直流脉宽调速系统

主要内容学习目标：1．理解脉冲宽度调制调速控制系统的定义，了解PWM调整系统的优点。2．理解占空比

的含义；理解脉冲宽度调制方式PWM和脉冲频率调制方式PFM。3．理解半桥式电流可逆PWM变换电路的工作原理。4．理解全桥式PWM变换电路的工作原理，包括：全桥双极式斩波控制，全桥单极式斩波控制和；全桥受限单极式斩波控制。5．初步具备分析小功率直流斩波调速系统的能力。自动调速系统直流脉宽调速系统教学导航5.1不可逆PWM变换器5.2可逆PWM变换电路5.3小功率直流斩波调速系统案例分析自动调速系统5.4实验直流脉宽调速系统5.1.1脉宽调制的理论

晶闸管变流器构成的直流调速系统中，由于其线路简单、控制灵活、体积小、效率高以及没有旋转噪声和磨损等优点，在一般工业应用中，特别是大功率系统中一直占据着主要的地位。但系统低速运行时，晶闸管的导电角很小，系统的功率因数相应也很低。为克服低速时产生的较大谐波电流，使转矩脉动稳定，提高调速范围等问题，必须加装大电感量的平波电抗器，但电感大又限制了系统的快速性。同时，功率因数低、谐波电流大，还将引起电网电压波形畸变。整流器设备容量大，还将造成所谓的“电力公害”，在这种情况下必须增设无功补偿和谐波滤波装置。

采用全控型开关器件很容易实现脉冲宽度调制，与半控型的晶闸管变流器相比，体积可缩小30%以上，且装置效率高，功率因数高。同时由于开关频率的提高，直流脉冲宽度调制伺服控制系统与V-M伺服控制系统相比，电流容易连续，谐波少，电动机损耗和发热都较小，低速性能好，稳速精度高，系统通频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强。利用脉宽调制提供方波电压、电流，对于同样的电流而言，它比谐振的正弦波传输更多的功率，并可保持低的正向导通损耗。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器5.1.1脉宽调制的理论

许多工业传动系统都是由公共直流电源或蓄电池供电的。在多数情况下，都要求把固定的直流电源电压变换为不同的电压等级，例如地铁列车、无轨电车或由蓄电池供电的机动车辆等，它们都有调速的要求，因此，要把固定电压的直流电源变换为直流电动机电枢用的可变电压的直流电源。脉冲宽度调制(PulseWidthModulation)变换器向直流电动机供电的系统称为脉冲宽度调制调速控制系统，简称PWM调速系统。

同V-M调速系统相比，PWM调整系统具有以下优点。①脉冲电压的开关频率高，电流容易连续。

②高次谐波分量少，需要的滤波装置小，甚至只利用电枢电感就已足够，不需外加滤波装置。

③电动机的损耗较小、发热较少，效率高。

④调速控制动态响应快。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器5.1.1脉宽调制的理论

脉宽调制型调速控制系统原理图如图5-1所示，全控型开关管VT和续流二极管

构成了一个最基本的开关型直流-直流降压变换电路。这种降压变换电路连同其输出滤波电路LC被称为Buck型DC/DC变换器。对开关管VT进行周期性的通、断控制，能将直流电源的输入电压

变换为电压

输出给负载，图5-1是一种输出电压平均值

可小于或等于输入电压

。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器图5-1Buck变换器电路5.1.1脉宽调制的理论

为了获得各类开关型变换器的基本工作特性而又能简化分析，假定变换器是由理想器件组成：开关管VT和二极管VD从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过渡过程时间均为零；开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限大，漏电流为零；电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件；线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率

等于变换器的输出功率即

。

基于以上假设，在一个开关周期期间内对开关管VT施加图5-2所示的驱动信号

，在

期

间

，开关管VT处于通态，在

期间，

，开关管下于断态，对于开关管VT进行高频周期性的通-断控制，开关周期为

，开关频率

。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器图5-2Buck驱动信号与输出电压波形5.1.1脉宽调制的理论

开关管导通时间

与周期

的比值称为开关管导通占空比

，简称导通比或占空比，

，开关管VT导通时间

。开关管VT阻断时间

。开关管VT导通

期间，直流电源电压

经开关管VT直接输出，电压为

，这时二极管VD承受反压而截止，

，电源电流经开关管VT流入负载。在开关管VT阻断的

期间，负载与电源脱离，电流经负载和二极管VD续流，二极管VD也因此被称为续流二极管。如果VT阻断的整个

期间电流经二极管VD环流时并未衰减到零，则

期间，二极管VD一直导电，变换器输出电压为

，如图5-2所示输出电压

的波形。

改变开关管VT在一个开关周期

中的导通时间

，即改变导通占空比

，可以通过两种方式改变导通占空比

来调节或控制输出电压

：1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器

1）脉冲宽度调制方式PWM（PulseWidthModulation）。保持

不变（开关频率不变），改变

，即改变输出脉冲电压的宽度调控输出电压

。（2）脉冲频率调制方式PFM（PulseFrequencyModulation）。保持

不变，改变开关频率

或周期

调控输出电压

。5.1.1脉宽调制的理论

实际应用中广泛采用PWM方式。因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，设计容易，开关过程中所产生的电磁干扰容易控制。此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。直流-直流变换输出的直流电压有两类不同的应用领域：一是要求输出电压可在一定范围内调节控制，即要求直流-直流变换输出可变的直流电压，例如负载为直流电动机，要求可变的直流电压供电以改变其转速。另一类负载则要求直流-直流变换输出的电压无论在电源电压变化或负载变化时都能维持恒定不变，即输出一个恒定的直流电压。这两种不同的要求均可通过输出电压的反馈控制原理实现。不可逆脉宽PWM变换器可实现对电动机的单向旋转控制，根据电动机停车时是否需要制动作用，其电路有两种形式，即无制动作用的和有制动作用的。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器5.1.2无制动作用的不可逆PWM变换器

无制动作用的不可逆PWM变换器原理图如图5-3所示。

为直流电源源，通过不可控整流获得，大电容C起滤波作用，电力晶体管VT是一个高频开关元件，二极管VD用于晶体管关断时为电动机提供续流回路。

不可逆脉宽PWM变换器可实现对电动机的单向旋转控制，根据电动机停车时是否需要制动作用，其电路有两种形式，即无制动作用的和有制动作用的。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器图5-3无制动作用的PWM变换器5.1.2无制动作用的不可逆PWM变换器

当

，

为正，VT饱和导通，电源

与电动机接通，电动机上电压瞬时值

为+

，电枢电流经直流电源、VT构成回路，由于电源的接人，电枢电流

呈增大趋势。当

时

<0V，VT关断，

与电动机脱离，电枢电流

呈减小趋势，回路电感产生感应电压阻碍电流变化，二极管VD为电动机提供续流回路，此时电动机两端电压等于二极管的导通压降，即

=0V。可画出电动机上电压波形如图5-4所示。

电动机两端的平均端电压等于一个周期内瞬时电压的平均值，即1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器

由于开关频率较高，电枢电流的实际脉动幅值很小。电动机是有惯性的，电动机的转速和电势变化更小，一般认为不变。电压平均值、电势和电枢电流的波形如图5-4所示。图5-4电压与电流波形（5-1）5.1.3有制动作用的不可逆PWM变换器

由一个开关管组成的PWM变换电路可以调节直流输出电压，但是输出电压和电流的方向不变，如果负载是直流电动机，电动机只能作单方向电动运行，如果电动机需要快速制动或可逆运行，需要采用桥式PWM变换电路。

半桥式电流可逆PWM变换电路直流电动机负载的电路如图5-5所示。两个开关器件

和

串联组成半桥电路的上下桥臂，两个二极管

和

与开关管反并联形成续流回路，R、L包含了电动机的电枢电阻和电感。下面就电动机的电动和制动两种状态进行分析。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器图5-5半桥式电流可逆PWM变换电路5.1.3有制动作用的不可逆PWM变换器

1．电动状态

如图5-6所示，在电动机电动工作时，给

以PWM驱动信号，

处于开关交替状态，

处于关断状态。在导通时有电流自电源

→

→R→L→电动机，电感L储能，在

关断时，电感储能经电动机和

续流。在电动状态，

和

始终不导通，因此不考虑这两个元件，图5-6电路与降压斩波器相同，工作原理和波形也与降压斩波电动机负载时相同，

，调节占空比可以调节电动机转速。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器图5-6半桥式电流可逆PWM变换电路电动状态5.1.3有制动作用的不可逆PWM变换器

2．制动状态

如图5-7所示，当电动机工作在电动状态时，电动机电动势

，当电动机由电动势转向制动时，就必须使负载侧电压

，但是在制动时，随转速下降，

只会减小，因此需要使用升压斩波提升电路负载侧电压，使负载侧电压

。半桥斩波器中若给

以PWM驱信号，在

关断时，电动机反电动势

，和电感电动势

（左+、右-）串联相加，产生电流

经将电能输入电源

。在制动时，

、

始终在截止状态，因此不考虑这两个元件，图5-7与升压斩波器有相同结构，不同的是现在工作于发电状态的电动机是电源，而原来的电源

成了负载，电流自的正极端注入，工作原理也与升压PWM变换电路相同，且

。调节

驱动脉冲的占空比

可以调节

，控制制动电流。1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器5.1.3有制动作用的不可逆PWM变换器1.1PN结的形成5.1不可逆PWM变换器图5-7半桥式电流可逆PWM变换电路制动状态5.2可逆PWM变换电路1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

半桥式DC-DC电路所用元器件少，控制方便，但是电动机只能以单方向作电动和制动运行，改变转向要通过改变电动机励磁方向。如果要实现电动机的四象限运行，则需要采用全桥式DC-DC可逆PWM变换电路。5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

半桥式PWM变换电路电动机只能单向运行和制动，若将两个半桥PWM变换电路组合，一个提供负载正向电流，一个提供反向电流，电动机就可以实现正反向可逆运行，两个半桥PWM变换电路就组成了全桥式PWM变换电路，全桥式斩波也称H形PWM变换电路，其电路如图5-8所示。在电路中，若

、

导通，则有电流自电路

点经电动机流向

点，电动机正转；在

、

导通时，则有电流自

点经电动机流向

点，电动机反转。桥式PWM变换电路有三种驱动控制方式，下面分别介绍。图5-8桥式PWM变换电路5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

1．双极式斩波控制

双极式可逆斩波的控制方式是：

、

和

、

成对作PWM控制，并且

、

和

、

的驱动脉冲工作在互补状态，即在

、

导通时，

、

关断；在

导通时，

、

关断；

、

和

、

交替导通和关断。双极式斩波控制有正转和反转两种工作状态、四种工作模式，对应的电压电流波形如图5-9所示。（a）1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路（c）（b）

图5-9电动机正反转控制波形（a）正向电流（b）反向电流（c）零电流5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

图5-10双极式PWM变换电路工作模式模式1

模式1如图5-9a）所示，

时

、

同时驱动导通，

、

关断，电流

自电流

→

→

→

→

→

→

，

电流上升，

和

极性如图5-10所示。5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

图5-11双极式PWM变换电路工作模式模式2

模式2如图5-9a）所示，在

时

、

关断

、

驱动，因为电感电流不能立即为0，这时电流

的通路是

→

→

→

→

→

→

，

电流下降。因为电感经

、

续流，短接了

和

，

和

虽然已经被触发，但是并不能导通。

和

极性如图5-11。5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

在模式1和2时，电流的方向是从

→

，电动机正转，设

、

导通时间为

，关断时间为

在

导通时

点电压为

，

导通时

点电压为

，因此

间电压为：

5.2.1全桥双极式斩波控制

式中，占空比

。在

时，

；在

时，

，占空比的调节范围为

≤≤1。在0≤

≤1时，

电动机正转，电压电流波形如图5-9a）。（5-2）

第一节市场分析

一、证券市场的经济指标分析

（一）统计总量指标分析反映证券市场经济功能的统计总量指标，可由证券的发行量和交易量指标构成。

1、债券的发行量和交易量

2、股票的发行量和交易量（二）统计相对指标分析

1、证券发行额占GDP的比例（1）债券发行额占GDP比例（2）股票市值占GDP的比例

2、证券发行余额与银行贷款总额的比例

3、企业资产、负债的证券化比例二、市场主体的投资动机及心理因素分析

（一）证券投资动机分析

1、资本增值动机

2、灵活性动机

3、参与决策动机

4、投机动机

5、安全动机

6、选择动机

7、自我表现动机

8、好奇与挑战动机（二）证券投资心理分析

1、证券投资心理的几种表现（1）盲从心理（2）赌博心理（3）过度贪求心理（4）犹豫心理（5）避贵求廉心理2、证券投资心理因素的分析（1）投资心理的乘数效应（2）从众心理效应（3）投资偏好作用（4）犹豫心理的作用股价、心理、供需变化是一个循环链：

按照大众心理的变化，每轮行情从心理变化角度可分成四个阶段：涣散、绝望、复苏、高涨。因为有了心理因素的参与，加上K线图与媒体对心理因素的强化，大众的心理预期就更容易使股价形成超涨与超跌。

影响大众想象力的，并不是

事实本身，而是他扩散和传播的

方式。人一到群体中，智商就严重

降低，为了获得认同，个人愿意

抛弃是非，用智商去换取那份让

人倍感安全的归属感。

常见的行为偏差：1.过度自信：我总是对的。2.归因偏差：成功归自己，失败怪他人。3.逃避亏损：长期持亏损票，希望某天解套。

4.惯性思维：对新信息不敏感。

行为金融学研究者坚信，小部分聪明人可以利用投资者的行为偏差在市场上获利。一、行业分类行业分类有许多种方法。在经济学理论中，一般将行业分为完全竞争、垄断竞争、寡头垄断以及完全垄断四种情况；传统的还有如第一、第二、第三产业的划分。在证券投资分析中，可以参考中国证监会的《上市公司行业分类指引》（以下简称《指引》），对上市公司进行分类。上市公司行业分类指引（2012修订）上市公司分为19个门类，90个大类。

A农、林、牧、渔业B采掘业C制造业D电力、热力、燃气及水生产和供应业E建筑业F批发和零售业G交通运输、仓储和邮政业H住宿和餐饮业I信息传输、软件和信息技术服务业J金融业K房地产业L租赁和商务服务业M科学研究和技术服务业N水利、环境和公共设施管理业O居民服务、修理和其他服务业P教育Q卫生和社会工作R文化、体育和娱乐业S综合1、衰退期：GDP增长停滞，通胀走低，央行降低利率刺激经济回升。资产选择——债券。

2、复苏期：宽松政策发挥作用，GDP增长加速，通胀率继续下降。资产选择——股票。

3、过热期：GDP增长减缓，生产能力接近极限，通胀上升，央行加息。资产选择——大宗商品。

4、滞胀期：GDP增长降到长期趋势下，通胀继续上升，企业利润下降。资产选择——现金。1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

图5-12双极式PWM变换电路工作模式3

模式3如图5-12所示，如果

≤

≤0，

，即

间电压反向，在

、

被驱动导通后，电流

的流向是

→

→

→

→

→

→

，

电流反向上升，

和

极性如图5-12所示，电动机反转。5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

模式4如图5-13所示，在电动机反转状态，如果

、

关断，

电流要经

、

续流，

的流向是

→

→

→

→

→

→

，

电流反向下降。5.2.1全桥双极式斩波控制

图5-13双极式PWM变换电路工作模式41.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

模式3和模式4是电动机反转情况。如果

从1→

逐步变化。则电动机电流

从正逐步变到负，在这变化过程中电流始终是连续的，这是双极性PWM变换电路的特点。即使在

=0时，

=0，电动机也不是完全静止不动，而是在正反电流作用下微振，电路以四种模式交替工作，如图5-9c）所示。这种电动机的微振可以加快电动机的正反转响应速度。

双极式可逆斩波控制，四个开关器件都工作在PWM方式，在开关频率高时，开关损耗较大，并且上下桥臂两个开关的通断，如果有时差，则容易产生瞬间同时都导通的“直通”现象，一旦发生直通现象，电压将被短路这是很危险的。为了避免直通现象，上下桥臂两个开关导通之间要有一定的时间间隔，即留有一定的“死区”。5.2.1全桥双极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

单极式可逆斩波控制是在图5-8中使

、

工作在互反的PWM状态，起调压作用，以

、

控制电动机的转向。在正转时

门极给正信号，始终导通，

门极给负信号，始终关断；反转时情况相反

恒通，

恒关断，这就减小了

、

的开关损耗和直通可能。单极式斩波控制在正转

导通时状态与图5-10的模式1相同，在反转

导通时的工作状态和模式3相同。不同在

或关断时，电感的续流回路模式2和模式4。

5.2.2全桥单极式斩波控制

在正转

关断时，因为

恒通，电感

要经

→

→

形成回路，如图5-14所示，电感的能量消耗在电阻上，

在

续流时，尽管

有驱动信号，但是被导通的

短接，

不会导通。

图5-14单极式可逆斩波控制正转时模式11.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

但是电感续流结束后（负载较小的情况），

截止，

就要导通，电动机反电动势

将通过

和

开成回路，如图5-15所示，电流反向，电动机处于能耗制动阶段，但仍有

。5.2.2全桥单极式斩波控制

图5-15单极式可逆斩波控制正转时模式21.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

在一周期结束（即

）时，

关断，电感L将经

→E→

放电，如图5-16所示，电动机处于回馈制动状态，

。5.2.2全桥单极式斩波控制

图5-16单极式可逆斩波控制正转时模式31.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

不管何种情况，一周期中负载电压

只有正半周，如图5-14所示，故称为单极式斩波控制。图5-17同时给出了负载较大和较小两种情况的电流波形。5.2.2全桥单极式斩波控制

图5-17单极式斩波控制波形（正转）

电动机反转时的情况与正转相似，图5-12的模式4也有类似的变化，读者可自行分析。因为单极式控制正转时

恒通，反转时

恒通，所以单极式可逆斩波控制的输出平均电压为

式中，占空比

，且

在正转时是

导通时间，在反转时是

的导通时间；在正转时

为“

”，反转时

为“-”。（5-3）5.2.3全桥受限单极式斩波控制1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

在单极式斩波控制中，正转时

真正导通的时间很少；反转时

的真正导通的时间很少，因此可以在正转时使

、

恒关断；在反转时使

、

恒关断，对电路工作情况影响不大，这就是所谓的受限单极式斩波控制方式。受限单极式控制正转时

受PWM控制，

恒通。

受限单极式斩波控制在正转和反转电流连续时的工作状态与单式控制相同，不同是正转电流较小（轻载）时，没有了反电动势

经过

的通路，因此将

断续，在断续区间

，因此平均电压

较电流连续时要抬高，如图图5-18所示，即电动机轻载时转速提高，机械特性变软。受限单极式无论正转或反转，都只有一只开关管处于PWM方式（

或

），进一步减小了开关损耗和桥臂直通可能，运行更安全，因此受限单极式斩波控制使用较多。1.1PN结的形成5.2可逆PWM变换电路

在可逆调速系统中，对电动机的最基本要求是能改变其旋转方向。而要改变电动机的旋转方向，就必须改变电动机电磁转矩的方向。由直流电动机的转矩公式

可知，改变转矩

的方向有两种方法，一种是改变电动机电枢电流的方向，实际是改变电动机电枢电压的极性；另一种是改变电动机励磁磁通的方向，实际是改变电动机励磁电流的方向。

图5-18受限单极式斩波控制波形图（正转）5.2.3全桥受限单极式斩波控制1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

控制技术要求：

=110V，

=8A，电压连续可调，稳压精度小于1%，有限流保护。

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为场控型输入器件，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250mA，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内部电路框图如图5-19所示。

图5-19CW494内部电路框图5.3.1调速系统方案确定1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

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。系统框图如图5-20所示。

图5-20系统框图5.3.1调速系统方案确定1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

斩波调压主电路如图5-21所示。

图5-21主电路图5.3.1调速系统方案确定1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

1.整流变压器计算5.3.2主电路参数计算与选择

考虑10%裕量取

①

的计算

，考虑占空比为90%。

则

取

则

②一、二次电流计算

取变化

考虑空载电流取

③变压器容量计算1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

二极管承受最大反向电压

，考虑3倍裕量，

则，

取500V。

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。5.3.2主电路参数计算与选择

2.整流元件选择

取10A。

故选ZP10-5整流二极管4只，并配10A散热器。1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

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2000

F以上，因该系数负载不大，故

取

=2200

F

耐压根据

，取250V

即选用2200

F、250V电容器。

为滤除高频信号，取=1

F，耐压250V。5.3.2主电路参数计算与选择

3.滤波电容选择1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

因

=123V，取3倍裕量，选耐压为400V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60A的IGBT，并配以相应散热器即可。5.3.2主电路参数计算与选择

4.IGBT选择1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

由于变压器最大二次电流

=8A，故选用10A熔芯即可满足要求。应选用15A、250A熔断器，熔断器的结构形式可根据设备结构而定。IGBT保护电路选择如下：

5.3.2主电路参数计算与选择

5.保护元件的选用

1）电容一般按布线电感磁场能量全部转化为电厂能量估算。

可由实测确定。这里可按

=5～20

H估算。

为保证保护可靠，可取消稍低于IGBT耐压值为宜，这里取

=300V进行计算。取

=

、

=123V得，

==0.0204

F。取=0.022

F、耐压400V（略大于

）。（5-4）1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

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90%为条件，其计算公式如下：5.3.2主电路参数计算与选择

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30kHz，实际使用在10kHz以内，这里取f=2kHz。则有：

取

=3.6K

吸收电阻

功率

取=1W，即选用1W、3.6K

电阻即可。

≤（5-5）1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

3）缓冲电路二极管

因

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1/10选试，然后由调试决定。5.3.2主电路参数计算与选择

6.电路参数选择

（1）电阻和滤波电容的确定

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

=11K

。考虑一定的功率裕量，可取一个10K

、3W固定电阻与一个1K

、1W电位器串取即可满足要求。电位器上分得10V电压，完全能满足反馈电压的需求。1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

②电路滤波电容

选择。放电时间常数为

=（3～5）

式中

—

电压周期，取0.01S

因控制电路采用CW494，其锯齿波电压最大值为3.6V，故反馈电压最大为3.6V，对应电位器

电阻应为360Ω。则：5.3.2主电路参数计算与选择

取=100

F。因控制电路电源电压为±15V，故取

耐压为50V。

③反馈电阻

及过滤电容

的选择。因负载不打，可采用电阻取样。一般采用电阻压降应小于3%

，即小于3.3V。取

=0.25Ω。

电流截止反馈电位器

及过流继电器

保护取样电位器均取100Ω、1W实芯电位器即可。1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

494控制芯片外围电路如图5-22所示。

图5-22494控制芯片外围电路5.3.3控制电路参数选择

（1）振荡器、选择

按=1.1/f=550

s取=510Ω、1/4W，

=1

F、耐压25V。

（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。可以取

=

=20KΩ、W/4，并使输入端短接接地，反馈电阻

取1KΩ、W/4。

（3）放大器的参数选择取

=

=

=

=

=20KΩ，W/4。为防止开环，可在2、3脚间再接一个3MΩ、W/4电阻。取

=5.1KΩ、W/4。

=10

F、25V并在调试中最后确定取

=10KΩ。1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

一般取5～50Ω，IGBT电流定额越大，

值越小。IGBT选60A，取

=33Ω，W/4。一般

值与

相等即可。

（4）

及

选择

（5）继电接触器电路的选择与计算

继电接触器电路见IGBT组成的直流斩波调速系统电气原理总图5-23。5.3.3控制电路参数选择

图5-23系统原理总图1.1PN结的形成5.3小功率直流斩波调速系统案例分析

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

=8A时电流截止反馈起作用，则可调主电路电流

=

=8.8A，（取样电压最大值=8.8A×0.25Ω=2.2V）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1.25V，当

=1.95V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12V，电阻300Ω，当加15V电压时，电流为50mA。故选耐压为45V，集电极电流为300mA的3DG12B三极管即可满足要求。因变压器一次电流为4.1A，选220V、10A的接触器即可。5.3.3控制电路参数选择5.4实验1.1PN结的形成5.4.1安装、测试双象限直流斩波电路

一、实验目的1．熟悉型双象限直流斩波电路的接线，观察不同占空比时输出电压波形；2．初步了解集成触发电路，并能够掌握触发电路的调试，使电路能够正常工作。

二、实验要求1．根据给定的设备和仪器仪表，在规定时间内完成接线、调试、测量工作，（1）按照电路原理图进行接线。（2）安装后，通电调试，并根据要求画出波形图。2．时间：90min

三、实验设备万用表1块

双踪慢扫描示波器1台

脉宽控制实验板1块

整流单元实验板1块

控制电压调节器1套

直流电动机1台

连接导线若干5.4实验1.1PN结的形成5.4.1安装、测试双象限直流斩波电路

图5-24A型双象限直流斩波电路5.4实验1.1PN结的形成5.4.1安装、测试双象限直流斩波电路

四、实验内容和步骤1．按图5-24所示，根据A型双象限直流斩波电路，在电力电子技术实训装置上完成其接线。2．测定交流电源的相序，在控制电路正常后，适当调节

电位器使控制脉冲振荡频率为500Hz。调整控制电位器

，使控制电压

=0V时，调节偏移电位器改变

，使输入控制脉冲的宽度为零。3．然后调整控制电压

，用示波器观察并记录

为不同值时控制脉冲的宽度

，计算占空比

和最大占空比

，并在活页中完成数据记录和

特性曲线绘制。

4．调整

使控制脉冲宽度最大时，改变死区时间位器

阻值，观察并记录PWM信号波形中死区时间与电位器

阻值的关系。调整电位器阻值

使死区时间为振荡周期的20%。5.4实验1.1PN结的形成5.4.1安装、测试双象限直流斩波电路5．调节

=0V。关闭电源，用表测量电容两端的电压（如电压大于5V，用电阻或灯对其放电），当电压小于5V后，开始主电路接线，

/

接

，

/

接

。接通主电路电源，监测直流输入电压的平均值。将控制方式开关K2置0使控制电路为

/

端输出。调节

电位器，用示波器观察

从80%～20%变化时输出电压

的波形，要求输出电压的平均值能从0到55V之间平滑调节。6．调节

使电动机电枢电压

为40V，测量

与

及电感L两端的电压

的波形。改变

，观测记录

=25％、40%、50%、60%、75%时的输出电压

，在活页中完成波形测绘和数据记录，画出控制特性曲线

。7．调节

使电动机电枢电压

为50V，测量此时控制脉冲的占空比

。用双踪示波器配合多通道隔离器同时监视

与

波形，将K2置1，观察

与

波形的变化。电机转速为零后将K2置于0位置使电动机转速重新达到800r/min，关闭主电路电源，观察无制动停车时

与

波形变化情况，与有制动停车时比较，并进行分析。5.4实验1.1PN结的形成5.4.2安装、测试四象限直流斩波电路

一、实验目的1．熟悉型桥式可逆四象限直流斩波电路的接线，观察不同占空比时输出电压波形；2．初步了解集成触发电路，并能够掌握触发电路的调试，使电路能够正常工作。

二、实验要求1．根据给定的设备和仪器仪表，在规定时间内完成接线、调试、测量工作，（1）按照电路原理图进行接线。（2）安装后，通电调试，并根据要求画出波形图。2．时间：90分钟

三、实验设备万用表1块

双踪慢扫描示波器1台