一:制动电路
⑴:制动的过程如下:
1:当电机在外力作用下减速、反转时,电机即以发电状态运行,能量反馈回直流回路,使母线电压升高;
2:当直流电压到达制动单元开的状态时,制动单元的功率管导通,电流流过制动电阻;
3:制动电阻消耗电能为热能,母线电压也降低;
4:母线电压降至制动单元要关断的值,制动单元的功率管截止,制动电阻无电流流过;
所以制动电路的作用就是平衡母线电压,使系统正常运行。
⑵:制动电阻的选择:
1:首先估算出制动转矩;
由电机运动方程式:
T-TL=GD^2*dn/375*dt;(T为电磁转矩,TL为负载转矩,GD^2为转动部分的飞轮矩)
由上式电机工作在制动状态时:
制动转矩=GD^2*(制动前速度-制动后速度))/375*减速时间-负载转矩;
在进行电机制动时,电机内部存在一定损耗,越为额定转矩的20%左右;
2:计算制动电阻的阻值;
根据电机运行时,功率与转矩的公式:
P==T*Ω=T*n/9.55; (T为转矩,n为转速r/min)
由于此部分功率消耗在制动电阻上,
因此:R=U^2/P
=制动元件动作电压值的平方/(0.1047*(制动转矩-20%电机额定转矩)*制动前电机转速)
在制动单元工作时,直流母线电压的升降取决与常数RC,R为制动电阻的阻值,C为电解电容的容量;
具体制动电路参照原理图第七页:
该制动电路的IGBT有两种控制方式,可以选择由控制板的/RGN信号控制,也可以有功率板内部控制;
功率板内部控制时,检测直流母线,并与设置的参考电压比较,该原理图中设置的过压制动的门槛电压为192V,退出制动的电压为186V,形成滞环;(驱动器正常工作电压为直流100V~150V)
制动过程
分析
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:
电压正常时:电压比较器U38输出为低,二极管D13-A反向截止,U38反向输入端电压为4.7V;此时IGBT2(制动IGBT关断);
电压过压时:电压比较器U38输出为高,二极管D13-A正向导通,U38反向输入段电压为4.55V;因此退出制动时,直流母线电压降为186V,形成滞环;
制动时: 三极管Q24集电极输出电压为低,IGBT2导通;同时电压比较器U39通过检测IGBT2的导通压降Vceon,当Vceon+D37+D38的管压降>5V时,认为IGBT2过流(此时IGBT2的电流约为30A),U39输出为低电平,二极管D75-A,D75-B正向导通,IGBT关断;
当母线电压下降到186V时,IGBT关断,退出制动状态;
二:自举供电电路
该设计所采用自举供电电路是由一个二极管和一个电容组成,如下图:
自举供电电路
驱动模块IR2183的输出接口
以上这种自举电路适用于三个上桥臂的IGBT使用同一组电源(VCC)供电,这种
方案
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的优势是简单且成本低,但在占空比和导通时间方面会有局限,因为要求对自举电容反复充电。
⑴:自举电容的选择:
自举电容的工作方式:
1:下桥臂导通时(自举电容充电):
VCC通过自举电阻,二极管给自举电容充电;(设二极管正向导通时的管压降为VF,IGBT导通时的压降为Vceon)
则电容两端电压:Vbs=VCC-VF-Vceon ;
2:上桥臂导通时(自举电容放电):
自举电容放电,Vbs电压下降;
考虑Vbs下降的因素:
IGBT开启所需门极电荷 (QG);
IGBT 栅源漏电流 (ILK_GE);
浮动静态电流 (IQBS);
浮动漏电流 (ILK)
自举二极管漏电流 (ILK_diode);
自举二极管前向导通时的压降(IDS- )
内部高压切换所需电荷 (QLS);
自举电容漏电流 (ILK_CAP);
上管导通时间(THON);
在自举电容放电过程中,设所需电荷为Qtot;
Qtot = QG + QLS + (ILK _GE + IQBS + ILK + ILK _ DIODE + ILK _CAP + IDS- )×THON
设自举电容的容值为Cboot;
则在上管导通时间THON内,自举二极管的管压降:
ΔVbs=Qtot/Cboot;
若要维持上桥臂导通,则自举电容两端电压需大于IGBT开通的最低门极电压(Vgemin):
即: Vbs-ΔVbs> Vgemin;
ΔVbs
=(Rgoff+Rdrn)*I=(Rgoff+Rdrn)*Cresoff*dv/dt;
Rgoff<=(Vth/Cresoff*(dv/ct))*Rdrn;
另:其他可能出现dv/dt也必须纳入考虑,如电机长引线耦合也会引起dv/dt;
具体参照原理图第三页;
参见上图:自举电容,开通电阻,关断电阻;
该原理图中六个IGBT使用同一组电源(VCC)供电,R9,R10,R11为自举电阻,D2,D3,D4为自举二极管,C15,C16,C17为自举电容;D14,D15,D16,D55,D56,D57用于减小IGBT的关断电阻,C134,R174,R182,Q21用于防止过大的dv/dt引起IGBT的误导通;