双极模式直流PWM电动机驱动电源的设计.doc

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1、天津理工大学自动化学院课程设计报告题目：双极模式直流PWM电动机驱动电源的设计学生姓名许彪学号20120775年级2012班级电气2班指导教师陈鹏专业电气工程及其自动化16说明1.课程设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。2.学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成课程设计工作。3.设计报告内容建议主要包括：设计概述、设计原理、设计方案分析、软硬件具体设计、调试分析、总结以及参考资料等内容。4.设计报告字数应在3000-4000字，图纸设计应采用电子绘图。文字

2、规范，正文采用宋体、小四号，1.25倍行距。5.课程设计成绩由平时表现（30%）、设计报告（40%）和答辩成绩（30%）组成。课程设计评语及成绩汇总表成绩平时成绩报告成绩答辩成绩总评成绩课程设计评语16设计概述1主电路设计说明1.0主电路设计说明二极管整流桥把输入的交流电变为直流电。四只功率器件构成H桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到正或负的直流电压。主电路作为电能变换的功率平台已事先已经由学校做好做好，因此主电路部分只需要进行理论设计，而不用实际制作。主电路设计原理图如图1所示。该电路由两部分构成：单相不控桥式整流电路和全桥全

3、控可逆斩波电路。交流市电220V经变压器降压后通过四只二极管构成的整流桥整流为直流电，经电容滤波后可作为直流电压源，作为主电路的工作电源及控制电路的稳压电源输入电压。闭合开关S1、S2，四只功率器件（如IGBT）构成的H桥斩波电路在PWM脉冲驱动信号控制下，根据占空比的不同，在电机两端产生或正或负、电压值不等的驱动电压，从而控制电机的正反转及调速。图1直流PWM驱动电源的主电路设计原理图双极式H型可逆PWM变换器的电路原理图中四个功率场效应管的基极驱动电压分为两组。VT1和VT4同时导通和关断，其驱动电压Ub1=Ub4；VT2和VT3同时

4、动作，其驱动电压Ub2=Ub3=－Ub1。它们的波形见图2。16图2双极式PWM变换器电压和电流波形在一个开关周期内，当0≤t＜ton时，Ub1和Ub4为正，功率场效应管VT1和VT4导通；而Ub2和Ub3为负，VT2和VT3截止。这时，＋Us加在电枢AB两端，UAB＝Us，电枢电流id沿回路1流通。ton≤t＜T时，Ub1和Ub4变负，VT1和VT4截止；Ub2、Ub3变正，但VT2、VT3并不能立即导通，因为在电枢电感释放储能的作用下，id沿回路2经VD2、VD3续流，在VD2、VD3上的压降使VT2和VT3c~e极承受着反压，这时，

5、UAB＝－Ub。UAB在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形示于图3。由于电压UAB的正、负变化，使电流波形存在两种情况，如图3中的id1和id2。id1相当于电动机负载较重的情况，这时平均负载电流大，在续流阶段电流仍维持正方向，电机始终工作在第一个象限的电动状态。id2相当于负载很轻的情况，平均电流小，在续流阶段电流很快衰减到零，于是VT2和VT3两端失去反压，在负的电源电压（－Us）和电枢反电动势的合成作用下导通，电枢电流反向，沿回路3流通，电机处于制动状态。与此相仿，在0≤t＜ton期间，当负载轻时，电

6、流也有一次倒向。这样看来，双极式可逆PWM变换器的电流波形和不可逆但有制动电流通路的PWM变换器也差不多，怎样才能反映出“可逆”的作用呢？这要视正、负脉冲电压的宽窄而定。当正脉冲较宽时，ton＞T／2，则电枢两端的平均电压为正，在电动运行时电动机正转。当正脉冲较窄时，ton＜T／2，平均电压为负，电动机反转。如果正、负脉冲宽度相等，ton＝T／2，平均电压为零，则电动机停止。图3所示的电压、电流波形都是在电动机正转时的情况。16双极式可逆PWM变换器电枢平均端电压用公式表示为：以ρ＝Ud／Us来定义PWM电压的占空比，则ρ与ton的关系为

7、：调速时，ρ的变化范围变成－1≤ρ≤1。当ρ为正值时，电动机正转；ρ为负值时，电动机反转；ρ＝0时，电动机停止。在ρ＝0时，虽然电机不动，电枢两端的瞬时电压和瞬时电流却都不是零，而是交变的。这个交变电流平无值为零，不产生增均转矩，徒然增大电机的损耗。但它的好处是使电机带有高频的微振，起着所谓“动力润滑”的作用，消除正、反向时的静摩擦死区。双极式PWM变换器的优点如下：（1）电流一定连续；（2）可使电动机在四象限运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速时，每个功率场效应管的驱动脉冲仍较宽，有利于保证功率场效应管可靠导通

8、；（5）低速平稳性好，调速范围可达20000左右。双极式PWM变换器的缺点是：在工作过程中，四个功率场效应管都处于开关状态，开关损耗大，而且容易发生上、下两管直通（即同时导通）的事故，降低了装