IGBT斩波控制的直流电机的调速系统设计(DOC)
直流电机的直流斩波调速
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正确选择。
特别随着电脑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，到达调速目的。
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、直流斩波目录第一章系统工作原理 (1)结构与调速原理 (1)速方案选择 (1)调速电路方案 (2)控制方案选择 (2)第二章主电路的设计与分析 (3)主电路的各个部分电路 (3)整流电路 (3)斩波调速电路 (4)保护电路设计 (5)电路参数及选型 (7)第三章控制电路的设计与分析 (8)3.触发电路的设计与分析 (9)3.2脉宽调制〔PWM〕控制的设计与分析 (9)欠压锁定功能 (9)系统的故障关闭功能 (9)软起动功能 (9)波形的产生及控制方式分析 (10)延时、驱动电路的设计 (10)3.4ASR和ACR调节器设计 (11)SR〔速度调节器〕 (11)CR〔电流调节器〕 (12)第四章总电路图 (14)总结 (15)致谢 (16)参考文献 (17)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。
IGBT升降压斩波电路设计(word文档良心出品)
电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计专业班级学号学生姓名指导教师指导教师职称评分完成日期：2015年1月13日摘要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器，诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。
直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。
全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点，可以在一个电路中同时实现升压和降压，简化了电路结构。
而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利，因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛，对其做研究有很好的使用意义。
本文首先比较了两种具有升降压功能的DC／DC变换电路，具体地分析了两种DC／DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC／DC变换器控制系统的原理和实现，通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真，最后给出了测试结果。
关键词：直流斩波；升降压； IGBT；全控型目录目录 (1)1 设计任务要求 (2)1.1 设计任务21.2 设计要求2 2方案选择 (3)2.1方案一32.2方案二33 电路设计 (5)3.1 主电路设计53.2 驱动电路设计63.3保护电路84 仿真控制 (9)5心得体会 (11)参考文献 (12)附录1 程序清单 (13)附录2 元件清单 (14)答辩记录 (15)1 设计任务要求1.1 设计任务IGBT升降压斩波电路设计（纯电阻负载）设计条件：（1）输入直流电压，Ud=50V；（2）输出功率：300W（3）开关频率5KHZ（4）占空比10%-50%(5) 输出电压脉率：小于10%1.2 设计要求1，分析题目要求，提出2-3种实现方案，比较并确定主电路结构和控制结构方案；2，设计主电路原理图，触发电路原理图，并设置必要的保护电路；3，参数计算，选择主电路及保护电路元件参数4，利用仿真软件MATLAB等进行电路优化；5，最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。
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。
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For personal use only in study and research; not for commercial use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。
关键字：直流电动机、调速、直流斩波目录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。
电力电子技术课程设计直流电动机的直流斩波调速设计
摘要
长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优良的操纵性能等特点成为大多数变速运动操纵和闭环位置伺服操纵系统的最正确选择。
专门随着运算机在操纵领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的进展，和脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机取得普遍应用。
直流电动机转速的操纵方式可分励磁操纵法与电枢电压操纵法两类。
励磁操纵法操纵磁通，其操纵功率尽管小，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。
因此经常使用的操纵方式是改变电枢端电压调速的电枢电压操纵法，调剂电阻R 即可改变端电压，达到调速目的。
这种传统的调压调速方式效率低。
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，它的主导器件采纳国际上先进的电力电子器件IGBT，由门极电压操纵，从全然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较，具有明显的优势。
关键字：直流电动机、调速、直流斩波。
4-直流电动机直流斩波调速系统
u 0 i0
d)
0
t
u0
i0
u0
i0
e)
0
t
图4-7 可四象限运行的斩波调速电路 a） ） 电路图 b)～e）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限波形图 ～ ） f） ） 工作象限
n
f) 0
T
4.2 直流斩波调速系统
1．系统原理图 ．
+
* Un
GM
+
∆U n
−
Un
U i* A SR +
u gT 2
Ud
id
u gT 1
u gT 2
uo
La io
+ E − a
u gT 1
T1
T2
T1
T2
T
正向电动工况。当Uo>Ea时，Io>0，电 时 ，
动机正向电动。电路的电压平衡方程为 dio io Ra + La = u o − Ea dt
电动工作时， 并没有参与工作， 电动工作时，VT2、VD1并没有参与工作，去 掉这两个元件后， 掉这两个元件后，电路与单象限工作电路完 全一致，是一个典型的降压斩波电路。 全一致，是一个典型的降压斩波电路。 • 输出电压平均值 •电动机最高空载转速是 电动机最高空载转速是
3) 波形分析及能量传递
uo
Ud
i0
T1
D2
T
T
T1
D2
T1
D2
T1
D2
T1
D2 T2 T T 1 D1 D2 2
D1
T2
D1
T2
D1
T2
D1
PLa
PLa P2 P 1
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。
直流斩波调速系统设计
本 系统 使用 四位 共 阳数码 管 显 示直 流 电动机 的转速 ，为 了节 省Ｉ ／Ｏ 口， 我们 使 用 ７Ｌ ４ ４ Ｓ７把 四位 的 Ｂ Ｄ 码 转换 成 Ｌ Ｄ 显示 。 Ｃ Ｅ
Ｐ ＷＭ 控 制 技术 是利用 半 导 体开 关器 件 的导通 和 关 断， 直流 单 片 机 Ｐ ． Ｐ ．、２２和 Ｐ － 为 Ｂ Ｄ 码 的 输 出 口 ，分 别 与 把 ２ 、 ２１Ｐ ． ０ ２３作 Ｃ 电压 变成 电压 脉冲 列 ，控制 电压脉 冲 的宽度 或 周期 以达到 变 压 目 ７Ｌ ４ ４ Ｓ ７的 Ａ、 、 Ｂ Ｃ和 Ｄ 引脚 相接 。 单片机 的 Ｐ ．、 ２ 、 ２ 和 Ｐ ． ２ Ｐ． Ｐ ． ４ ５ ６ ２ ７ 的 ， 达到 变 压变 频 目的 的一种 控 制技 术 。 或
个
分 别作 为 四位 Ｌ Ｄ 由低位 到 高位 的选 通 脚通 过三 极管 选通 Ｌ Ｄ。 Ｅ Ｅ
２． 单 片 机 红 外 解 码 技 术 ６
设 ａ ：—Ｉ ａ 可 定义 为 占空 Ｅ 。设 定输 入 电压 Ｕ 不 变 ， Ｉ， Ｌ ｄ 口
Ｊ
越大， 电机 电枢端 的平 均 电压 Ｕ ｄ越大 ， 之 也成立 。改变 ａ 值就 反
测速 显示 部分
本 设计 选 用 的是 霍 尔 元件 Ｃ ３ ２ Ｓ０ ０作为 测 速 的传 感 器 。在 电
机 的转 叶上 贴上 两 片小 磁钢 ， 么 电机 每转 一 圈 ， 尔传 感器 输 出 那 霍 两 个脉 冲 。
２ 系 统 设 计
２． 直 流 电 机 ＰＷ Ｍ 控 制 原 理 １
由单 片 机 Ａ ８Ｓ １ 受 键 盘 或 红 外遥 控器 的信 号 并 产 生 相 Ｔ ９５ 接
应 的信 号输 出， 中两路 信 号控 制 Ｌ ９ 使能 端控 制 电机 的启 动 波 型往 往 是 矛盾 的 ， 在 两者 中取 求 平衡 点 。 其 ２８的 要 尹 和 停止 ，一路 占空 比信 号 送给 Ａ ８ Ｃ ０ １Ａ ８Ｃ ０ １ 受到 占 Ｔ ９２５；Ｔ ９２５ 接
直流电机调速控制系统设计
直流电机调速控制系统设计1.引言直流电机调速控制系统是一种广泛应用于工业生产与生活中的电气控制系统。
通过对直流电机进行调速控制，可以实现对机械设备的精确控制，提高生产效率和能源利用率。
本文将介绍直流电机调速控制系统的设计原理、控制策略以及相关技术。
2.设计原理直流电机调速控制系统的基本原理是通过调整电压或电流来改变电机的转速。
在直流电机中，电压和电流与转速之间存在一定的关系。
通过改变电压或电流的大小，可以实现对电机转速的调节。
为了实现精确的调速控制，通常采用反馈控制的方式，通过测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流，以达到期望的转速。
3.控制策略开环控制是指在没有反馈的情况下，直接控制输出电压或电流的大小，来实现对电机转速的调节。
开环控制的优点是简单、成本低，但缺点是无法考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，使得控制精度较低。
闭环控制是指在有反馈的情况下，测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流。
闭环控制的优点是能够考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，提高控制精度。
常用的闭环控制策略有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
其中，PID控制是最为常用的一种控制策略，具有调节速度快、控制精度高的优点。
4.相关技术在直流电机调速控制系统的设计中，还需要用到一些相关的技术，如编码器、传感器和驱动器等。
编码器是一种测量旋转角度和速度的装置，可以用来测量电机的转速。
根据编码器的测量结果，可以对电机进行控制。
传感器可以用来检测电机的电流、电压和转速等参数，以获得电机的实时状态。
通过对这些参数的测量和分析，可以实现对电机转速的控制。
驱动器是将控制信号转换为电机运行的电路，可以根据输入的电压或电流信号控制电机的运行状态。
5.总结直流电机调速控制系统是一种重要的电气控制系统，可以实现对机械设备的精确控制。
在设计过程中，需要合理选择控制策略和相关技术，以实现期望的控制效果。
通过不断的研究和实践，可以进一步提高直流电机调速控制系统的性能和稳定性，满足不同领域的需求。
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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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。
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。
1. 主电路原理图1.1主电路方案对于降压斩波电路的选择，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。
这就可以根据所学的buck 降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。
而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。
至于开关的选择，选用全控型的IGBT 管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT 控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。
1.2基本直流斩波电路原理图EmLR图1.1降压斩波电路原理图图1.2 电流连续与断续波形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。
i G i工作原理：（1）t=0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E ，负载电流io 按指数曲线上升。
（2）t=t1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
（3）通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。
1.3数量关系（1）电流连续时 负载电压平均值：EE T tE t t t U α==+=on off on on o式中，ton 为V 处于通态的时间，toff 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比负载电流平均值：R E U I Mo o -=（2）电流断续时，负载电压u 0平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
2. IGBT驱动电路的选择2.1 IGBT简介IGBT 是三端器件，具有栅极G，集电极C和发射极E。
它是个场控器件，通断由栅射极电压Uge决定。
Uge 大于开启电压Uge(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。
通态时电导调制效应使电阻R减小，使通态压降减小。
当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT 关断。
2.2 IGBT驱动电路的条件驱动电路的作用是将芯片输出的脉冲进行功率放大,以驱动IGBT.保证IGBT的可靠工作,驱动电路起着至关重要的作用,对IGBT驱动电路的基本要求如下:(1) 提供适当的正向和反向输出电压,使IGBT可靠的开通和关断.(2) 提供足够大的瞬态功率或瞬时电流,使IGBT能迅速建立栅控电场而导通.(3) 尽可能小的输入输出延迟时间,以提高工作效率.(4) 足够高的输入输出电气隔离性能,使信号电路与栅极驱动电路绝缘.(5) 具有灵敏的过流保护能力.根据要求，对驱动电路进行设计，如图其工作原理：控制电路所输出的信号通过TLP521-1光耦合器实现电气隔离，再经过推挽电路进行放大，从而把输出的控制信号放大。
驱动电路的隔离方式，采用光电耦合式驱动电路比较方便，该电路双侧都有源。
其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测IGBT的电压和电流的状态，对外送出过流信号。
另外它使用比较方便，稳定性比较好。
但是它需要较多的工作电源，其对脉冲信号有1us的时间滞后，不适应于某些要求比较高的场合。
对于光电耦合式驱动电路可以直接用光耦电路进行主电路与控制电路隔离，再把驱动信号加一级推挽电路进行放大使得驱动信号足以驱动IGBT管。
图2.2 驱动电路如图所示，IGBT降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。
一般电气隔离采用光隔离或磁隔离。
光隔离一般采用光耦合器，光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。
本电路中采用的隔离方法是，先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大。
采用的光耦是TLP521-1。
为得到最佳的波形，在调试的过程中对光耦两端的电阻要进行合理的搭配。
3. 控制电路的选择3.1 控制电路方案选择控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。
斩波电路有三种控制方式：1.保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型；2.保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型；3.导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。
因为斩波电路有这三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。
PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。
这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。
改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲是等幅的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制。
反相输入端同相输入端同步输出振荡器输出时基电容时基电阻放电电阻软启动端基准电压+15VB输出+VccGNDA输出关断控制补偿图3.1 SG3525引脚图对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。
因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。
对于PWM发生芯片，我选用了SG3525芯片，其引脚图如图所示，它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。
脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。
振荡器还设有外同步输入端(脚3)。
脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。
该放大器是一个两级差分放大器。
根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。
3.2 SG3525芯片工作原理由于SG3525的振荡频率可表示为 ：)37.0(1d t t R R C f +=式中:t C , t R 分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；d R 是与脚7相连的放电端电阻值。
根据任务要求需要频率为40kHz ，所以由上式可取t C =0.01μF, t R = Ωk 1,d R =Ω600。
可得f=40kHz ，满足要求。
图3.2 控制电路SG3525有过流保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。
因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护，同理也可以用10端进行过压保护，如图所示10端外接过压过流保护电路。
当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而11、14脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出PWM 波。
SG3525还有稳压作用。
1端接芯片内置电源，2端接负载输出电压，通过1端的变位器得到它的一个基准电位，从而当负载电位发生变化时能够通过1、2所接的误差放大器来控制输出脉宽的占空比，若负载电位升高则输出脉宽占空比减小，使得输出电压减小从而稳定了输出电压，反之则然。
4.保护电路的设计4.1 主电路器件保护当达到—定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。
为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。