【正文】 8的片選信號(hào) CS 用 8051的 ，這樣 SA4828的 8 個(gè)寄存器的地址為： 寄存器 R0～ R5 的地址： 0000H～ 0005H。只要單片機(jī)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(guò) 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(hào)的波形。 8051 是高 第 25 頁(yè) 共 31 頁(yè) 性能的單片機(jī)，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(jī)，可以與 SA4828 直接接口。 過(guò)流發(fā)生時(shí)， R上的壓降大于過(guò)流保護(hù)動(dòng)作整定值，比較器LEM324 輸出低電平去 封鎖 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào) ， 即可使橋臂上的所有IGBT 處于截止?fàn)顟B(tài)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的功能。因 SA4828 的SET TRIP 端為高電平有效 ,所以應(yīng)加上一個(gè)反相器 ,使其反相后輸出高電平。動(dòng)作值整定為輸入電壓的 85%。運(yùn)放 BU:1 接成比較器的形式。欠電壓導(dǎo)致逆變器開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)功率不足而燒壞開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)取樣電壓高于設(shè)定值時(shí) (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(hù)信號(hào)。 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(yè) 共 31 頁(yè) 圖 過(guò)電壓保護(hù)電路 它 直接對(duì)直流側(cè)電壓進(jìn)行檢測(cè) 。當(dāng)輸入電壓過(guò)低時(shí)，雖不會(huì)對(duì)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(cuò)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(dòng)的范圍一般是額定輸入電壓的士 10%。其中 14R 和 15R 是兩個(gè)虛擬的寄存器，實(shí)際上并不存在。 圖 SA4828原理框圖 SA4828 的設(shè)置是通過(guò)單片機(jī)接口將數(shù)據(jù)送入 SA4828 芯片內(nèi)的兩個(gè)寄存器(初始化寄存器和控制寄存器 )來(lái)實(shí)現(xiàn)的。外部時(shí)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(jìn)行比較，自動(dòng)生成SPWM 輸出脈沖，然后通過(guò)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?yàn)檫@種脈沖不起任何作用，只會(huì) 增加開(kāi)關(guān)管的損耗 。 ZPPR：零相位脈沖輸出端。 （ 2）輸出類管腳說(shuō)明 RPHB、 YPHB、 BPHB：這些引腳通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的 R、 Y、 B 相的下臂開(kāi)關(guān)管。 WR 、 RD： Intel(Motorola)總線控制 write、 read 信號(hào)。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)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(jì)中選用 SA4828。圖 為 SPWM 波生成方法 [10]： utt0u開(kāi)的時(shí)刻關(guān)的時(shí)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(diǎn)是完成三角波與正弦波的比較并確定輸出脈沖寬度的時(shí)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(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔最小；當(dāng)正弦值 第 19 頁(yè) 共 31 頁(yè) 較小時(shí)，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(fù)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(shí)現(xiàn)變頻與變壓，由于輸出矩形波中含有較嚴(yán)重的高次諧波，會(huì)危害電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。由于場(chǎng)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(jì)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(jiǎn)單，成本低 第 18 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第四章 控制回路設(shè)計(jì) 控制回路是為變頻器的主電路提供通斷信號(hào)的電路，其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)控制。驅(qū)動(dòng)電路具有電隔離能力可以保證設(shè)備的正常工作，同時(shí)也有利于維修調(diào)試人員的人身安全 .驅(qū)動(dòng)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(duì) 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(kāi)關(guān)器件，在大電流的運(yùn)行場(chǎng)合，關(guān)斷時(shí)間不宜過(guò)短，否則會(huì)產(chǎn)生過(guò)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(hào)低于其開(kāi)啟電壓時(shí)， IGBT 就關(guān)斷了。在有短路保護(hù)的場(chǎng)合，不希望器件工作于過(guò)飽和狀態(tài)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電壓小一些，可減小短路電流，對(duì)短路保護(hù)有好處。當(dāng)要求 IGBT工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須保證使器件工作于飽和狀態(tài)，否則也會(huì)造成器件損壞。 通過(guò)以上分析可以看出，一個(gè)理想的 IGBT 驅(qū)動(dòng)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(guò)此值，柵極就會(huì)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(dòng)條件密切相關(guān)，隨驅(qū)動(dòng)條件的變化而變化。因此，兼具 MOSFET和 BJT 優(yōu)點(diǎn)的新型復(fù)合器件 IGBT 應(yīng)運(yùn)而生， IGBT 具有耐壓高、電流大、開(kāi)關(guān)頻率高、導(dǎo)通電阻小、控制功率小等優(yōu)點(diǎn)。 a) 結(jié)構(gòu)圖 b) 開(kāi)關(guān)的通斷規(guī)律 c) 波形圖 圖 三相逆變器原理圖 第 16 頁(yè) 共 31 頁(yè) IGBT 及驅(qū)動(dòng)模塊介紹 IGBT 簡(jiǎn)介及驅(qū)動(dòng)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(shí)， VUu? 為正； 3S 、 2S 閉合時(shí)， VUu? 為負(fù)。 可以看到在交流電變化的一個(gè)周期中，一個(gè)臂中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)如： 1S 、 2S 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]。能實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(yán)格或負(fù)載變動(dòng)較小的場(chǎng)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(dòng)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(shí)沒(méi)有定子降壓補(bǔ)償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線 圖中曲線 2—— 在低頻時(shí)有定子降壓補(bǔ)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(wèn)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(shí)，電源電壓不可能相應(yīng)升高。 圖 補(bǔ)償后的機(jī)械特性曲線 在基頻以上調(diào)速時(shí)，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(yè) 共 31 頁(yè) fV 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償法的原理是：針對(duì)頻率 f 降低時(shí)，電源電壓 U 成比例地降低引起的 U 的下降過(guò)低，采用適當(dāng)?shù)奶岣唠妷?U 的方法來(lái)保持磁通量 m? 恒定，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩回升，因此，有些變頻器說(shuō)明書又稱它為轉(zhuǎn)矩提升（ Torque Boost）。 變頻后的機(jī)械特性如圖 所示。 根據(jù)電機(jī)端電壓和感應(yīng)電勢(shì)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(lì)磁不足時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低，而勵(lì)磁過(guò)強(qiáng)時(shí)又會(huì)使鐵心中的磁通處于飽和狀態(tài)，是電動(dòng)機(jī)中流過(guò)很大的勵(lì)磁電流，增加電動(dòng)機(jī)的功率損耗，降低電動(dòng)機(jī)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(shí)改變輸出電壓的幅值，以維護(hù)電機(jī)磁通基本恒定，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)不下降。 由上式可知磁極對(duì)數(shù) p 越多，轉(zhuǎn)速 0n 就越慢，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n 比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速 0n 要慢一點(diǎn)，所以稱為異步電動(dòng)機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率 s 表示： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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2ss1 r?? 第 9 頁(yè) 共 31 頁(yè) 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。 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)類型。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： 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(dòng)勢(shì)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(cuò)誤 !未找到引用源。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離后去驅(qū)動(dòng)開(kāi)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(dòng)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(jì)中選用此種間接變頻器，在交 直 交變頻器的設(shè)計(jì)中，雖然電流型變頻器可以彌補(bǔ)電壓型 變頻器在再生制動(dòng)時(shí)必須加入附加電阻的缺點(diǎn)，并有著無(wú)須附加任何設(shè)備即可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的四象限運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，但是考慮到電壓型變頻器的通用性及其優(yōu)點(diǎn)，在本次設(shè)計(jì)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(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)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(guò)直流環(huán)節(jié) ， 不需換流， 故效率很高。 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 本次設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)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(jī)組作為可變頻率電源，供給交流電動(dòng)機(jī)。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。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(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。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(lái)分 ， 電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)。 本文在控