振荡式微型电动机三相梯形波电源.docVIP

振荡式微型电动机三相梯形波电源 仿真设计 一，设计要求与技术指标 1移相式微型电动机三相梯形波驱动电源的输入直流电压为30V，输出三相交流电压14V，频率为500HZ，电流为200mA，三相电压不对称度2%，频率稳定度10-2～10-3，正弦波失真度为1%。 2积分式微型电动机三相梯形波驱动电源的输入直流电压为V1=30V，输出三相交流电压14V，频率为500HZ，电流为1A，频率稳定度2×10-2，电压稳定度1%，三相梯形波驱动电源的转换效率高达85%。 二、技术背景 与正弦波驱动电源相比，梯形波驱动电源具有转换效率高、对称度好、波形失真度小等特点。利用具有过电流保护和过热保护等环节的集成功率放大器构成有源移相器和积分器,再由三个相同的有源移相器和积分器分别构成闭环电路,产生梯形波振荡,将直流电变换成对称的三相梯形波交流电,并采用EWB软件进行研究 三、原理与电路设计 . 与正弦波驱动电源相比，梯形波驱动电源具有转换效率高、对称度好、波形失真度小等特点。利用具有过电流保护和过热保护等环节的集成功率放大器构成有源移相器和积分器，再由三个相同的有源移相器和积分器分别构成闭环电路，产生梯形振荡，将直流电变换成对称的三相梯形波交流电，并采用EWB软件进行研究。 1移相式微型电动机三相梯形变流电源。 移相式微型电动机三相梯形波驱动电源的基本单元如图1所示，集成功率运算放大器AR1和外围元件R1、R2、R3，电容C1构成有源移相器，其频率特性为 （1） 其幅频特性为 （2） 其相频特性为 （3） 其对数幅频特性为 （4） 若取，并带入式3，4可得有源移相器的增益A(ω)=1 ，是移相器构成正弦波振荡器的幅值平衡条件；相移，是移相器构成正弦波振荡器的相位平衡条件。为产生梯形波振荡。须使，并保证相位平衡条件，利用集成运算放大器的非线性限幅特性，产生梯形波输出。根据该条件选，，，，如图所示，这时集成运放的静态增益A(ω)=(100/5.1)=19.62。通过计算机仿真，可在虚拟扫频仪上观察到有源移相器的幅频特性曲线和相频特性曲线。当输入正弦波时，输出的梯形波如图所示。 图中，显示梯形波的相位超前输入正弦波的相位角，其频率为405Hz，幅值受集成运算放大器的非线性特性限制。 图所示是具有直流电源的有源移相器仿真电路，由直流电源V1和电容C7、C8、C9、C10组成，对有源移相电路提供正、负15V电压。直流电压V1，通常由单相交流电源经过变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等环节后获得。具有直流电源的有源移相器的输入输出波形如图所示。 将三个图所示的有源移相器级联，并将AR3的输出端与AR1连接，形成闭环电路，如图所示，其环路增益AF?1，环路相移。该电路产生梯形波振荡，在AR1，AR2，AR3的输出端U，V，W产生对称的三相方波电压UU、UV、UW。通过计算机仿真，在虚拟示波器上观测到UU、UV、UW波形如图所示。 微型电动机的功率因数较低，电流滞后角较大，图中整流管D1～D6，构成续流电桥；电阻R10、R11、R12和电容C4、C5、C6构成负载的无功功率补偿电路，电阻R10、R11、R12兼有限制输出电流的作用，避免无意中瞬间短路可能造成的电源控制微码的损坏。 2 积分式三相梯形波电源 若将图中的R2、R5、R8去掉，三个运算放大器变为三个对称的积分电路，得到图所示的积分三相梯形波变流电源。当每级积分器产生的附加相移，即可满足梯形波振荡的相位条件，梯形波振荡的幅值条件因积分器的静态增益为无穷大而自动满足。 若集成运算放大器的工作电压为，由C4和C5分压取得。电阻R1=R3=R5=R,电容C1=C2=C3=C，由反向输入的积分电路原理可知，流入积分电容的电流I在积分过程中恒定不变，即I=E/R，因而梯形波的前、后沿是线性变化的。若集成运算放大器在梯形波的半个周期T/2内有工作在开关状态，梯形波的前后沿占。电路的时间积分常数，当时，电容器上的电压由0线性变化到－E，表示为 由式得积分式梯形波电源得周期T＝12RC，频率f＝1/(12RC)。为得到输出频率f=500Hz梯形波，取C＝820pF，则，经计算机仿真，观测到如图所示得对称三相梯形波电压UU、UV、UC波形。若将图中R1R3R5用一个固定电阻和一个三联同步电位器代替，可得到一频率可调的变频电源。改变频率时，三相梯形波得对称性和平衡度不会改变。 3 具有子电路形式得三相梯形波变流电源 若将图所示得点划线框内得有源移相器创建为子电路，如图所示，并用APU表示，可得如图所示得具有子电路形式的三相梯形波变流电源。当双击子电路符号APU