器都是电容量比较大的电解电容器。
电容量越大,平滑滤波的效果越好。
值得注意的是,电容器的充电电流都是流过二极管的,电容量越大,起始充电电流也越大,这个起始充电电流比流过二极管的正常工作电流要大许多倍,人们称它为“浪涌电流”。
如果浪涌电流超过二极管所能耐受的最大瞬时电流值,就可能烧坏二极管。
因此一般采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正、负极。
电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。
2.4 升降压直流斩波电路设计图2.5升降压斩波电路图2.6升降压斩波电路波形图设电路中电感的值很大,电容的值也很大如图,使电感电流和电容电压即负载电压基本为恒值。
当可控开关处于通态时,电源经V向电感L供电,使其存储能量,此时电流为i1。
同时,电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。
此后,使V关断,电感L中储存的能量向负载释放,电流为i2。
可见,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,因此,该电路也称作反极性斩波电路。
改变占空比α,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。
当0<α<1/2时为降压,当1/2<α<1时,为升压。
2.5 控制与驱动电路控制电路主要环节是:触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。
主电路电力电子开关器件要采用IGBT,并且系统具有完善的保护。
IGBT开通的栅射极间驱动电压一般为15~20V。
关断时电压通常为-5~-15V,有利于减小关断时间和关断损耗。
本次设计采用三菱公司的M57962L型混合驱动器。
;图2.7 M57962L接线图M57962L采用双电源+ Vcc和Vee ,接线如图2.7所示。
电路组成:(1) 放大隔离电路;(2) 定时复位电路;(3) 过流检测电路;(4) 过流输出电路。
当控制电路使M57962L输入端13和14脚有10mA的电流时光耦IC1导通,A点电位迅速下降至VEE,使IC2A的2脚输出为高电平Vcc ,则三极管V2、V4导通,V3、V5截止,使V7导通,Vcc加到R17上,同时由R18/ (R17+ R18)大于R16/(R15+ R16),导致IC2D 的13脚为低电位,V6 截止,R4/(R3 +R4)大于R16(R15 + R16)使IC2B 的13 脚截至,故IC2的14脚为高电平V1,截止,M57962L的8脚不输出故障信号。
在M57962L输入端13和14无电流时,IC1截止,A点电位上升使IC2A的2脚变为低电位,则使V3、V5导通,V2、V4截止。
lGBT的门极(GATE)通过V5导通到VEE,而使IGBT关断。
IC2C的14脚输出为低电平,使V1、V7导通,使IC2B、IC2D保持原先状态不变。
若IGBT己导通发生过流现象,则E、F两点电压升高,经过保护延时而使得V7截止,IC2D的13脚变为截止,使V6导通。