【正文】 的用來保護(hù)被驅(qū)動的 MOS 門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對同一橋臂上下 2 個(gè)功率器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生 互鎖延時(shí)時(shí)間。 電磁隔離用高頻脈沖變壓器作為隔離元件，具有響應(yīng)速度快（脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強(qiáng)度高， dv/dt 共模干擾抑制能力強(qiáng)。 逆變驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 一個(gè)理想的 GTR 驅(qū)動器應(yīng)具有以下基本性能： (1)動態(tài)驅(qū)動能力強(qiáng)，能為 GTR 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動脈沖； (2)有足夠的輸入輸出電隔離能力； (3)具有柵壓限幅電路，保護(hù)柵極不被擊穿； (4)輸入輸出信號傳輸無延時(shí)； (5)在出現(xiàn)短路、過流的情況下， 迅速發(fā)出過流保護(hù)信號，供控制回路進(jìn)行處理。 逆變電路的設(shè)計(jì) 逆變電路 的功率器件選用 6 個(gè) GTR 和 6 個(gè)快速續(xù)流二極管。對輸出 SPWM 波的最小脈沖問題進(jìn)行了處理，采用匯編語言對中斷服務(wù)子程序進(jìn)行編程，使得 SPWM 波形中最小脈沖的寬度達(dá)到了3μs，這個(gè)寬 度（時(shí)間）基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)中所用 GTR 的最小開關(guān)周期。當(dāng)載波比 N 發(fā)生變化時(shí)， max 的值會發(fā)生變化。這樣，周而復(fù)始 ， CEX0 引腳上不斷產(chǎn)生交替的高低電平，從而在其所對應(yīng)的端口 I/O 上得到準(zhǔn)確的 SPWM 波形。如果將相應(yīng)模塊的 I/O 線 CEXn 連接到端口 I/O，單片機(jī)相應(yīng)端口輸出電平即發(fā)生變化，這就可實(shí)現(xiàn) PWM 脈沖的高、低電平輸出。 C8051 實(shí)現(xiàn) SPWM 波形的原理及算法 (1) C8051F 系列單片機(jī) PCA 簡介 C8051F 系列單片機(jī)都具有一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器陣列 PCA，以 C8051F040 為例，PCA 包含 1 個(gè)專用的 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器和 6 個(gè) 16 位捕捉 /比較模塊，可以輸出 6 路 PWM 波形。 若 Ts 為三角波的周期，同時(shí)也是采樣周期； Ur 為三角波的高，正弦波為 Ucsinωt。 SPWM 技術(shù)原理 SPWM 技術(shù)的基本原理是利用一個(gè)三角波載波和一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，得到一個(gè)寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，用它們來驅(qū)動逆變 器開關(guān)管的開關(guān)轉(zhuǎn)換。逆變模塊工作時(shí)所需要 的直流電壓信號由整流電路對 380V 電源進(jìn)行全橋整流得到。單片機(jī)、時(shí)鐘電路、通訊接口、鍵盤與顯示電路、光電耦合、 IPM 逆變器、整流模塊、轉(zhuǎn)速檢測和故障檢測、報(bào)警電路等組成。 第 四 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速技術(shù)是近 20年內(nèi)發(fā)展起來的一門新技術(shù)。該技術(shù)同時(shí)具有調(diào)制和控制的雙重性，通過復(fù)位開關(guān)、積分器、觸發(fā)電路、比較器達(dá)到跟蹤指令信號的目的。此外 ，它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應(yīng)用場合帶來不便。 矢量控制 PWM 矢量控制也稱磁場定向控制，其原理是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia， Ib 及 Ic，通過三相 /二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1及 Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及 It1(Im1 相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵(lì)磁電流； It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流 )，然后模仿對直流電動機(jī)的控制方法，實(shí)現(xiàn)對交流電動機(jī)的控制。磁通閉環(huán)式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度。此法從電動機(jī)的角度出發(fā)，把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體，以內(nèi)切多 邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制，使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場 (正弦磁通 )。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，若給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息，則可獲得比較快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)。 三角波比較法 該方法與 SPWM 法中的三角波比較方式不同，這里是把指令電流與實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較，求出偏差電流，通過放大器放大后再和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM 波。其實(shí)現(xiàn)方案主要有以下 3 種。區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定，線電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一 的確定了。區(qū)間用 Uuv 本身表示，中間 60176。這是因?yàn)?，?jīng)過 PWM 調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的 3 倍頻于正弦波信 號的諧波，但在合成線電壓時(shí)，各相電壓中的這些諧波將互相抵消，從而使線電壓仍為正弦波。因此，提出了線電壓控制 PWM，主要有以下兩種方法。該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷實(shí)現(xiàn) PWM 控制。 SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波 的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。 隨機(jī) PWM 其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲 (在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的 )，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。到目前為止，已出現(xiàn)了多種 PWM 控制技術(shù)，根據(jù) PWM 控制技術(shù)的特點(diǎn)，到目前為止主要有以下 幾 類方法。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì) 80 年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。相當(dāng)于基波分量的信號波（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)畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調(diào)制信號，但決不是最優(yōu)信號。 頻率的下降會導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降， 鐵心和線圈過熱。 但是，為了保持在調(diào)速時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持電機(jī)的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應(yīng)調(diào)節(jié)。 變頻調(diào)速基本 原理 變頻調(diào)速的工作原理 p—— 磁極對數(shù) 異步電動機(jī)是依靠旋轉(zhuǎn)磁場的作用而轉(zhuǎn)動的，根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論，有下列關(guān)系n1 = 60f / p 式中 n1—— 定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，也叫異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速（ r / min）； f—— 電源頻率（ Hz）； p—— 電動機(jī)的磁極對數(shù)。在變頻調(diào)速時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩 Tmax =Cm (u／ f)2 式中： Cm電動機(jī)常數(shù)；u電源電壓； f電源頻率。 (6)對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時(shí)會引起變頻器的降容， 變頻器容量要放大一擋。 ③ 轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。 (2)變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電 源以供給電動機(jī)。其次，對于新型器件的應(yīng)用做了說明，根據(jù)新型功率器件的特點(diǎn)和應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)出了逆變器的驅(qū)動電路和保護(hù)電路，使得新型功率器件的應(yīng)用更加安全。 PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng) 利用電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在轉(zhuǎn)差率 S 很小的范圍內(nèi)，當(dāng)磁通 Φ 不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差角頻率成正比的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的較高性能調(diào)速，但其動態(tài)性能不夠。 有關(guān)資料表明，采用變頻調(diào)速技術(shù)確實(shí)能夠取得非常明顯的節(jié)能、增產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果，節(jié)電率一般在 10%~30%，有的高達(dá) 40%，更重要的是生產(chǎn)中一些技術(shù)難點(diǎn)也得到解決。 （ 3） 進(jìn)一步增加器件的集成度，縮小變頻裝置整體的尺 寸，更加提高系統(tǒng)可靠性?；诂F(xiàn)代理論 的有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等；基于自能控制思想上網(wǎng)模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。功率級部分是解決高電壓、大電流方面的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題 。 (3) 相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組起動及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動、礦井卷場方面有很大需求。 (3) 控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，德國西門子公司 Simovert A 電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為 10 ~ 2600 kVA 和 Simovert P GTO PWM 變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為 100 ~ 900 kVA，其控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全 數(shù)字化，用于電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵傳動。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)間效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式 ，成為 當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。國 內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國際上最先進(jìn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品 ，國內(nèi)的成套部分在自行設(shè)計(jì)制造成 套裝置中采用外國進(jìn)口公司和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，自己開發(fā)應(yīng)用軟件，能 為國內(nèi)外重大工程項(xiàng)目提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng)。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。 (7) 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動機(jī)的過載能力大為降低。 (3) 起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。變頻器可以將原先固定的電壓和頻率的交流電源轉(zhuǎn)換為可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的交流源 ，所以變頻器已經(jīng)成為當(dāng)今交流調(diào)速的核心部件。s efficiency is low. SCM using puter control the exchange of asynchronous motor Frequency Control System that has greatly simplified control circuit, the use of SPWM (SPWM) drive, the system has improved efficiency. Induction Motor Frequency Control, in the actual use of pulse width modulation (PWM), and pleted FM Surge two functions. To achieve singlechip microprocessor (PWM) to control can adjust flexibly, to simplify circuit. This design by the MCS51 series of singlechip microprocessor achives PWM control。與上述傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：采用新型大規(guī)模專用集成電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，使波形穩(wěn)定，精度和可靠性顯著增加。用單片 機(jī)實(shí)現(xiàn) （ PWM） 來控制可使調(diào)節(jié)靈活，電路簡化。涉及的主要相關(guān)知識：電力電子及運(yùn)動控制、微機(jī)控制。要求完成內(nèi)容主要有： 變頻調(diào)速技術(shù)基本原理 變頻調(diào)速基本原理 控制方案確定 軟件與硬件設(shè)計(jì)。 交流異步電動機(jī)的 變頻調(diào)速，實(shí)際中多采用脈沖寬度調(diào)制 （ PWM） ，完成調(diào)頻和調(diào)壓兩種功能。這種系統(tǒng)由于采用模擬控制，設(shè)備復(fù)雜、調(diào)整困難，且控制精度低，可靠性差，因而限制了這種系統(tǒng)的應(yīng)用。s plicated control circuits, the system39。變頻調(diào)速是以 變頻器向交流電動機(jī)供電，并可以構(gòu)成開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。 (2) 調(diào)速范圍較大，精度高。 (6) 必須有專用的變頻電源，目前造價(jià)較高。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。很多先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口，在我國運(yùn)行良好，滿足了國內(nèi)生產(chǎn)和生活需要。 近 10 年來，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù) 正發(fā)生著 交流調(diào)速取代直流調(diào)速 和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù) 的革命 。在大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利 ABB 公司提供了單機(jī)容量為 6 萬 kW 的設(shè)備用于抽水蓄能電站。 (2) 功率器件的發(fā)展。 在大功率 交 交、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字 化及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當(dāng)差距。 (2) 變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白。它分為功率級和控制級兩大部分。當(dāng)前高水平的控制策略有：基于電動機(jī)和機(jī)械模型的有矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和 機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)?。對中、小容量變頻器，主要采取提高開關(guān)頻率的 PWM 控制；對大容量變頻器，主要采取在常規(guī)的開關(guān)頻率下，改變主電路結(jié)構(gòu)和控制方式這兩條途徑。 （ 4） 以 32位高微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模塊有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法， Windows 控制系統(tǒng)的引入使得自由設(shè)計(jì)成為可能，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。該控制系統(tǒng)成本低及其結(jié)構(gòu)簡單，所以多用于風(fēng)機(jī)等的節(jié)能調(diào)速上面。首先，在逆變器供電的交流調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的運(yùn)行條件發(fā)生了很大變化，針對逆變器供電的特點(diǎn)給出了變頻調(diào)速異步電動機(jī)的選擇方法。要求完成任務(wù)主要有： 變頻器及其工作原理 變頻調(diào)速基本原理 控制方案確定 軟件與硬件設(shè)計(jì) 第 二 章 異步電動機(jī)變頻調(diào)速 變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 變頻器的選型 變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： (1)采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。對于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考