1、 1 第第 1 1 章章 概述概述 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就 是使用电力电子器件对电能进行变换个控制的技术。目前所用的 电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电 子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百 MW 甚至 GW，也可以 小到数 W 甚至 1W 以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力 电子技术则主要用于电力变换。 2 第第 2 2 章章 系统系统工作内容及原理工作内容及原理 2 2.1 .1 设计内容设计内容 本课题要通过电力电子技术来实现直流脉宽可调，可采用三相 桥式 PWM 型逆变电路来得到直流输出的电压然后通过对其晶闸管 导通角的调
2、节来实现输出电压脉宽的调节， 然后输出到直流电动机 上来显示结果。 2.22.2 设计要求设计要求 1）用斩控方式实现直流调压调速。 2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力 电子开关与续流管。控制电路主要环节：脉宽调制 PWM 电 路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路； 3）主电路电力电子开关器件采用 GTR、IGBT 或 MOSFET； 4）系统具有完善的保护； 2.2.3 3 总体原理总体原理 采用三相桥式 PWM 型逆变电路，通过 PWM 技术使三相交流电 源逆变成直流得到直流电压，然后进行脉宽控制，然后输出到直 流电动机上来显示结果 2.2.4 4 结构与
3、调速原理的说明结构与调速原理的说明 直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。 其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。 直流电机的定 子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。 其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件， 由永磁体或 带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电 3 枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电 枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其 外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器 是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或 塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运 行
4、可靠性有很大影响。 直流电机斩波调速控制系统的原理框图如图 1-1 所示： 图 2-1 原理框图 直流电机斩波调速原理是利用可控硅整流调压来达直流电机 调速的目的，利用交流电相位延迟一定时间发出触发信号使可控 硅导通即为斩波，斩波后的交流电经电机滤波后其平均电压随斩 波相位变化而变化。为了达到控制直流电机目的，在控制回路加 转 速 调 整 器 电 流 调 整 器 触 发 电 路 驱 动 电 路 M 整流电路 H 桥电路 测速电路 4 入了速度、电压、电流反馈环路和 PID 调节器来防止电机由于负 载变化而引起的波动和对电机速度、电压、电流超常保护。 2.2.5 5 调速电路方案调速电路方案 本
5、电机调速系统采用脉宽调制方式,与晶闸管调速相比技术先 进,可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计 了过流、过载、过压、欠压保护电路,另外还有过压吸收电路。确 保了系统可靠运行。 2.2.6 6 控制方案的选择控制方案的选择 直流电动机转速的控制方法可分为励磁控制法与电枢电压控 制法两类。随着电力电子技术的进步,发展了许多新的电枢电压控 制方法。如:由交流电源供电,使用晶闸管进行相控调压；使用硅 整流器将交流电整流成直流或由蓄电池等直流电源供电,再由 PWM 斩波器进行斩波调压等。PWM 驱动装置与传统晶闸管驱动装置比 较,具有下列优点 需用的大功率可控器件少,线路简单；调速范
6、围 宽；电流波形系数好,附加损耗小；功率因数高。可以广泛应用于 现代直流电机伺服系统中。本系统是基于 PWM 控制的直流电机控 制系统。 5 第第 3 3 章章 主电路的设计与分析主电路的设计与分析 3.13.1 主电路的各个部分电路主电路的各个部分电路: : 主电路主要环节是：整流电路、斩波电路及保护电路 图 3-1 调速系统 直流脉宽调速系统的组成如图 3-1 所示，由主电路、控制及 保护电路、信号检测电路三大部分组成。二极管整流桥把输入的 交流电变为直流电，电阻 R1 为起动限流电阻，C1 为滤波电容。可 逆 PWM 变换器主电路系采用 MOSFET 所构成的 H 型结构形式，它是 由四个功率 IGBT 管 （VT1、 VT2、 VT3、 VT4） 和四个续流二极管 （VD1、 VD2、VD3、VD4）组成的双极式 PWM 可逆变换器，根据脉冲占空比 的不同，在直流电机 M 上可得到正或负的直流电压。 3.23.2 整流电路整流电路 晶体二极管桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种 6 电路，只要增加两只二极管口连接成“桥“式结构，便具有全波整
