【正文】 改變定子的端電壓。近幾年來(lái)。主電路逆變電路設(shè)計(jì)中采用的電力電子器件是IGBT，故稱(chēng)為門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路。IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)連線應(yīng)該用雙絞線,長(zhǎng)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(guò)流檢測(cè)及保護(hù)電路根據(jù)IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電平和集電極電壓之間的關(guān)系,檢測(cè)是否有過(guò)電流現(xiàn)象存在,如果有過(guò)電流,保護(hù)電路將迅速關(guān)斷IGBT,防止過(guò)快的關(guān)斷時(shí)而引起因電路中電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)升高,使IGBT集電極電壓過(guò)高而損壞IGBT,電源電路將20V外部供電電源變成15V的開(kāi)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(dòng)要求，在設(shè)計(jì)中采用EXB840,它是一種高速驅(qū)動(dòng)集成電路,最高使用頻率為40KHz驅(qū)動(dòng)150A/600V或者75A/1200V的IGBT,采用單電源20V供電。柵極電阻過(guò)小，關(guān)斷時(shí)間過(guò)短，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過(guò)高，會(huì)對(duì)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(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供低阻抗的放電通路。另外，為減小開(kāi)通損耗，要求柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的前沿要陡。對(duì)無(wú)短路保護(hù)的驅(qū)動(dòng)電路而言，驅(qū)動(dòng)電壓高一些有好處，可使器件在各種過(guò)流場(chǎng)合仍工作于飽和狀態(tài)。(2)～6V(T=25C)的柵極開(kāi)啟電壓，驅(qū)動(dòng)信號(hào)低于此開(kāi)啟電壓時(shí)，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(yùn)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I(mǎi)GBT模塊的損壞以降低開(kāi)發(fā)成本和提高整機(jī)可靠性，、工作原理、主要參數(shù)、特性等在電力電子書(shū)本里已經(jīng)有詳細(xì)介紹，在這里不在贅述[7]。MOSFET屬于單極型器件，具有開(kāi)關(guān)頻率高、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、元件并聯(lián)運(yùn)行容易、控制功率小的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻大，耐壓水平不容易提高。 主電路參數(shù)計(jì)算根據(jù)前面所給出的原始參數(shù)，主電路各部分的計(jì)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(kāi)關(guān)的通斷規(guī)律 c) 波形圖 三相逆變器原理圖觀察6個(gè)開(kāi)關(guān)的位置及波形圖可以發(fā)現(xiàn)以下兩點(diǎn)：①各橋臂上的開(kāi)關(guān)始終處于交替打開(kāi)、關(guān)斷的狀態(tài)如、。當(dāng)、閉合時(shí)，為正；、閉合時(shí)，為負(fù)?？梢钥吹皆诮涣麟娮兓囊粋€(gè)周期中，一個(gè)臂中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)如：、交替導(dǎo)通，每個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電角度。本設(shè)計(jì)中采用了三相橋式不控整流電路，主要優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，功率因數(shù)接近于1，由于整流電路原理比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)中不再做詳細(xì)的介紹[5]。放電時(shí)，通過(guò)電阻放電，實(shí)現(xiàn)緩沖功能。當(dāng)逆變管關(guān)斷時(shí)，迅速上升，迅速降低，過(guò)高增長(zhǎng)的電壓對(duì)逆變管造成危害，所以通過(guò)在逆變管兩端并聯(lián)電容（）來(lái)減小電壓增長(zhǎng)率。續(xù)流二極管的作用是：當(dāng)逆變開(kāi)關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，雖然電壓突然變?yōu)榱悖怯捎陔妱?dòng)機(jī)線圈的電感作用，儲(chǔ)存在線圈中的電能開(kāi)始釋放，續(xù)流二極管提供通道，維持電流在線圈中流動(dòng)。為制動(dòng)電阻，在變頻器的交流調(diào)速中，電動(dòng)機(jī)的減速是通過(guò)降低變頻器的輸出頻率而實(shí)現(xiàn)的，在電動(dòng)機(jī)減速過(guò)程中，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降過(guò)快時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要回饋到直流電路中，使直流電路電壓（稱(chēng)泵升電壓）不斷上升，導(dǎo)致變頻器本省過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)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(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的裝置稱(chēng)為變頻器。當(dāng)=1是，=3000r／min；=2時(shí)，=1500r／min。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)異步電動(dòng)機(jī)的使用容量約占拖動(dòng)總?cè)萘康陌顺梢陨?，因此了解異步電?dòng)機(jī)的調(diào)速原理十分重要。變頻后的機(jī)械特性將會(huì)在下一小節(jié)中介紹。上述分析說(shuō)明：的大小影響著電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，越小，為了保證過(guò)載能力不變，電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載就越小。式中,為額定轉(zhuǎn)矩。 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線只要確定曲線上的幾個(gè)特殊點(diǎn)，就能畫(huà)出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。（2）電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 = （23）式中 ——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；　　　——主磁通。根據(jù)電機(jī)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(jì)算如下： （21）式中: 　　　　　　　—?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)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(duì) 數(shù)：P=2。電流電壓檢測(cè)：一般在中間直流端采集信號(hào)，作為過(guò)壓，欠壓，過(guò)流保護(hù)信號(hào)。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(jiǎn)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(dòng)機(jī)提供交流電功率，所以其主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行幾乎不受負(fù)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(dòng)系統(tǒng)。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達(dá)到電源頻率的1/3～1/2,所以不能高速運(yùn)行。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類(lèi)：交直交變頻器和交交變頻器?？傊涣麟姍C(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻器傳動(dòng)本身固有的優(yōu)勢(shì)，必將使之應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，以體現(xiàn)出不同的功能，達(dá)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(huì)效益，使變頻器具有越來(lái)越旺盛的生命力。這些發(fā)電設(shè)備的最大特點(diǎn)是容量小而分散，將來(lái)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(dòng)機(jī)一體化的趨勢(shì)，使變頻器成為電動(dòng)機(jī)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(shì)在進(jìn)入21世紀(jì)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(diǎn)；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動(dòng)裝置；永久磁鐵電動(dòng)機(jī)也正在開(kāi)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(guó)家壟斷，如德國(guó)的西門(mén)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(hù)所要求的交流電或其他電源。變頻調(diào)速被認(rèn)為是一種理想的交流調(diào)速方法。因此人們希望，讓簡(jiǎn)單可靠廉價(jià)的籠式交流電機(jī)也像直流電動(dòng)機(jī)那樣調(diào)速。大家都知道，目前，無(wú)論哪種機(jī)械調(diào)速，都是通過(guò)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從大的范圍來(lái)分，電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)。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(gè)單獨(dú)向異步電動(dòng)機(jī)供電的經(jīng)濟(jì)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(chēng)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(chǎng)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(shì) 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)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(dú)樹(shù)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(tái)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(tái)灣的臺(tái)達(dá)。隨著IT技術(shù)的迅速普及，以及人類(lèi)思維理念的改變，變頻器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展迅速，未來(lái)主要朝以下幾個(gè)方面發(fā)展[2]：智能化的變頻器買(mǎi)來(lái)就可以用，不必進(jìn)行那么多的設(shè)定，而且可以進(jìn)行故障自診斷、遙控診斷以及部件自動(dòng)置換，從而保證變頻器的長(zhǎng)壽命。保護(hù)環(huán)境，制造“綠色”產(chǎn)品是人類(lèi)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(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)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(mén)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(dòng)電壓功率小和驅(qū)動(dòng)線路簡(jiǎn)單，又有雙極性功率晶體管導(dǎo)通飽和壓降小優(yōu)點(diǎn)的絕緣柵雙極性大功率管IGBT；以及內(nèi)部既有大功率開(kāi)關(guān)器件，又有各種驅(qū)動(dòng)電路和過(guò)壓、過(guò)流等保護(hù)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(shí)現(xiàn)各種功能復(fù)雜但在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單的控制方案，更加充實(shí)和推動(dòng)了變頻器理論的進(jìn)一步發(fā)展。因此，本論文通過(guò)對(duì)變頻器的研究，對(duì)于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)理論的應(yīng)用，有著實(shí)際的意義和一定的應(yīng)用價(jià)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(chēng)直接式變頻器。：交直交變頻器是先把工頻交流通過(guò)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(chēng)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(fù)載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類(lèi)似于電流源，它主要應(yīng)用在大容量的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)節(jié)能調(diào)速中。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用中等容量的電動(dòng)機(jī)，所以采用三相380V電源。濾波電路：因在本設(shè)計(jì)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?？刂齐娐罚翰捎?051單片機(jī)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(dòng)逆變器工作的信號(hào)。2交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 三相異步電機(jī)工作的基本原理 異步電機(jī)的等效電路異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能量是通過(guò)電磁感應(yīng)而得來(lái)的。由電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)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?？梢缘玫诫妱?dòng)機(jī)的T形等效電路圖，由于交流異步電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱(chēng)，所以現(xiàn)只取A相進(jìn)行計(jì)算分析。（3）電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 = （24）式中 ——磁極對(duì)數(shù)； ——電源的相電壓； ——電源頻率。，在這點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行（=0），其電磁轉(zhuǎn)矩T=0。臨界點(diǎn)Ｋ是一個(gè)非常重要的點(diǎn)，它是機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)的分界點(diǎn)。由知：越小，越大，機(jī)械特性就越硬。 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理交流異步電動(dòng)機(jī)是電氣傳動(dòng)中使用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型。交流調(diào)速是通過(guò)改變電定子繞組的供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。由上式可知磁極對(duì)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越慢，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速要慢一點(diǎn)，所以稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率表示： （28）在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，=0，這時(shí)=1；啟動(dòng)后的極端情況=，則=0，即在0～1之間變化，一般異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)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(fù)載變化時(shí)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(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，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(kāi)通時(shí)，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(guò)逆變管放電，這將加速電流的增長(zhǎng)率，造成IGBT的損壞。這種緩沖電路的缺點(diǎn)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(guò)程稱(chēng)為逆變。因此交流電的周期（頻率）可以通過(guò)改變開(kāi)關(guān)通斷的速度來(lái)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(shí)閉合和、同時(shí)閉合，得到,同時(shí)閉合和、同時(shí)閉合，得到。②各相的開(kāi)關(guān)順序以各相的“首端”為準(zhǔn)，互差電角度。制動(dòng)電阻粗略計(jì)算為～=～擊穿電壓：當(dāng)線電壓為380V時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)較為容易。(3)隨著柵極串聯(lián)電阻增加，將使IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間增加，從而使IGBT開(kāi)關(guān)損耗增加；而減小，則又將使增大，從而使IGBT在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生較大的電壓或電流尖峰，降低IGBT運(yùn)行的安全性和可靠性。要使器件導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須大于其開(kāi)啟電壓。通常，正向柵極電壓取15V。IGBT的柵極等效為一電容負(fù)載，所以驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(yùn)行時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)功率也是不小的