【正文】 開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達(dá)到改變電壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達(dá)到變壓和變頻的目的。 變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于 PWM 斬波（ DC－ DC 變換），后者主要應(yīng)用于 PWM 逆變（ DC－ AC 變 換）。 PWM 脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在 PWM 優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號(hào)波，正 弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形， 也稱為 SPWM（ Sinusoidal PWM） 波形。 當(dāng)前 逆變電源的控制技術(shù)中，滯環(huán)控制技術(shù)和 SPWM 控制技術(shù)是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環(huán)控制技術(shù) 開關(guān)頻率不固定，濾波器較難設(shè)計(jì)，且控制復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)； SPWM 控制技術(shù)開關(guān)頻率固定，濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)控制。當(dāng)二者采用電壓電流瞬時(shí)值雙閉環(huán)反饋的控制策略時(shí)，均能夠輸出高質(zhì)量的正弦波，且系統(tǒng)擁有良好的動(dòng)態(tài)性能 . 三相交流電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相交流電在定子隙圓周上產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱同步轉(zhuǎn)速，記為 n 實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 要低于 同步轉(zhuǎn)速，故一般稱這樣的三相交流電動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 pnfn /60 11 ? 其中 1n 為同步轉(zhuǎn)速 (r/min) 1f 為 定 子 頻率，也就是電源頻率 (Hz)。 pn 為 磁 極 對(duì)數(shù)。 異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為 pnsfsnn /)1(60)1( 11 ???? 其中 s 為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率， 11 /)( nnns ?? 由上面的公式可以看出，改變電源的供電頻率可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望電機(jī)的主磁通保持額定值不變。任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是磁通和電流相互作用的結(jié)果，主磁通小了，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降 。主磁通大了，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的磁路飽和，并導(dǎo)致勵(lì)磁電流畸變，勵(lì)磁電流過大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使繞組過熱損壞電機(jī)。主磁通是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，兩者之間的關(guān)系是由磁化特性決定的。 由電機(jī)理論知道，三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為 111 nfE ? m? .其中 E1 為氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值 (V), 1f為定子頻率 (Hz), 1n 為定子每相繞組匝數(shù)， m? 為極磁通里 (Wb)。由上式可見主磁通中 .是由 E1 和 1f 。共同決定的，如果保持 E1 和 1f 之比不變，就可以保持主磁通不變。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案的確定 在三相交流電源供電的情況下，共需經(jīng)過八個(gè)主要模塊完成整個(gè)調(diào)速過程。首先是三相整流變壓器降壓，然后經(jīng)二極管橋式整流，再者由電容濾波器濾波獲得直流電源，最后經(jīng) IGBT 逆變電路逆變，得到可調(diào)交流電源。 IGBT 為場(chǎng)控輸入器件，輸入功率小。確定主電路模塊之后，本課程設(shè)計(jì)將采用 HEF4752 芯片構(gòu)成 SPWM 波形生成電路，實(shí)現(xiàn) PWM 波的調(diào)制。并采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制系統(tǒng)，同時(shí)確定保護(hù)電路模塊，檢測(cè)電路模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊等。系統(tǒng)總流程圖如圖 1 所示。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 5 圖 1 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)總流程圖 第 3 章 主電路設(shè)計(jì) 主電路功能說明 主電路為 AC/DC/AC 逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經(jīng)橋式整流后，得到脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)電容器濾波后供給逆變器。 二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，電?R1 為起動(dòng)限流電阻，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形，可以用來觀察波形。 C1 為濾波電容。可逆 PWM 變換器主電路系采用 IGBT 所構(gòu)成的， IGBT (V V V V V V6）和六個(gè)續(xù)流二極管（ VD VD VD VD VD VD6）組成的雙極式 PWM 可逆變換器。經(jīng)變換器逆變，可將直流電源變成穩(wěn)定的或可變的交流電源。 平波回路 隔離保護(hù) HEF4752 波形控制電路 電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制電路 檢測(cè)電路 保 護(hù) 電 路 整流電路 逆變電路 驅(qū)動(dòng)電路 M 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 6 主電路設(shè)計(jì) 本課題中的整流器是使用六個(gè)二極管組成，如圖 2 所示，它把工頻電源變換為直流電源。 該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。 在整流器整流后的直流電壓中，含有 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。在濾波電容選擇時(shí)， 1C 一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取 2021 F? 以上 . 逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。 主電路電路圖 主 電路電路圖如圖所示。 主電路 第 4 章 控制電路設(shè)計(jì) 主電路采用了交 — 直 — 交變頻器，工作原理即：先將工頻交流電源通過整流器變換成直流電，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電，由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直溜環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式變頻器。它又分為電壓源型和電流源型兩種，電壓源型采用較大電容量的電容器進(jìn)行濾波，直流電路電壓波形平直，輸出阻抗小，電壓不易變化，相當(dāng)于直流恒壓源，它在當(dāng)前中小功率變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。如下：圖 2 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 7 圖 2 交 直 交變頻電源 整流部分原理圖如圖 3，其中 A， B， C是交流電輸入端，接有熔絲，當(dāng)出現(xiàn)電流過大時(shí)熔絲會(huì)自動(dòng)熔斷，起到保護(hù)整個(gè)電路的作用，在整流電路入口還接有電容和電阻，能夠起到抗干擾的作用，使得系統(tǒng)的性能更加的穩(wěn)定。 IGBT 的分立驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) IGBT的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問題亦即 MOSFET的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ① IGBT柵極耐壓一般在 177。20V左右，因此驅(qū)動(dòng)電路輸出端要給柵極加電壓保護(hù)，通常的做法是在柵極并聯(lián)穩(wěn)壓二極管或者電阻。前者的缺陷是將增加等效輸入電容 Cin，從而影響開關(guān)速度，后者的缺陷是將減