【正文】 改變定子的端電壓。近幾年來。主電路逆變電路設(shè)計中采用的電力電子器件是IGBT，故稱為門極驅(qū)動電路。IGBT的柵極驅(qū)動連線應(yīng)該用雙絞線,長度應(yīng)該小于1m,以防止干擾,如果IGBT的集電極產(chǎn)生大的電壓脈沖,可增加IGBT的柵極電阻。過流檢測及保護電路根據(jù)IGBT柵極驅(qū)動電平和集電極電壓之間的關(guān)系,檢測是否有過電流現(xiàn)象存在,如果有過電流,保護電路將迅速關(guān)斷IGBT,防止過快的關(guān)斷時而引起因電路中電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢升高,使IGBT集電極電壓過高而損壞IGBT,電源電路將20V外部供電電源變成15V的開柵電壓和5V的關(guān)柵電壓。 EXB840的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基于以上的驅(qū)動要求，在設(shè)計中采用EXB840,它是一種高速驅(qū)動集成電路,最高使用頻率為40KHz驅(qū)動150A/600V或者75A/1200V的IGBT,采用單電源20V供電。柵極電阻過小，關(guān)斷時間過短，關(guān)斷時產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高，會對器件造成損壞，所以柵極電阻的下限受到器件的關(guān)斷安全區(qū)的限制。器件的電流、電壓額定值越大，其輸入電容就越大。器件關(guān)斷時，驅(qū)動電路應(yīng)提供低阻抗的放電通路。另外，為減小開通損耗，要求柵極驅(qū)動信號的前沿要陡。對無短路保護的驅(qū)動電路而言，驅(qū)動電壓高一些有好處，可使器件在各種過流場合仍工作于飽和狀態(tài)。(2)～6V(T=25C)的柵極開啟電壓，驅(qū)動信號低于此開啟電壓時，器件是不導(dǎo)通的。(2)隨著柵極反向電壓的增加，集電極浪涌電流減小，而關(guān)斷損耗變化不大，IGBT的運行可靠性提高。由于IGBT在設(shè)備中所占成本比例較高，所以掌握好IGBT的特性和正確的使用方法，盡量減少IGBT模塊的損壞以降低開發(fā)成本和提高整機可靠性，、工作原理、主要參數(shù)、特性等在電力電子書本里已經(jīng)有詳細介紹，在這里不在贅述[7]。MOSFET屬于單極型器件，具有開關(guān)頻率高、沒有二次擊穿現(xiàn)象、元件并聯(lián)運行容易、控制功率小的優(yōu)點，缺點是導(dǎo)通電阻大，耐壓水平不容易提高。 主電路參數(shù)計算根據(jù)前面所給出的原始參數(shù)，主電路各部分的計算如下[6]：（峰值電流）= ==（有效值）= =二極管額定電流值=（～2）Id/=～額定電壓值=（2～3）=（2～3）380=～系統(tǒng)采用三相不控整流，經(jīng)濾波后=380=。a) 結(jié)構(gòu)圖 b) 開關(guān)的通斷規(guī)律 c) 波形圖 三相逆變器原理圖觀察6個開關(guān)的位置及波形圖可以發(fā)現(xiàn)以下兩點：①各橋臂上的開關(guān)始終處于交替打開、關(guān)斷的狀態(tài)如、。當(dāng)、閉合時，為正；、閉合時，為負?？梢钥吹皆诮涣麟娮兓囊粋€周期中，一個臂中的兩個開關(guān)如：、交替導(dǎo)通，每個開關(guān)導(dǎo)通電角度。本設(shè)計中采用了三相橋式不控整流電路，主要優(yōu)點是電路簡單，功率因數(shù)接近于1，由于整流電路原理比較簡單，設(shè)計中不再做詳細的介紹[5]。放電時，通過電阻放電，實現(xiàn)緩沖功能。當(dāng)逆變管關(guān)斷時，迅速上升，迅速降低，過高增長的電壓對逆變管造成危害，所以通過在逆變管兩端并聯(lián)電容（）來減小電壓增長率。續(xù)流二極管的作用是：當(dāng)逆變開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，雖然電壓突然變?yōu)榱?，但是由于電動機線圈的電感作用，儲存在線圈中的電能開始釋放，續(xù)流二極管提供通道，維持電流在線圈中流動。為制動電阻，在變頻器的交流調(diào)速中，電動機的減速是通過降低變頻器的輸出頻率而實現(xiàn)的，在電動機減速過程中，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降過快時，電動機將處于發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要回饋到直流電路中，使直流電路電壓（稱泵升電壓）不斷上升，導(dǎo)致變頻器本省過電壓保護動作，切斷變頻器的輸出。在許多下新型的變頻器中，已有晶閘管替代。整流后的電壓為==380V=513V。能實現(xiàn)這個功能的裝置稱為變頻器。當(dāng)=1是，=3000r／min；=2時，=1500r／min。根據(jù)統(tǒng)計，我國異步電動機的使用容量約占拖動總?cè)萘康陌顺梢陨?，因此了解異步電動機的調(diào)速原理十分重要。變頻后的機械特性將會在下一小節(jié)中介紹。上述分析說明：的大小影響著電動機的過載能力，越小，為了保證過載能力不變，電動機所帶的負載就越小。式中,為額定轉(zhuǎn)矩。 異步電動機機械特性曲線只要確定曲線上的幾個特殊點，就能畫出電動機的機械特性。（2）電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式 = （23）式中 ——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；　　　——主磁通。根據(jù)電機學(xué)原理，在下列假定條件下：，各繞組的自感和互感都是線性的；；。其有效值可計算如下： （21）式中: 　　　　　　　—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值；—定子頻率；—定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)；—基波繞組系數(shù)；—極氣隙磁通。10%；極 對 數(shù)：P=2。電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信號。它可以使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1。 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)各組成部分簡介：供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220V，中大功率的采用三相380V電源。由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動機提供交流電功率，所以其主要優(yōu)點是運行幾乎不受負載的功率因數(shù)或換流的影響，它主要適用于中、小容量的交流傳動系統(tǒng)。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達到電源頻率的1/3～1/2,所以不能高速運行。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交直交變頻器和交交變頻器。總之，交流電機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻器傳動本身固有的優(yōu)勢，必將使之應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，以體現(xiàn)出不同的功能，達到不同的目的，收到相應(yīng)的效益。由于交流調(diào)速不斷顯示其本身的優(yōu)越性和巨大的社會效益，使變頻器具有越來越旺盛的生命力。這些發(fā)電設(shè)備的最大特點是容量小而分散，將來的變頻器就要適應(yīng)這樣的新能源，既要高效，又要低耗。除此以外，變頻器有與電動機一體化的趨勢，使變頻器成為電動機的一部分，可以使體積更小，控制更方便。 變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢在進入21世紀的今天，電力電子器件的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅）,使電力電子新元件具有耐高壓、低功耗、耐高溫的優(yōu)點；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動裝置；永久磁鐵電動機也正在開發(fā)研制之中。在這一領(lǐng)域的研制、生產(chǎn)方面，220KW功率以上的變頻器基本被歐、美等國家壟斷，如德國的西門子(SIEMEN)、丹佛斯( DANFOSS)，、歐洲的ABB等。逆變環(huán)節(jié)為三相SPWM逆變方式。前者主要用于中頻加熱，方波變頻又分為等幅等寬和SPWM變頻。所謂變頻就是利用電力電子器件(如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT)將50Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。變頻調(diào)速被認為是一種理想的交流調(diào)速方法。因此人們希望，讓簡單可靠廉價的籠式交流電機也像直流電動機那樣調(diào)速。大家都知道，目前，無論哪種機械調(diào)速，都是通過電機來實現(xiàn)的。從大的范圍來分，電機有直流電機和交流電機。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速等交流調(diào)速方式。但如何得到一個單獨向異步電動機供電的經(jīng)濟可靠的變頻電源，一直是交流變頻調(diào)速的主要課題。它分為直接變頻(又稱交交變頻)，即把市電直接變成比它頻率低的交流電，大量用在大功率的交流調(diào)速中。常用的方法有正弦波(調(diào)制波)與三角波(載波)比較的SPWM法、磁場跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等。 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀進入90年代，通用變頻器以其優(yōu)異的控制性能，在調(diào)速領(lǐng)域獨樹一幟，并在工業(yè)領(lǐng)域及家電產(chǎn)品中得到迅速推廣。中小容量的變頻器85%為日本產(chǎn)品和臺灣產(chǎn)品所占領(lǐng)，如富士(FUJI),三墾( SAMCO )、東芝(TOSHIBA)、松下(PANASONIC)、三菱( MITSUBISHI)、安川以及臺灣的臺達。隨著IT技術(shù)的迅速普及，以及人類思維理念的改變，變頻器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展迅速，未來主要朝以下幾個方面發(fā)展[2]：智能化的變頻器買來就可以用，不必進行那么多的設(shè)定，而且可以進行故障自診斷、遙控診斷以及部件自動置換，從而保證變頻器的長壽命。保護環(huán)境，制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念?，F(xiàn)在電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術(shù)也隨之取得了日新月異的進步。各種性能優(yōu)越的新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，如既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的門極可關(guān)斷晶閘管GTO；具有良好功率轉(zhuǎn)換效率和適于在高頻大功率情況下工作的MOSFET；既有MOS管柵極驅(qū)動電壓功率小和驅(qū)動線路簡單，又有雙極性功率晶體管導(dǎo)通飽和壓降小優(yōu)點的絕緣柵雙極性大功率管IGBT；以及內(nèi)部既有大功率開關(guān)器件，又有各種驅(qū)動電路和過壓、過流等保護電路的智能型功率模塊IPM等器件的應(yīng)用，不僅使交流調(diào)速系統(tǒng)控制裝置體積小，效率高，而且還更容易實現(xiàn)各種功能復(fù)雜但在結(jié)構(gòu)上簡單的控制方案，更加充實和推動了變頻器理論的進一步發(fā)展。因此，本論文通過對變頻器的研究，對于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)理論的應(yīng)用，有著實際的意義和一定的應(yīng)用價值。：它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可調(diào)電壓的交流電（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。：交直交變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交直交變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器。與之相比，電流型變頻器施加于負載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類似于電流源，它主要應(yīng)用在大容量的電機傳動系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機、泵類節(jié)能調(diào)速中。因為本設(shè)計中采用中等容量的電動機，所以采用三相380V電源。濾波電路：因在本設(shè)計中采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。控制電路：采用8051單片機和SPWM波生成芯片SA4828，控制電路的主要功能是接受各種設(shè)定信息和指令，根據(jù)這些指令和設(shè)定信息形成驅(qū)動逆變器工作的信號。2交流異步電動機變頻調(diào)速原理 三相異步電機工作的基本原理 異步電機的等效電路異步電動機的轉(zhuǎn)子能量是通過電磁感應(yīng)而得來的。由電動機的基礎(chǔ)知識可知：轉(zhuǎn)子回路的頻率 ，與轉(zhuǎn)差率成正比，所以轉(zhuǎn)子回路中的各電量也都與轉(zhuǎn)差率成正比。可以得到電動機的T形等效電路圖，由于交流異步電動機三相對稱，所以現(xiàn)只取A相進行計算分析。（3）電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式 = （24）式中 ——磁極對數(shù)； ——電源的相電壓； ——電源頻率。，在這點上，電動機以同步轉(zhuǎn)速運行（=0），其電磁轉(zhuǎn)矩T=0。臨界點Ｋ是一個非常重要的點，它是機械特性穩(wěn)定運行區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)的分界點。由知：越小，越大，機械特性就越硬。 異步電機變頻調(diào)速原理交流異步電動機是電氣傳動中使用最為廣泛的電動機類型。交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。由上式可知磁極對數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越慢，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速比磁場的同步轉(zhuǎn)速要慢一點，所以稱為異步電動機，這個差別用轉(zhuǎn)差率表示： （28）在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間，=0，這時=1；啟動后的極端情況=，則=0，即在0～1之間變化，一般異步電動機在額定負載下的 =1%～6%。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交直交方式，先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?整流，濾波)，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。濾波電容濾除整流后的電壓波紋，并在負載變化時保持電壓平穩(wěn)。電源指示燈HL除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，和的作用就是消耗掉這部分能量。另外，當(dāng)電動機制動時，續(xù)流二極管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。當(dāng)逆變管開通時，迅速下降，迅速升高，并聯(lián)在逆變管兩端的電容由于電壓降低，將通過逆變管放電，這將加速電流的增長率，造成IGBT的損壞。這種緩沖電路的缺點是增加了損耗，所以適用于中小功率變頻器。將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。因此交流電的周期（頻率）可以通過改變開關(guān)通斷的速度來調(diào)節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓幅值。用同樣的方法得：當(dāng)、同時閉合和、同時閉合，得到,同時閉合和、同時閉合，得到。②各相的開關(guān)順序以各相的“首端”為準，互差電角度。制動電阻粗略計算為～=～擊穿電壓：當(dāng)線電壓為380V時，根據(jù)經(jīng)驗值選1000V。BJT屬于雙極型器件，具有耐壓水平高、電流大、導(dǎo)通電壓低的優(yōu)點，缺點是開關(guān)時間長，有二次擊穿現(xiàn)象以及控制功率大。IGBT是壓控器件，柵極輸入阻抗高，所需要驅(qū)動功率小，驅(qū)動較為容易。(3)隨著柵極串聯(lián)電阻增加，將使IGBT的開通和關(guān)斷時間增加，從而使IGBT開關(guān)損耗增加；而減小，則又將使增大，從而使IGBT在開關(guān)過程中產(chǎn)生較大的電壓或電流尖峰，降低IGBT運行的安全性和可靠性。要使器件導(dǎo)通，驅(qū)動信號必須大于其開啟電壓。通常，正向柵極電壓取15V。IGBT的柵極等效為一電容負載，所以驅(qū)動信號源的內(nèi)阻要小。一般柵極反向電壓取為(5～0)V。當(dāng)IGBT高頻運行時，柵極驅(qū)動電流和驅(qū)動功率也是不小的