微型電動機三相梯形波變流電源設計

李峰 潘強玉

摘要：設計了工作電壓為30 V的微型電動機三相梯形波變流電源。通過合理設置具有移相功能的正弦波振蕩電路的參數，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、計算機技術和控制技術的迅速發展，微型電動機已被廣泛應用于電子信息領域。微型電動機技術與現代電子技術結合，凸顯出機電一體化趨勢。特別是大功率集成驅動器和微處理機在微型電動機驅動與控制中的推廣應用，使微型電動機向集成化、智能化方向發展。微型電動機可以在無特殊控制要求的驅動場合作為運動機械負載的動力源，也可以用于音像設備及辦公自動化設備、計算機外部設備和工業自動化設備中。

與正弦波和方波驅動電源相比，用于微型電動機的梯形波驅動的變流電源，具有轉換效率高、節能效果明顯、波形對稱度好、波形失真度小和諧波分量小的特點。本文設計的微型電動機三相梯形波變流電源電路，可實現將直流電轉換成可移相的三相梯形波交流電，并采用現代工程軟件EWB進行仿真驗證。設計指標為：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%，頻率穩定度10-2～10-3，正弦波失真度1%。

1 梯形波變流電源的參數設計

1.1? ? 正弦波振蕩電路產生正弦波振蕩的條件

要使正弦波振蕩電路在輸出端產生一定幅值的穩定正弦波，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絡要有足夠的反饋系數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

根據反相放大電路電壓增益A的定義，有如下關系式：

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°相移且能夠持續振蕩的正弦波電壓信號，要產生梯形波振蕩，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，也就是增益A（ω）>1。

2 梯形波移相放大電路的設計

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。當運算放大器工作在非線性區時，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，從而構成一個閉環電路，實現如圖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，將出現工作窗口，可以顯示多個不同的使用區域，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 結語

本文根據設計指標，確定了微型電動機三相梯形波變流電源電路的各參數值，設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%，頻率穩定度為10-2～10-3，達到了設計指標。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，給出了設計微型電動機驅動電源的快捷方法，可在虛擬環境下調整電路參數，以滿足微型電動機的驅動電源對電流、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：工業自動化。