IGBT组成的直流斩波调速系统设计

来源:互联网 编辑:李元芳 手机版

目录

1. 课程设计目的

1

2. 课程设计要求

1

3. 设计内容

1

3.1调速系统方案确定

1

3.2主电路计算

2

3.2.1整流变压器计算

2

3.2.2整流元件选择

2

3.2.3滤波电容选择

2

3.2.4 IGBT选择

2

3.2.5保护元件的选用

2

3.2.6反馈电路参数选择

2

3.3控制电路参数选择

2

3.3.1振荡器选择

2

3.3.2电阻的选择

2

3.3.3放大器的参数选择

2

3.3.4选择

2

3.3.5继电接触器电路的选择与计算

2

4. 设计总结

2

参考文献

2

附 录

2

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:,电压连续可调,稳压精度小于,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斩波频率和脉冲宽度,由于它输出最大电流为,因此,不用驱动放大电路即可满足控制要求,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。

3.2主电路计算

斩波调压主电路如下图所示。

3.2.1整流变压器计算

一般情况下,整流装置所要求的交流供电电源与电网电压不一致,因此需要使用整流变压器。此外,整流变压器还可减小电网和整流装置的相互干扰。

已知条件:①一次电压;②整流电路接线方式和负载性质;③整流输出电压和电流。

计算参数:①二次相电压和相电流;②一次相电流;③一次侧容量、二次侧容量和平均容量

的计算

考虑占空比为

考虑裕量

②一、二次电流计算

变比

考虑空载电流 取

③变压器容量计算

3.2.2整流元件选择

二极管承受最大反向电压,考虑3倍裕量,则,取

该电路整流输出接有大电容,而且负载也不是纯电感负载,但为了简化计算,仍按电感负载进行计算,只是电流裕量可适当取大些即可。

故选ZP10-5整流二极管4只,并配散热器。

3.2.3滤波电容选择

一般根据放电时间常数计算,负载越大,要求纹波系数越小,电容量也越大。一般不作严格计算,多取以上。因该系统负载不大,故

耐压按,取

即选用电容器。

为滤除高频信号,取,耐压

3.2.4 IGBT选择

,取3倍裕量,选耐压为以上的IGBT。由于IGBT是以最大值标注,且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系,故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜。为此选用的IGBT,并配以相应散热器即可。

3.2.5保护元件的选用

⑴变压器二次侧熔断器选择

由于变压器最大二次电流,故选用熔芯即可满足要求。应选用熔断器,熔断器的结构形式可根据设备结构而定。

⑵IGBT保护电路选择

1)电容的选择

一般按布线电感磁场能量全部转化为电场能量估算。即

式中—主回路布线电感

—IGBT关断时集电极电流

—缓冲电容量电压稳定值,由IGBT安全工作区确定

—直流电源电压

可由实测确定。这里可按估算。为保证保护可靠,可取稍低于IGBT耐压值为宜,这里取进行计算。取,得

、耐压(略大于)。

2)缓冲电阻计算

要求IGBT关断信号到来之前,将缓冲电容器所积蓄的电荷放完,以关断信号之前放电为条件,其计算公式如下:

不能太小,过小会使IGBT开通时的集电极初始电流增大,因此,在满足上式条件下,希望尽可能选取大的电阻值。

为开关频率、IGBT最大开关频率为,实际使用在以内,这里取

则有

吸收电阻功率

,即选用电阻即可。

3)缓冲电路二极管

用于高频电路中,故应选用快速恢复二极管,以保证IGBT导通时很快关断。

电流定额可按IGBT通过电流的试选,然后由调试决定。

3.2.6反馈电路参数选择

①电压反馈总电阻一般取几千欧至几十千欧为宜

过小损耗大,过大又会使电压反馈信号内阻加大。故取。考虑一定的功率裕量,可取一个固定电阻与一个电位器串联即可满足要求。电位器上分得电压,完全能满足反馈电压的需要。

②反馈电路滤波电容的选择

放电时间常数为

式中电压周期,取

因控制电路采用CW494,其锯齿波电压最大值为,故反馈电压最大为,对应电位器电阻应为。则

。因控制电路电源电压为,故取、耐压为

③电流反馈电阻及滤波电容的选择

因负载不大,可采用电阻取样。一般采样电阻压降应小于,即小于。取

,取

电流截止反馈电位器及过流继电器保护取样电位器均取实芯电位器即可。

3.3控制电路参数选择

控制电路如下图所示。

3.3.1振荡器选择

、耐压

3.3.2电阻的选择

由于CW494内部有两个放大器,其中右边一个不用,为防止干扰信号使该放大器饱和输出,而影响另一放大器工作。可取,并使输入端短接接地,反馈电阻

3.3.3放大器的参数选择

。为防止开环,可在2、3脚间再接一个电阻。

3.3.4选择

一般取,IGBT电流定额越大,值越小。IGBT选,取

。一般取值与相等即可。

3.3.5继电接触器电路的选择与计算

IGBT组成的直流斩波调速系统电气原理总图如下图所示。

由主电路取样,过电流保护环节取稍大于电流截止反馈电流动作。如电路电流等于时电流截止反馈起作用,则可调主电路电流,(取样电压最大值)时,让过电流继电器动作,接触器KM失电,切断主电路电源。稳压管均取,当时使三极管饱和导通,三极管电流定额可根据继电器电流选择。若选用JRX-13F,线圈电压为,电阻,当加电压时,电流为。故选耐压为,集电极电流为的3DG12B三极管即可满足要求。因变压器一次电流为,选的接触器即可。

4. 设计总结

参考文献

[1] 竺可桢. 物理学[M]. 北京:科学出版社,1973.

[2] 张昆,冯立群,余昌钰,等. 机器人柔性手腕的球面齿轮设计研究[J]. 沈阳工业大学学报,1994, 34(2): 1-7.

[3] Chen Z F, Shi H Y, An Y J. Globally convergent approach based on chaotic theory for underwater robot motor optimization [A].International Conference on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing [C]. Chansha, 2003. 996-1001.

[4] 郑开青. 通讯系统模拟及软件[D].北京:沈阳工业大学无线电系,1987.

[5] 姜锡洲. 一种温热外敷药制备方法[P].中国:881056073,1980-07-26.

[6] 中华人民共和国国家技术监督局. GB3100~3102. 中华人民共和国国家标准-量与单位[S].北京:中国标准出版社,1994-11-01.

[7] 萧钰. 出版业信息化迈入快车道 [EB/OL] . [2002-04-15] . http://www.creader.

com/news/20011219/200112190019.html.

[8] 姜英敏. 国际理解教育的发展及其问题[N].中国教育报,2007-05-05(3).

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