PWM发生器设计ppt课件.ppt

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1、PWM发生器设计姓名:专业:控制工程指导老师:2012.11.03主要内容一、项目简介二、项目原理三、实践环境四、项目方案五、项目实施过程六、结论一、项目简介什么是PWM?脉冲宽度调制(PWM),简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉宽调制PWM控制技术在逆变电路中有着非常差广泛地应用,对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的的逆变电路中,绝大部分都是PWM型逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在

2、逆变电路中的应用,才发展的比较成熟,从而确定了它在电力电子技术中的重要地位。PWM波的应用二、PWM基本原理面积等效原理我们可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。这些脉冲宽度相等,都等于π/N,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到一组脉冲序列。这就是PWM波形。二、国内外研究现状1、国外研究现状20世纪30年代,就有人开始研究用电子换向来

3、代替机械换向器,并取得了一定成果。但由于当时电力器件制造水平的限制,没有得到推广应用。1955年,美国人D.Harrison等首次申请了应用晶体管换相线路代替有刷直流电动机机械换向装置的专利,标志着现代无刷直流电动机的诞生。20世纪70年代以后,电力电子技术蓬勃发展,使得无刷直流电机的驱动控制电路的可靠性和稳定性得到极大提高,此时使用的电力电子器件主要是晶闸管。80年代中期以后,第二代电力电子器件GTR(GiantTransistor)、GTO(GateTurnOffthyristor)等相继出现

4、并应用于逆变器,大大提高了其性能。90年代,功率MOSFET、IGBT等电压全控器件为代表的发展阶段,可直接用集成电路进行驱动,高频特性更好,在此阶段器件制造技术进入了和微电子技术相结合的初级阶段。90年代末至今,电力电子器件的发展进入了第四代,已经实用化的主要有:高压IGBT器件、IGCT(InsulatedGateControlledTransistor)、IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)和SGCT(SymmetricalGateCommutatedT

5、hyristor)。第四代电力电子器件模块化更为成熟,为逆变器实现智能化、高频化、小型化等创造了条件。2、国内研究现状国内电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近。有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速,只是选用驱动电路、集成电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上的差别。元器件和电路上的差异,构成了控制器性能上的不大相同。我国在中小功率无刷直流电机方面已从研究阶段步入生产阶段。但是我国在大功率无刷直流电机方面的研究尚处在起步阶段,据资料显示我国目前自行设计的用于驱动系统的无

6、刷直流电动机最大功率为200kW,与国外技术尚有较大差距。三、预期目标1、大功率控制器下各个功能的完善和实现,主要包括:自动巡航、刹车断电、电子制动、电子防盗、三档位选择、过流保护、峰值保护、限流保护。2、对PID控制算法以及改进型的智能PID算法进行对比研究,得到一种适用于大功率电机控制的算法。3、在国内外期刊上发表一篇研究论文。四、研究的主要内容1、无刷直流电机的结构、工作原理本课题采用有位置传感器的无刷直流电机作为样机,在电机的内部安装有霍尔位置传感器,用来检测转子在运行过程中的位置变换,转

7、子位置传感器与电子换向线路替代了有刷直流电动机的机械换向装置。图1无刷直流电机结构图当无刷直流电机的定子绕组的某一相通以电流时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢位置信息变换成电信号,去控制功率驱动电路,从而使各相定子绕组按照一定的次序导通。驱动电路中的功率开关器件的导通次序是与转子转角同步的,从而起到了机械换向器的换向作用。直流无刷电动机的电子开关线路是用来控制电动机定子上各相绕组通电的逻辑顺序和先后时间,主要由功率电子器件的逻辑开关

8、单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。图2直流无刷电机组成原理图三相星形结构的无刷电机采用两相导通六状态控制方式,在运行时只有两相绕组导通,第三相绕组处于悬空状态。三相逆变电路高压侧与低压侧都只有1个功率开关器件导通,也就是其中一相的2个功率开关器件始终处于关断状态。图3无刷直流电机工作原理和控制方案2、主要硬件电路(1)驱动电路本课题采用三相桥式逆变驱动电路,驱动直流无刷电机就是合理驱动各桥臂功率管的开断,使其按次序导通,从而使电机运转。(2)温度控制模块温度控制是电机控制器

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1、PWM发生器设计姓名:专业:控制工程指导老师:2012.11.03主要内容一、项目简介二、项目原理三、实践环境四、项目方案五、项目实施过程六、结论一、项目简介什么是PWM?脉冲宽度调制(PWM),简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉宽调制PWM控制技术在逆变电路中有着非常差广泛地应用,对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的的逆变电路中,绝大部分都是PWM型逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在

2、逆变电路中的应用,才发展的比较成熟,从而确定了它在电力电子技术中的重要地位。PWM波的应用二、PWM基本原理面积等效原理我们可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。这些脉冲宽度相等,都等于π/N,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到一组脉冲序列。这就是PWM波形。二、国内外研究现状1、国外研究现状20世纪30年代,就有人开始研究用电子换向来

3、代替机械换向器,并取得了一定成果。但由于当时电力器件制造水平的限制,没有得到推广应用。1955年,美国人D.Harrison等首次申请了应用晶体管换相线路代替有刷直流电动机机械换向装置的专利,标志着现代无刷直流电动机的诞生。20世纪70年代以后,电力电子技术蓬勃发展,使得无刷直流电机的驱动控制电路的可靠性和稳定性得到极大提高,此时使用的电力电子器件主要是晶闸管。80年代中期以后,第二代电力电子器件GTR(GiantTransistor)、GTO(GateTurnOffthyristor)等相继出现

4、并应用于逆变器,大大提高了其性能。90年代,功率MOSFET、IGBT等电压全控器件为代表的发展阶段,可直接用集成电路进行驱动,高频特性更好,在此阶段器件制造技术进入了和微电子技术相结合的初级阶段。90年代末至今,电力电子器件的发展进入了第四代,已经实用化的主要有:高压IGBT器件、IGCT(InsulatedGateControlledTransistor)、IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)和SGCT(SymmetricalGateCommutatedT

5、hyristor)。第四代电力电子器件模块化更为成熟,为逆变器实现智能化、高频化、小型化等创造了条件。2、国内研究现状国内电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近。有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速,只是选用驱动电路、集成电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上的差别。元器件和电路上的差异,构成了控制器性能上的不大相同。我国在中小功率无刷直流电机方面已从研究阶段步入生产阶段。但是我国在大功率无刷直流电机方面的研究尚处在起步阶段,据资料显示我国目前自行设计的用于驱动系统的无

6、刷直流电动机最大功率为200kW,与国外技术尚有较大差距。三、预期目标1、大功率控制器下各个功能的完善和实现,主要包括:自动巡航、刹车断电、电子制动、电子防盗、三档位选择、过流保护、峰值保护、限流保护。2、对PID控制算法以及改进型的智能PID算法进行对比研究,得到一种适用于大功率电机控制的算法。3、在国内外期刊上发表一篇研究论文。四、研究的主要内容1、无刷直流电机的结构、工作原理本课题采用有位置传感器的无刷直流电机作为样机,在电机的内部安装有霍尔位置传感器,用来检测转子在运行过程中的位置变换,转

7、子位置传感器与电子换向线路替代了有刷直流电动机的机械换向装置。图1无刷直流电机结构图当无刷直流电机的定子绕组的某一相通以电流时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢位置信息变换成电信号,去控制功率驱动电路,从而使各相定子绕组按照一定的次序导通。驱动电路中的功率开关器件的导通次序是与转子转角同步的,从而起到了机械换向器的换向作用。直流无刷电动机的电子开关线路是用来控制电动机定子上各相绕组通电的逻辑顺序和先后时间,主要由功率电子器件的逻辑开关

8、单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。图2直流无刷电机组成原理图三相星形结构的无刷电机采用两相导通六状态控制方式,在运行时只有两相绕组导通,第三相绕组处于悬空状态。三相逆变电路高压侧与低压侧都只有1个功率开关器件导通,也就是其中一相的2个功率开关器件始终处于关断状态。图3无刷直流电机工作原理和控制方案2、主要硬件电路(1)驱动电路本课题采用三相桥式逆变驱动电路,驱动直流无刷电机就是合理驱动各桥臂功率管的开断,使其按次序导通,从而使电机运转。(2)温度控制模块温度控制是电机控制器

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