电力电子设计报告.doc

JIU JIANG UNIVERSITY 电力电子技术 课程设计 题 目 全桥式直流斩波器 院 系 电子工程学院 专 业 自动化 姓 名 年 级 指导教师 2013年6月14日 摘 要 在电力拖动系统中，调节电压的直流调速是应用最广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管整流器获得可调直流电压外，还可利用其它电力电子元件的可控性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成极性可变，大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢两端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统，PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。脉宽调制技术应用于直流电机调速系统，可以减少主回路电子器件，产生性能良好的输出电流，从而达到精度比较高、调速范围宽的良好需求。 随着电力电子器件的迅速发展，采用门极可关断晶体管GTO、全控电力晶体管GTR、P-MOSFET、绝缘栅晶体管IGBT等一些大功率全控型器件组成的晶体管脉冲调宽型开关放大器（Pulse Width Modulated）,已逐步发展成熟，用途越来越广。 关键词：调速；PWM控制技术；直流电动机；仿真 引 言 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉宽宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性：1）主电路简单，需用的电力电子器件少。2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。3）低速性能出极性，稳定精度高，调速范围宽，可达1:10000左右。4）若与快速响应的电动机配合，则系统的频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。而且电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。 因此，近年来，电气传动的PWM控制技术已成为电气传动等自动控制技术的热点之一，并且广泛的应用于直流电机的调速系统。 调速系统包括直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通之间的耦合较弱，使直流电动机具有良好的机械特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，故其在20世纪70年代以前一直在高精度、大调速范围的传动领域内占据主导地位。但随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显示出来。从20世纪80年代起，在电气传动自动化领域中出现了一个革命性的变化，这就是交流电动机调速技术取得了突破性进展。有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。 控制技术已居世界先进水平。但由于造价较高，目前在国内应用局限性较大，在较短的时间内难以取代较为落后的直流调速。相对而言PWM直流调速系统主电路线路简单，功率元件少，开关频率高，其控制水平从1000Hz可达到4000Hz，电机电流连续，低速性能好，谐波少，稳态精度高，脉动小，损耗和发热都较小，调速范围宽，调速系统频带宽，快速响应性好，动态抗扰能力强直流电机脉冲宽度调制调速系统产生于70年代中期.最早用于不可逆、小功率驱动,例如自动跟步研究，在调速精度要求较高的场合，对解决传统直流调速系统调速精度低、稳定性差的难题，具有广泛的意义和价值。 摘 要 I 引 言 I 目 录 I 1 设计要求及方案论证 1 1.1 设计要求 1 1.2 方案论证 1 2 直流斩波的原理 1 2.1 全桥式可逆斩波 1 2.1.1 双极性斩波控制 1 2.2 TL494脉冲宽度调制电路 1 2.3 H桥驱动电路设计 1 3 直流电机PWM调速控制原理 1 4 全桥直流斩波的仿真分析 1 4.1 MATLAB仿真与Sumilink 1 4.2 仿真模块 1 4.2.1 直流电动机模型 1 4.2.2 PWM子模块 1 4.2.3 universal bridge模型 1 4.3 仿真电路图 1 总结体会 1 参考文献 1 1 设计要求及方案论证 1.1 设计要求 本设计是用全桥式直流斩波实现直流调压，设置直流电动机的参数如下： 电枢电阻为3.4Ω 电枢电感为60.1mH 转动惯量为0.014k