直流脉宽调速系统设计与研究 - 主电路设计告 - 图文(3)

2019-04-14 23:52

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30-50kHz;因此很小的电路电感就可能引起颇大的Ldic,从而产生过电压,危及IGBTdt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ic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C?0.75?F。

2.2.3 泵升电路参数

如图2.4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=2000?F;电压U=450V;VT选取IRGPC50U 型号的IGBT管;电阻选取R=20?。

3 直流脉宽调速系统控制电路设计

3.1 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H桥中的四个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3-1所示.

图3-1 PWM控制电路

3.2 转速、电流双闭环设计

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图3-2双闭环直流调速控制系统原理图

图中,将转速调节器和电流调节器二者之间实行串级连接。把速度调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。为了获得良好的静、动态性能,转速和电流调节器一般选择PI调节器。 在双闭环直流调速系统的稳态结构图中,转速调节器ASR的输出限幅值决定了电流给定的最大值,电流给定的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。分析系统静特性的关键是掌握PI调节器的特征,PI调节器一般存在两种状况:饱和---输出达到限幅值,不饱和---输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退饱和,此时相当于调节环开环。当调节器不饱和时,PI调节器的作用是使输入偏差电压始终为零。 双闭环直流调速系统的动态结构图如图3-3所示。

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图3-3双闭环直流调速系统的动态结构图

图中 和 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈,在电动机的动态结构图上必须把电流 标示出来。电机在启动过程中,转速调节器经历了不饱和、饱和、退保和三种状态,整个动态过程可分为三个阶段。

直流双闭环调速系统的结构图如图1所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速,达到设计要求。

图3-4 双闭环调速系统的结构图

3.2.1 电流调节器设计

本设计因为 δi% ≥5%且TL/T∑I =23.98/6.7<10。所以 按典Ⅰ系统设计,选PI调节器,其传递函数为:WASR(s)?Ks?is?1i?

如图3-5所示,为电流调节器的结构图。

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图3-5 电流调节器的结构图

(1)、整流装置滞后时间常数Ts:

三相桥式电路平均失控时间Ts = 0.0017s。 (2)、电流滤波时间常数Toi:

三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms,为了基本滤平波头应有(1~2)Toi = 3.33s。则Toi=0.002s

(3)、电流小时间常数T?i:

按小时间常数近似处理:T?i?Ts?Toi?0.0037s

采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器,其原理图如图1所示。图中Ui?为电流给定电压,??Id为电流负反馈电压,调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压Uc。

根据设计要求?i?10%,并保证稳态电流无差,可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,因此可用PI型电流调节器,其传递函数为:

WACR(s)?Ki(?is?1)

?is检查对电源电压的抗扰性能:

Tl0.0062s??1.676 T?i0.0037s电流调节器超前时间常数:?i?Tl?0.0062s

U5取电流反馈系数:??im??3.0VA

Idbl1.5?1.1?

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电流环开环增益:取KIT?i?0.5,因此

KI?0.50.5??135.14s?1 T?i0.0037s

于是,ACR的比例系数为:

Ki?KI?iR135.14?0.0062?52.5??0.3666 Ks?40?3.0校验近似条件电流环截止频率:?ci?KI?135.14s?1 晶闸管整流装置传递函数的近似条件:

11??196.1s?1??ci,满足近似条件。 3Ts3?0.0017s忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件:

311?3?79.06s?1??ci,满足近似条件。 TmTl0.12s?0.012s电流环小时间常数近似处理条件:

1111??180.8s?1??ci,满足近似条件。

3TsToi30.0017s?0.002s按所用运算放大器取R0?40k?,各电阻和电容值为:

Ri?KiR0?0.3495?40k??13.98k?,取14k?

Ci??iRi?0.012?6F?0.86?10F?0.86?F,取0.86?F 314?10Coi?

4Toi4?0.002?6?F?0.2?10F?0.2?F,取0.2?F 3R040?103.2.2 转速调节器设计

在设计转速调节器时,可把已设计好的电流环看作是转速调节系统中的一个环节。为此,需求出它的等效传递函数:

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