【正文】 8的片選信號 CS 用 8051的 ，這樣 SA4828的 8 個寄存器的地址為： 寄存器 R0～ R5 的地址： 0000H～ 0005H。只要單片機從外部 RAM 讀取數(shù)據(jù)，就是讀取 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 模擬量的頻率給定通過 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀入 8051，轉(zhuǎn)化為 SA4828的控制字，以控制觸發(fā)信號的波形。 8051 是高 第 25 頁 共 31 頁 性能的單片機，因受到引腳數(shù)目的限制，它屬于地址與數(shù)據(jù)復(fù) 用的單片機，可以與 SA4828 直接接口。 過流發(fā)生時， R上的壓降大于過流保護動作整定值，比較器LEM324 輸出低電平去 封鎖 IGBT 的驅(qū)動電路的輸入信號 ， 即可使橋臂上的所有IGBT 處于截止?fàn)顟B(tài)實現(xiàn)過流保護的功能。因 SA4828 的SET TRIP 端為高電平有效 ,所以應(yīng)加上一個反相器 ,使其反相后輸出高電平。動作值整定為輸入電壓的 85%。運放 BU:1 接成比較器的形式。欠電壓導(dǎo)致逆變器開關(guān)器件驅(qū)動功率不足而燒壞開關(guān)器件。當(dāng)取樣電壓高于設(shè)定值時 (異常情況下 )，比較器輸出高電平，光 耦 器件導(dǎo)通，輸出低電平保護信號。 寄存器 AD3 AD2 AD1 AD0 地址 R0 0 0 0 0 00 H R1 0 0 0 1 01 H R2 0 0 1 0 02 H R3 0 0 1 1 03 H R4 0 1 0 0 04 H R5 0 1 0 1 05 H R14 1 1 1 0 0E H R15 1 1 1 1 0F H 第 23 頁 共 31 頁 圖 過電壓保護電路 它 直接對直流側(cè)電壓進行檢測 。當(dāng)輸入電壓過低時，雖不會對主回路元件構(gòu)成直接威 脅，但太低的輸入電壓很可能使控制回路工作不正常，而使系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致 SA4828 輸出錯誤的觸發(fā)脈沖，造成主回路直通短路而燒壞IGBT。通用變頻器輸入電源電壓允許波動的范圍一般是額定輸入電壓的士 10%。其中 14R 和 15R 是兩個虛擬的寄存器，實際上并不存在。 圖 SA4828原理框圖 SA4828 的設(shè)置是通過單片機接口將數(shù)據(jù)送入 SA4828 芯片內(nèi)的兩個寄存器(初始化寄存器和控制寄存器 )來實現(xiàn)的。外部時鐘輸入經(jīng)分頻器分成設(shè)定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內(nèi)三種調(diào)制波形進行比較，自動生成SPWM 輸出脈沖，然后通過脈沖刪除電路刪除窄脈沖（ 如圖 ） 窄脈寬 圖 脈沖序列中的窄脈寬 因為這種脈沖不起任何作用，只會 增加開關(guān)管的損耗 。 ZPPR：零相位脈沖輸出端。 （ 2）輸出類管腳說明 RPHB、 YPHB、 BPHB：這些引腳通過驅(qū)動電路控制逆變橋的 R、 Y、 B 相的下臂開關(guān)管。 WR 、 RD： Intel(Motorola)總線控制 write、 read 信號。 CLK：時鐘信號輸入端。下圖給出了其引腳排列示意圖和原理框圖 [11]。在本設(shè)計中選用 SA4828。圖 為 SPWM 波生成方法 [10]： utt0u開的時刻關(guān)的時刻調(diào)制波載波0 圖 SPWM波生成方法 采用模擬電路的優(yōu)點是完成三角波與正弦波的比較并確定輸出脈沖寬度的時間很短，幾乎瞬間完成。提高載波 (三角波 )的頻率，是減小 SPWM 調(diào)制波中諧波分量的有效方法。當(dāng)正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔最?。划?dāng)正弦值 第 19 頁 共 31 頁 較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，那么這樣的電壓脈沖系列就可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，這種調(diào)制 方式稱為正弦波脈寬調(diào)制。若采用等脈寬 PWM 調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)變頻與變壓，由于輸出矩形波中含有較嚴重的高次諧波，會危害電動機的正常運行。由于場控自關(guān)斷器件的不斷涌現(xiàn)。以下將介紹SPWM 技術(shù)工作原理和設(shè)計中所選用能產(chǎn)生 SPWM 波芯片 SA4828 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。 (8)電路簡單，成本低 第 18 頁 共 31 頁 第四章 控制回路設(shè)計 控制回路是為變頻器的主電路提供通斷信號的電路，其主要任務(wù)是完成對逆變器開關(guān)元件的開關(guān)控制。驅(qū)動電路具有電隔離能力可以保證設(shè)備的正常工作，同時也有利于維修調(diào)試人員的人身安全 .驅(qū)動電路和柵極之間的引線應(yīng)盡可能短，并用絞線，使柵極電路的閉合電路面積最小，以防止感應(yīng)噪聲的影響。對 600VIGBT 器件，柵極電阻可據(jù)下式確定： eR =(I～ 10)625/ eI 式中， eI 為 IGBT 的額定電流值 . 柵極電阻的下限取系數(shù)為 1，限取系數(shù)為10。 (5)IGBT 是高速開關(guān)器件，在大電流的運行場合，關(guān)斷時間不宜過短，否則會產(chǎn)生過高的集電極尖峰電壓。當(dāng) IGBT 關(guān)斷后在柵極加上一定幅值的反向電壓可提高抗干擾能力。 (3)當(dāng)柵極信號低于其開啟電壓時， IGBT 就關(guān)斷了。在有短路保護的場合，不希望器件工作于過飽和狀態(tài)，因為驅(qū)動電壓小一些，可減小短路電流，對短路保護有好處。當(dāng)要求 IGBT工作于開關(guān)狀態(tài)時，驅(qū)動信號必須保證使器件工作于飽和狀態(tài)，否則也會造成器件損壞。 通過以上分析可以看出，一個理想的 IGBT 驅(qū)動電路應(yīng)具有以下基本性能 : (1)通常 IGBT 的柵極電壓最大額定值為 ? 20V，若超過此值，柵極就會被擊穿，導(dǎo)致器件損壞。但必須注意， IGBT 的特性與柵極驅(qū)動條件密切相關(guān)，隨驅(qū)動條件的變化而變化。因此，兼具 MOSFET和 BJT 優(yōu)點的新型復(fù)合器件 IGBT 應(yīng)運而生， IGBT 具有耐壓高、電流大、開關(guān)頻率高、導(dǎo)通電阻小、控制功率小等優(yōu)點。 a) 結(jié)構(gòu)圖 b) 開關(guān)的通斷規(guī)律 c) 波形圖 圖 三相逆變器原理圖 第 16 頁 共 31 頁 IGBT 及驅(qū)動模塊介紹 IGBT 簡介及驅(qū)動要求 絕緣柵極雙極型晶體管 (IGBT)是 80 年代初功率半導(dǎo)體器件技術(shù)與 MOS 工藝技術(shù)相結(jié)合研制出的一種復(fù)合型器件。 當(dāng) 1S 、 4S 閉合時， VUu? 為正； 3S 、 2S 閉合時， VUu? 為負。 可以看到在交流電變化的一個周期中，一個臂中的兩個開關(guān)如： 1S 、 2S 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]。能實現(xiàn)這個功能的裝置稱為變頻器。 從以上的分析可看出， fV 控制常用于速度精度要求不十分嚴格或負載變動較小的場合。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動態(tài)性能。它是解決fV 控制靜態(tài)性能較差的一種有效方法。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 圖 注：圖中曲線 1—— 在低頻時沒有定子降壓補償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線 圖中曲線 2—— 在低頻時有定子降壓補償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線 fV 比恒定控制存在的主要問題是低速性能差。 造成這種現(xiàn)象的原因是：當(dāng)頻率 1f 升高時，電源電壓不可能相應(yīng)升高。 圖 補償后的機械特性曲線 在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從額定頻率 Nf 向上增高，但是電壓卻不能超出額定電壓 NU ，由式（ 210）可知，這將迫使磁通與頻率成反比例降低。 第 11 頁 共 31 頁 fV 轉(zhuǎn)矩補償法的原理是：針對頻率 f 降低時，電源電壓 U 成比例地降低引起的 U 的下降過低，采用適當(dāng)?shù)奶岣唠妷?U 的方法來保持磁通量 m? 恒定，使電動機轉(zhuǎn)矩回升，因此，有些變頻器說明書又稱它為轉(zhuǎn)矩提升（ Torque Boost）。 變頻后的機械特性如圖 所示。 根據(jù)電機端電壓和感應(yīng)電勢的關(guān)系式： 1 1 1 1 1()U E r jx I? ? ? (212) 式中 : 1U 定子相電壓； 1r 定子電阻； 1x 定子阻抗； 1I 定子電流。在勵磁不足時電動機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低，而勵磁過強時又會使鐵心中的磁通處于飽和狀態(tài)，是電動機中流過很大的勵磁電流，增加電動機的功率損耗，降低電動機的效率和功率因數(shù)。它是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時改變輸出電壓的幅值，以維護電機磁通基本恒定，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動機的效率、功率因數(shù)不下降。 由上式可知磁極對數(shù) p 越多，轉(zhuǎn)速 0n 就越慢，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速 n 比磁場的同步轉(zhuǎn)速 0n 要慢一點，所以稱為異步電動機，這個差別用轉(zhuǎn)差率 s 表示： 錯誤 !未找到引用源。 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2ss1 r?? 第 9 頁 共 31 頁 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。 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。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： 1 1 1 14 .4 4 NmE f N K?? （ 21） 式中 : 1E — 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值； 1f — 定子頻率； 1N — 定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)； 1NK — 基波繞組系數(shù)； m? — 極氣隙磁通。 —— 定子的相電壓； 錯誤 !未找到引用源。這些信號經(jīng)過光電隔離后去驅(qū)動開關(guān)管的關(guān)斷。 逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。 整流電路：整流部分將交流電變?yōu)槊}動的 直流電，必須加以濾波。 由于 交 直 交型變頻器 是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器，所以本次設(shè)計中選用此種間接變頻器，在交 直 交變頻器的設(shè)計中，雖然電流型變頻器可以彌補電壓型 變頻器在再生制動時必須加入附加電阻的缺點，并有著無須附加任何設(shè)備即可以實現(xiàn)負載的四象限運行的優(yōu)點，但是考慮到電壓型變頻器的通用性及其優(yōu)點，在本次設(shè)計中采用電壓型變頻器。 它根據(jù)直流部分電流、電壓的不同形式，又可分為電壓型和電流型兩種 ： （ 1）電流型變頻器 電流型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波，由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器。由于中間不經(jīng)過直流環(huán)節(jié) ， 不需換流， 故效率很高。 第 5 頁 共 31 頁 本次設(shè)計方案簡介 變頻器主電路方 案的選定 變頻器最早的形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機組作為可變頻率電源，供給交流電動機。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。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 。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。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。從大 的 范圍來分 ， 電機有直流電機和交流電機。 本文在控