《電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(5頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、驅(qū)動(dòng)電路的性能很大程度上影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。 有許多問題需要慎重設(shè)計(jì),例
如,導(dǎo)通延時(shí)、泵升保護(hù)、過壓過流保護(hù)、開關(guān)頻率、附加電感的選擇等。
1. 開關(guān)頻率和主回路附加電感的選擇
力矩波動(dòng)也即電流波動(dòng),由系統(tǒng)設(shè)計(jì)給定的力矩波動(dòng)指標(biāo)為 A 1/1 N,對有刷直流電
動(dòng)機(jī)而言,通常在 (5~10)% 左右。為了便于分析可認(rèn)為
(1)
AI/I N=A I/(U s/R d)
AI表達(dá)式中,消去Us,
式中 Rd 為電樞回路總電阻。代入前面各種驅(qū)動(dòng)控制方式的 可求出:
對于單極性控制
Ld/Rd > 5T?2.5T(可逆或不可逆)
(2)
2、
對于雙極性控制
3)
Ld/Rd > 10T~5T
式中 T 為功率開關(guān)的開關(guān)周期。
對于有刷直流電動(dòng)機(jī),電磁時(shí)間常數(shù)Ld/Rd 一般在10ms至幾十毫秒。若采用GTR , 開關(guān)頻率可取 2KHz 左右, T=0.5ms 。若采用 IGBT ,開關(guān)頻率可取 18KHz 以上,所 以上式均能滿足。若采用 GTO 或可控硅功率器件,由于工作頻率只有 100Hz 左右, 此時(shí)應(yīng)考慮在主回路附加電抗器,且
(4)
Ld=L f+L a
對不可逆系統(tǒng)還應(yīng)進(jìn)一步檢查臨界電流, I aL = U sT/8L d <Ia0應(yīng)小于電機(jī)空載電流,
防止空載失控。
對于低慣量電機(jī)
3、、力矩電動(dòng)機(jī),由于電磁時(shí)間常數(shù)很小(幾個(gè)毫秒或更?。?,此時(shí)
應(yīng)考慮采用開關(guān)頻率高的IGBT功率開關(guān)器件。
2. 功率驅(qū)動(dòng)電路的選擇
圖1 H橋開關(guān)電路(I ) 圖2 H橋開關(guān)電路(n ){{分
頁}}
小功率驅(qū)動(dòng)電路可以采用如圖 1所示的H橋開關(guān)電路。Ua和Ub是互補(bǔ)的雙極性 或單極性驅(qū)動(dòng)信號,TTL電平。開關(guān)晶體管的耐壓應(yīng)大于 1.5倍Us以上。由于大功率
PNP晶體管價(jià)格高,難實(shí)現(xiàn),所以這個(gè)電路只在小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用。 當(dāng)四個(gè)功率開
關(guān)全用NPN晶體管時(shí),需要解決兩個(gè)上橋臂晶體管(BG i和BG3)的基極電平偏移問題。 圖2中H橋開關(guān)電路利用兩個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)了上橋臂晶
4、體管的電平偏移。但電阻 R上的
損耗較大,所以也只能在小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率比較大時(shí),一般橋臂電壓也比較高, 例如直接取工頻電壓, 單相220V , 或三相380V。為了安全和可靠,希望驅(qū)動(dòng)回路(主回路)與控制回路絕緣。此時(shí),主 回路必須采用浮地前置驅(qū)動(dòng)。 圖3所示的浮地前置驅(qū)動(dòng)電路都是互相獨(dú)立的, 并由獨(dú)立
的電源供電。由于前置驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電耦合,使控制信號 —丄. ;分別
與各自的前置驅(qū)動(dòng)電路電氣絕緣, 于是使控制信號對主回路浮地 (或不共地)
圖3大功率驅(qū)動(dòng)電路
3. 具有光電耦合絕緣的前置驅(qū)動(dòng)電路
對于大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), 希望將
5、主回路與控制回路之間實(shí)行電氣隔離,此時(shí)常采用光
電耦合電路來實(shí)現(xiàn)。有三種常用的光電耦合電路如圖 4所示,其中普通型的典型型號是
4N25、117等,高速型的典型型號有 985C,高電流傳輸比型也稱達(dá)林頓型,典型型
號有113等。
圖4典型光電耦合器電路{{分頁}}
圖中,普通型光耦的lc/1 d=0.1?0.3 ;高速型光耦采用光敏二極管; 高電流傳輸比
型光耦的Ic/I d=0.5 ;它們的上升延時(shí)時(shí)間和關(guān)斷延時(shí)時(shí)間分別為 tr, ts>4~5 口 s ; tr,
ts<1.5 口S ; tr , ts 為 10 口 s 左右。
光電耦合器與后續(xù)電路結(jié)合就能構(gòu)
6、成前置驅(qū)動(dòng)電路, 如圖5所示。這個(gè)前置驅(qū)動(dòng)電
路的上升延時(shí)tr—— 3.9宙,關(guān)斷延時(shí)ts——1.6 ,可以在中等功率系統(tǒng)中使用。
圖5前置驅(qū)動(dòng)電路
為了對功率開關(guān)提供最佳前置驅(qū)動(dòng),現(xiàn)在已有很多專用的前置驅(qū)動(dòng)模塊。這種驅(qū)動(dòng)
模塊對功率開關(guān)提供理想前置驅(qū)動(dòng)信號,保證功率開關(guān)迅速導(dǎo)通,迅速關(guān)斷,對功率開
關(guān)的飽和深度進(jìn)行最佳控制,對功率開關(guān)的過電流、過熱進(jìn)行檢測和保護(hù)。例如,EX356、
EX840等等。
4. 防直通導(dǎo)通延時(shí)電路
對H橋驅(qū)動(dòng)電路上下橋臂功率晶體管加互補(bǔ)信號, 由于帶載情況下,晶體管的關(guān)斷
時(shí)間通常比開通時(shí)間長,這樣,例如當(dāng)下橋臂晶體管未及時(shí)關(guān)斷,而上橋臂
7、搶先開通時(shí) 就出現(xiàn)所謂 橋臂直通”故障。橋臂直通時(shí)電流迅速變大,造成功率開關(guān)損壞。所以設(shè)置 導(dǎo)通延時(shí),是必不可少的。圖 6是導(dǎo)通延時(shí)電路及其波形。
圖 6 導(dǎo)通延時(shí)電路及波形
導(dǎo)通延時(shí),有時(shí)也稱死區(qū)時(shí)間,可通過RC時(shí)間常數(shù)來設(shè)置;對GTR可按0.2 口s/A 來設(shè)置;對MOSFET可按0.1?0.2 口 s設(shè)計(jì),且與電流無關(guān),IGBT可按2?5口 s設(shè)計(jì)。 舉例說明,若為 GTR, f=5kHz ,雙極性工作,調(diào)寬區(qū)域?yàn)?T/2=1/10=0.1ms 。若 I=100A ,則A t=0.2X100=20 口 s則PWM調(diào)制分辨率最大可能性為
(5)
(T/2) A t=0.1/0.02=5
這說明死區(qū)時(shí)間占據(jù)了調(diào)制周期的 1/5 ,顯然是不可行的。 所以對于 100A 的電機(jī)
系統(tǒng),GTR的開關(guān)頻率必須低于 5kHz。例如,2kHz以下,此時(shí)分辨率達(dá)12.5左右。
驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)還有很多問題,例如過壓、過流、過熱、泵升保護(hù)等等。