基于智能功率模块的直流调速系统设计孙谊等基于智能功率模块的直流调速系统设计‘孙谊‘张晓冬杨延麟北京交通大学电气工程学院北京河南理工大学万方科技学院河南焦作摘要」文章应用。针对额定电压为。额定电流为、,额定转速为的直流他励电动机进行直流调速系统设计系统采用可逆电流转速双闭环控制主电路设计为,,型双极式结构功率管选用率组件基于技术先进结构轻便的原则系统选用两块集成芯片智能功率模块、、将输出功同样将生成和驱动电路多种保护电路集成在同一模块内而集成控制器。波的所有器件及其驱动和保护集成起来大大简化了系统结构操作也比较容易关键词「直流调速技术智能功率模块中图分类号〕文献标识码随着电力电子技术和控制技术的发展现多采用直流脉冲宽度调制的品闸管一电动机、,变换器脉宽调制器、等组成。型调速系统一。与传统。直流调速系统相比它具、、、利用智能功率模块构成主电路智能功率模块有调速范围宽稳速精度高响应速度快等优点。,特别是大功率的普通晶闸管门极关断晶闸管绝钾能功率模块是以为功率器件的新型模块。,简称缘栅双极靛体管的相继问世促使其生产水平已达到弓、这种功、,组成的变换器可以用来、率模块是将输出功率组件、和驱动电路多种驱动卜千千瓦的电动机广泛用于交通仁矿企业保护电路集成在同一模块内并可将监测到的过压过热等故障信号送给控制电路即使发生过载等电动传动系统中因此对,,调速系统的进一、。步研究对解决传统直流调速系统调速精度低稳或使用不当也可保证,自身不受损坏。与普通步的提。定性差的难题具有重要意义,相比在系统性能和可靠性上有进一系统构成原理框图本文设计的一个直流一高而且由于调速系统闭环系,,通态损耗和开关损耗都比较低使散热器的尺寸减小故使整个系统尺寸减小的选用系统调速的电动机额定电压为流为功率电机块。、统可以获得比开环系统硬得多的稳态特性在保证一定静差率的要求下提高调速范围因此系统采额定电,可见它的额定功率小于为小系用可逆转速电流双闭环控制主电路设计为双极式结构此系统选用、、型。需选择低频三相。的智能功率模系列即的直流他励。东芝公司的低频运行的电动机额定转速为、、设计时保持技术。列它们均为单元逆变模块以下,其中,先进便于操作结构轻便的原则图如图系统的原理框、是一种用于低频运行的围工模块适用于小功率范。所示。它由直流电动机双极式桥应用非常适用于本次设计一匀争卜知切叫曰墨一二的、部等效电路图如图、、所示,。其中管脚是控制电源外接输人典型、、、旧岑缨岁值为士、管脚、、、是控制芯片的地,信号管脚、是控制信号。路,信号经光藕隔离后分别供给这些控制端子进一步图直流脉宽调速系统原理框图控制功率器件的开通和关断脚是故障输出仪器仪表与分析监测》年第期、、。、、・、一月帕召闰月一。卫・脉宽调制器、叭召一如果利用专用集成控制器芯片,,「使电处一。。路简单符合本次设计原则在此设计才二二各,,选专用集召丫「「式、一一一一一一一一一一一一一一一一一成系列集成一一。控制器作为。。乡控制器是频率固定的单片集成脉宽其中,扛一子,引、。丫勺一、、入。,丫・、、。调制型控制器的一个系列使用温度为为。・为一考虑到散热温度较高系统选集成。厂卜一一匕斗一一一一子一一一一卜人仁一不件一一叶拧制’部分图竺一分控制器的内部结构框图如——内部等效电路图所示口压欠定器电器锁卫入日一里信号号。、’,发生故漳时该端输出一低电平信。扫端和是变频器主电路的直流侧正负电压交流电经整流滤波后加在该端上。…于输人端哭管脚、、口日团口国是‘。负载相连的三相输出端系统主电路用图丁沙构成的主电路图如图,所示。‘为光锅隔离器件,。,选择。圳图二为双路光电祸合器是一种完全对称特性的光电模拟信号隔离器后送给源集中供电。控制信号经。隔离的信号控制上桥臂三个单元的集成控制器的内部结构框图控制电源分别单独供电下桥劈三个单元的控制电故障信号。、输出经隔离后再给控制电路在。的直流输人端并接一电容。由构成的脉宽调制电路如图所示。以滤除噪声干扰的直流输人端电压可直接从交流整流滤波后引人兰洲月门、土沪兴阳日与卜广、一飞佩一一丁匣、价办石故障信弓例图系统主电路图图构成的脉宽调制电路。,控制电路设计由于主电路中采用了晶体管基极的驱动器,,系统控制器输出的控制脉冲电压和它已经集成了电力,和从卜脚的上跳时间由一个锯齿波电压。的谷十点时刻确定即。和总是在锯齿波电压。取与瞬时动作限流保护环节控制。最小值时由逻辑低电平上跳为逻辑高电平证〕,为保可实现对直流电动机的和不同时出现逻辑高电压每间隔一个锯基于智能功率模块的直流调速系统设计、孙谊等齿波出现一次控制下输出,。和图,。的频率设置为锯齿波电引脚和反相输人十引脚间接有一构成的比例,压频率的二分之一和。中触发器在脉冲积分反馈网络输出电压。值上升一的上升使,两个二分频计数脉冲分别至不的交点时刻锯齿波上升沿交点后移、。同或一或非门目地。输人端即可达到上述频率设置的,和。脉冲宽度均变宽如‘时刻波形所脉冲出现的时刻与锯齿波峰点对齐。示的滤波平均值电压,。按比例积分规律增后沿下跳时刻与谷点对齐这样可保证与锯齿的同步同大零增大使电机转速回升当电机转速回升到所对应的稳定状态时△,波的同步同频率变化频率设置功能由,与锯齿波振荡器完成。设定值,调节为。实际是由一停止比例积分变化系统进人新的稳态运行中已经设置,,双门限比较器将锯齿波电压整形后的输出。。逻辑延时环节《虽然在集成控制器与系统工作波形如图所示短路保护但为了避,免系统一旦发生上下桥臂直通就发出故障信号从而使比较稳定。关断系统中止运行的频率太高还是必须在控制电路中设置延时电路这样能使系统运行放大及延时保护电路如图所示。、。曰…,洲…。,一图放大及延时保护电路电流调节器・和转速调节器电流调节器可以直接利用中的的,运算放大器组成将电流反馈接到、脚,脚补偿可经过图。见图。连接到脚于是构传感。二各点波形与输入电压波形斩波调压波形图振荡器分相’成了一个电流调节器电流反馈可通过一个电流比较器输出波形传感器反馈过来电流传感器采用北京器公司生产的霍尔传感器型号为速调节器也采用型转速调节器如图。锁存器输出波形分相器端输出波形器端输出波形端输出波形和输出‘转。输出输出所示。输出端输出波形端输出波形斩波调压波形系统的自动调节过程分析如下调节一电位器使误差放大器输出一固定的一电压在的谷点和一与和、交点对应的区间脚并接获。内有固定的。脉冲,。输出到功率驱动电路主开关管以某固定脉宽斩波输出滤波输出一个由,。调节确定的,。直。流电压值到直流电机电机保持某稳定转速运行图转速调节器当电机因某种扰动因素使转速发生变化时例如,整流滤波电路交流和负载变化使转速下降则由系统检测反馈的电压值跟随下降反馈电压值使误差放大器要经整流滤波后才能加在,,的。一反相一脚上故在此要进行整流滤波电路的设计,输人端电位下降误差电压△一一,的电源电压一般由不可控整流电源提供因为电动机功率比较小可以选择单相桥式电路来进行整流滤波。增大方向由的比例积分运算指向一,误差放大器对△误差放大器的输出整流滤波电路如图所示。下转第页一一基于模式的远程虚拟仪器技术刘倩等,相对误差为。。量研究,自动化技术与应用,取系统集成误差的非线性误差则总七一的误差为二一。自仕乃厂厂习曾为门「伪日陈培锋李超基于二光学与光电术,,,的微小位移测了。一产。艺十一一产,。量研究一结果表明当薄膜阳极移动的距离统的总误差时系昌爱民光斑模式对光技术一定位的研究巨〕激,刘亚民工坚鱼明哲基于,技术的炮口,结论是一种基于非均匀半导体横向光电效应的光电器件当偏移量测量方法研究巨口中国测试技术,一敏感面受到光斑照射时其敏,。,仁黄贤武郑筱霞曲波等传感器实际应用电路设计社,,,,感而上将建立起与光斑位置相关的横向电压在外接电路的作用下会形成两极流动的电流于〕成都电子科技大学出版本文基位置测量系统的,作原理设计了薄膜夹具张新五爵树二维光电位置传感器电场发射的测量系统该系统成本低在较大光敏区面积上达到了相当的精度能够满足测量需要,。极结构的设计巨一集成电路通讯〕北京「参考文献范志刚光电测试技术出版社电子业巨」周保长陈培锋等基于的微小角度测上接第页扰性还可有效克服以往直流调速中谐波大功率因数低的问题是一种节能的调速方案在应用中取得了令人满意的结果。、,土户下扮参考文献“甲仁」陈伯时电力拖动自动控制系统「」北京机械二业出版社,入巨」吴守裁减英杰电气传动的脉宽调制控制技术仁」北京机械工业出版社,。。巨」廖晓钟电气传动与调速系统仁〕北京中国图整流滤波电路电力出版社,压」郭永贞智能功率模块及其在功率变换器中结论本次设计的直流调速系统与由晶闸管相的应用仁」半导体技术,,一〕于福振吴玉广智能功率模块及其应用微电机口一控整流构成的直流调速系统的区别在于主电路和控制电路。至于闭环控制系统静动态分析。、」李宏电力电子设备用器件与集成电路应用指南控制用集成电路册出版社和设计基本相同在提高主电路驱动能力完善相系统还可用于一般直流电调速系统结构简单省去了复杂,,」北京机械工业叮,应的保护电路后机的调速。「曹玉平阎祥安智能功率模块及应用仁叨自动化与仪器仪表,原理巧一的换流装置因此体积小成本低加之采用完成直流电动机,,来调速控制器不仅简化了系、,统结构提高了系统性价比灵活性可靠性和抗干、
