微型電動機三相梯形波變流電源設(shè)計

李峰 潘強玉

摘要：設(shè)計了工作電壓為30 V的微型電動機三相梯形波變流電源。通過合理設(shè)置具有移相功能的正弦波振蕩電路的參數(shù)，使其成為具有移相功能的梯形波振蕩電路，輸出一個單相梯形波。由3個相同的具有移相功能的梯形波振蕩電路組合在一起，輸出三相對稱的梯形波。同時采用EWB軟件對微型電動機三相梯形波變流電源進行了仿真驗證。

關(guān)鍵詞：微型電動機;變流電源;三相梯形波;EWB

0 引言

隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，微型電動機已被廣泛應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域。微型電動機技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)結(jié)合，凸顯出機電一體化趨勢。特別是大功率集成驅(qū)動器和微處理機在微型電動機驅(qū)動與控制中的推廣應(yīng)用，使微型電動機向集成化、智能化方向發(fā)展。微型電動機可以在無特殊控制要求的驅(qū)動場合作為運動機械負載的動力源，也可以用于音像設(shè)備及辦公自動化設(shè)備、計算機外部設(shè)備和工業(yè)自動化設(shè)備中。

與正弦波和方波驅(qū)動電源相比，用于微型電動機的梯形波驅(qū)動的變流電源，具有轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)能效果明顯、波形對稱度好、波形失真度小和諧波分量小的特點。本文設(shè)計的微型電動機三相梯形波變流電源電路，可實現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換成可移相的三相梯形波交流電，并采用現(xiàn)代工程軟件EWB進行仿真驗證。設(shè)計指標為：輸入直流電壓30 V，輸出方波電壓14 V，頻率500 Hz，輸出電流200 mA，三相電壓不對稱度2%，頻率穩(wěn)定度10-2～10-3，正弦波失真度1%。

1 梯形波變流電源的參數(shù)設(shè)計

1.1? ? 正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波振蕩的條件

要使正弦波振蕩電路在輸出端產(chǎn)生一定幅值的穩(wěn)定正弦波，需引入正反饋，且當輸入量為0時，反饋量等于凈輸入量，即：

幅值條件表示反饋網(wǎng)絡(luò)要有足夠的反饋系數(shù)才能使反饋電壓等于所需的輸入電壓。

相位條件表示反饋電壓在相位上要與輸入電壓同相，它們的瞬時極性始終相同，也就是說，必須是正反饋。

1.2? ? 微型電動機單相梯形波變流電源的幅頻特性與相頻特性

根據(jù)反相放大電路電壓增益A的定義，有如下關(guān)系式：

此時可以使移相式微型電動機單相梯形波變流電源輸出一個較輸入電壓有120°相移且能夠持續(xù)振蕩的正弦波電壓信號，要產(chǎn)生梯形波振蕩，必須要求移相式微型電動機單相梯形波變流電源電路中的運算放大器工作在非線性區(qū)，也就是增益A（ω）>1。

2 梯形波移相放大電路的設(shè)計

為了在正弦波移相放大電路的輸出端得到一個梯形波，正弦波移相放大電路中的運算放大器就要工作在非線性區(qū)。當運算放大器工作在非線性區(qū)時，運算放大器的輸出電壓Uo就是運算放大器正常工作時所提供的正、負電源電壓，而不再隨運算放大器的輸入電壓Ui的增大而線性增加，正弦波移相放大電路就輸出一個梯形波。

單相梯形波變流電源電路如圖1所示，將前一個梯形波移相電路的輸出信號波形接到后一個梯形波移相電路中的運算放大器LM741的負極性信號輸入端，將最后一個梯形波移相電路的輸出信號波形接到第一個梯形波移相電路中的運算放大器LM741的負極性信號輸入端，從而構(gòu)成一個閉環(huán)電路，實現(xiàn)如圖2所示的輸出相位各相差120°的三相對稱的梯形波。

3 三相梯形波變流電源仿真

EWB軟件具有功能強大的窗口界面。當啟動EWB后，將出現(xiàn)工作窗口，可以顯示多個不同的使用區(qū)域，包括菜單（menus）、電路工具欄（circuit toolbar）、電路零組件工具欄（parts bin toolbar）等。在EWB工作窗口中，對電動機梯形波變流電源電路圖進行編輯、模擬及波形分析。U相和V相、V相和W相的仿真波形如圖3、圖4所示。

4 結(jié)語

本文根據(jù)設(shè)計指標，確定了微型電動機三相梯形波變流電源電路的各參數(shù)值，設(shè)計的微型電動機三相梯形波變流電源的輸入直流電壓為30 V，輸出三相梯形波電壓為14 V，頻率為510 Hz，輸出電流約為200 mA，三相電壓不對稱度小于2%，頻率穩(wěn)定度為10-2～10-3，達到了設(shè)計指標。采用EWB軟件，對微型電動機三相梯形波變流電源進行了仿真研究，給出了設(shè)計微型電動機驅(qū)動電源的快捷方法，可在虛擬環(huán)境下調(diào)整電路參數(shù)，以滿足微型電動機的驅(qū)動電源對電流、電壓和頻率等指標的要求。

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收稿日期：2020-06-03

作者簡介：李峰（1976—），女，甘肅靖遠人，副教授，研究方向：工業(yè)自動化。