【正文】 c c 10u3k5vinininininin200V A CD?M 3 ～D?B R I D G E 2V C C3k ２７ TPLHTPHL=～ s CTRgt。 與 TCOH相比， TjOH對于 IGBT 管芯異常發(fā)熱的保護動作時間更短。 UV 保護對驅(qū)動電源欠壓起保護作用，整個驅(qū)動電路內(nèi)置。 驅(qū)動電路 IGBT 間的連線縮短，驅(qū)動回路的阻抗變低，所以無須反向偏置電源。經(jīng)過 2ms 的閉鎖期后，如輸入信號為 OFF，則保護動作解除。 OH滯環(huán)為防止產(chǎn)生振蕩 TjOH也設(shè)置了滯環(huán) TjH， TjOH 動作 2ms 后，管芯溫度 Tj下降到 TjOHTjH后，保護動作解除。 OH滯環(huán)為防止產(chǎn)生振蕩 TCOH 也設(shè)置了滯環(huán) TCH ， TCOH 動作 2ms后，管殼溫度 Tc下降到 TCOH TCH 后，保護動作解除。 4. 控制電壓低下保護功能（ UV） UV 保護功能，當(dāng)控制電源電壓 Vcc下降到 VUV 時，如輸入信號為 ON，則 IGBT 軟關(guān)斷。 尤其是下橋臂，包括制動單元的各相 ALM 間相互連接，下橋臂側(cè)保護動作，下側(cè)各 IGBT 在閉鎖期間均停止工作。但是，如在不到 tDOC的時間內(nèi)，電流已下降到 Ioc 以下時；或在 tDOC時間內(nèi)有 OFF 關(guān)斷信號輸入時， OC 保護功能就不動作。 單電源驅(qū)動無須反偏電源 由于驅(qū)動電路與 IPM間的連線縮短 ,布線阻抗變小 ,無反偏電源也能正常驅(qū)動。 IPM的結(jié)構(gòu)： 以富士公司 R 系列 IPM為例，介紹其結(jié)構(gòu)及功能： 6MBP015RA060 智能電力模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖所示 過熱保護電路富士R系 列IP M內(nèi)部 結(jié)構(gòu)圖 IPM的端子功能 ２３ 端子標(biāo)號 內(nèi) 容 P 變頻器的整流變換平滑濾波后的主電源 VD的輸入端子 P： +端 N： 端 N B 制動輸出端子：減速時再生制動電阻電流的輸出端子。在電力電子變流電路中 ，電力電子器件必須有驅(qū)動電路（或觸發(fā)電路），控制電路和保護電路的配合，才能按人們的要求實現(xiàn)一定的電力控制功能，以往，電力電子器件和配套控制電路是分立器件或電路裝置，而今半導(dǎo)體技術(shù)達到了可以將電力電子器件及其配套控制電路集成在一個芯片上，形成所謂的功率集成電路，可以做成多種功率器件及其控制電路所需的有源或無源器件，比如功率二極管、 GTR， IGBT，高低壓電容，高阻值多晶硅電阻，低阻值擴散電阻以及各種元器件之間的連接等。而且還具有不用緩沖電路，開關(guān)頻率高等優(yōu)點。 MOSFET 具有工作速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動簡單等優(yōu)點，但它在提高擊穿電壓和增大工作電流方面進展較慢，故在變頻器中的應(yīng)用尚不能居主導(dǎo)地位。 一般情況下，濾波電容 C越大，放電時間常數(shù) RFC就越大，脈動成分就越小，但也不能將 C 取太大，這容易導(dǎo)致調(diào)速動態(tài)響應(yīng)變慢，所以一般取 RFC≥（ 3~ 5） T/2JF，整流波形就比較平滑，基本上可滿足負載的脈動要求，故電容器的選擇為： Rfc ≥ 2)5~3( T T為電源電壓的周期 C≥（ 3～ 5） 2T Rf ???? 0 C≥ ２１ 故濾波電容器選擇 500UF (四 )逆變器件的選擇 一． 用 SLE4520很容易與微處理器（包括單片機）結(jié)合組 成大功率數(shù)字化變頻器的控制器。其輸出電壓波形為矩形波。 電壓源（亦稱電壓型）變頻器是在中間直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)大電容以緩沖無功功率，如圖 5－ 3（ a）所示，從直流輸出端看，電源具有低阻抗，因此，輸出電壓波形接近于矩形波，屬于電壓強制方式。 2． 交－直－交變頻 交－直－交變頻的工作原理可用圖 5－ 2所示的對單相負載供電的交－直－交變頻器來說明，它通過可控硅整流裝置把交流電變?yōu)榉悼烧{(diào)的直流電，開關(guān)元件 1,3和 2，4 交替對負載電陰供電，那么就在負載上得到交流輸出電壓 Uo， Uo 的幅什由可控整流裝置的控制角α決定， Uo 的頻率由開關(guān)元件切換的頻率來確定，而且受電源頻率的限制。 （二）變頻器介紹與變頻電源的選擇 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器可以分為交 — 交變頻器和交 — 直 — 交變頻。 顯示接口，主要用來顯示轉(zhuǎn)速等必要參數(shù)。 采用微機 +SPWM器件控制的 PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示： 驅(qū)動電路光電耦合電路顯示電路 轉(zhuǎn)速給定電路故障檢測及保護電路交流電源　～PM模 塊單片機＋SLE4 520的 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 五．本次方案的確定 由上述分析可知，采用單片機 +SLE4520 器件控制結(jié)構(gòu)，使 PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路的硬件更加簡單，有利于提高整個系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性，也可使整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制更為簡捷，并可減少大量的計算工作，僅用價格低廉的單片機 8031 就可勝任， １６ 同時也使單片機空出來處理一些諸如系統(tǒng)測量，保護及控制工作，有利于充分發(fā)揮單片機的控制作用，同時還采用 IGBT開關(guān)元件，使輸出的 SPWM的開關(guān)頻率達 20KHZ，基波頻率可達 2600HZ，達到設(shè)計要求，而且經(jīng)濟效益最佳?？驁D如圖 46所示。電動機功率因數(shù)也隨轉(zhuǎn)速的升高而減小，所以它并不能使電動機得到充分利用，其次，這種調(diào)速方式的過載倍數(shù)和轉(zhuǎn)速成反比，高速時，有堵轉(zhuǎn)的危險，故只有在負載較輕，調(diào)速范圍較小的場合才能應(yīng)用。這種控制方式能同時保證磁通不變，電流不變以及過載倍數(shù)不變。這種控制方式比適用重負載的場合，因為負載重，銅耗大，在調(diào)速中如能減小銅耗對提高效 率有利。對于恒功率型負載，可采用恒磁通控制方式和恒功率控制方式。 轉(zhuǎn)速平方型負載，負載較輕時，可采用恒電流控制方式。 １３ 常用的負載有：轉(zhuǎn)速平方型負載、恒功率型負載和恒轉(zhuǎn)速型負載。 （ 3） 電流不應(yīng)超過額定值，以免電動 機過熱。恒流控制和恒磁通控制的機械特性形狀基本相同，都具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，變頻時，對最大轉(zhuǎn)矩大小影響不大。與恒比例控制比較，恒功率控制時，隨著 F1的升高，要求 U1的升高相對小一些，恒功率控制方式的特點是輸出功率不變，它適用于負載隨轉(zhuǎn)速的升高而變輕的場合。圖 44為各種補償曲線，曲線 (1)為無補償時的 U1與 F1的關(guān)系曲線，曲線（ 2）、（ 3）、（ 4）為有補償時的 U1與 F2 的關(guān)系曲線。根據(jù) U1和 F1 不同的比例關(guān)系，可形成多種變頻調(diào)速方式。 二． 變頻調(diào)速方式 根據(jù)電機學(xué)知，交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為： N=60F1 (1S)/P 式中， F1為定子供電頻率， P為極對數(shù)， S為轉(zhuǎn)差率。相位，波在同一三角波內(nèi)三相的脈沖寬度分別為δ u, δ v, δ w，間隙分別為δ u′ , δ v′ , δ w＇，由于 在同一時刻三相正弦調(diào)制電壓之和為零，故由式（ 4－ 1）可得 δ u＋δ v＋δ w＝ 3/2Tc (43) δ u′＋ δ v′＋δ w′＝ 3/4Tc (44) 利用式（ 4－ 3）和式（ 4－ 4）可以簡化生成三相 SPWM波形時的計算。 圖 4－ 3說明了采用三角波作為載波的規(guī)則采樣法，在自然采樣法中，每個脈沖的中點并不和三角波中點重 合。 ： SPWM 逆變器因功率因素高，對電網(wǎng)污染小，輸出諧波分量在異步電動機，不停電源等裝置獲得廣泛應(yīng)用，一般用軟件生成 SPWM波形，重點介紹規(guī)則采樣法。 (2).同步調(diào)制 載波比 N等于常數(shù)，并在變頻時使載泚信號和調(diào)制信號保持同步的調(diào)制方式稱 為同步調(diào)制，在基本同步調(diào)制方式中，調(diào)制信號頻率變化時載波比 N不變，調(diào)制信號半個周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，在三相 PWM逆變電路中，通常公用一個三角波載波信號，且取載波比 N為 3的倍數(shù)，以使三相輸出波形嚴(yán)格對稱。 雙極性調(diào)制的工作特點：逆變橋在工作時，同一橋臂的兩個逆變器件總是按相電 壓脈沖系列的規(guī)律把導(dǎo)通和判斷，毫不停息，而流過負載 ZL 的是按正弦規(guī)律變化的 ８ 交流電流，如圖 4－ 2（ b）所示。 調(diào)制波和載波的交點，決定了 SPWM脈沖系列的寬度和脈沖間的寬度，所得的脈沖系列如圖 4－ 1(b)所示。 (二 )SPWM的工作原理及生成方法 SPWM調(diào)速是指用所期望的正弦波輸出作為調(diào)制波（即參考信號），對一等腰三角形的載波進行調(diào)制，得到一組幅值相等，而寬度正比于調(diào) 制波幅值的矩形波，從而去控制開關(guān)器件，達到調(diào)速要求的一種調(diào)速方法。 PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動機的諧波損耗，并減小脈矩脈動，同時還簡化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。在 ６ 電氣調(diào)速傳動領(lǐng)域內(nèi)，直流電動機占統(tǒng)治地位的局面已經(jīng)受到了猛烈的沖擊。 20世紀(jì) 70年代末，矢量控制技術(shù)的提出和實現(xiàn)，使異步電動機變頻后的機械特性達到了可以和直流電動機變壓后的機械特性相媲美的程度。 直到 20世紀(jì) 70年代，大功率晶體管（ GTR）的開發(fā)成功，才比較滿意地滿足了上述條件，從而為變頻技術(shù)的開發(fā)，發(fā)展和普及奠定了基礎(chǔ)。 一、調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 隨著工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人們對調(diào)速要求越來越高，交流調(diào)速有調(diào)壓調(diào)速，串級調(diào)速等，性能都處于不佳狀態(tài)，唯獨變頻調(diào)速受人矚目，采用變頻調(diào)速實現(xiàn)電動機的連續(xù)調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，造價低。因此，適用于 IGBT逆變器或其它中頻電源逆變器。三相 SPWM正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)是為了克服等脈寬 PWM法的缺點而發(fā)展起來的，它從電動機供電電源的角度出發(fā)，著眼于如何產(chǎn)生一個可調(diào)頻調(diào)壓的三相對稱正弦波電源。 INT1 中斷為讀 F 值，當(dāng)有 F 值拔入時 ，產(chǎn)生中斷，從而更新 F 值。 。 該系統(tǒng)分為兩大部分： 。 簽于交流傳動在這幾個方面的優(yōu)勢，所以我選擇了這個畢業(yè)設(shè)計課題――采用SLE4520 集成電路的三相 SPWM 異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，在此設(shè)計中，不公要動用微機控制技術(shù)，自動控制技術(shù)，單片機等相關(guān)知識，還要用到專業(yè)基礎(chǔ)知識，如電機拖支，電力電子變流技術(shù)，數(shù)字及模擬電路等 。但在要求調(diào)速傳動的領(lǐng)域中，過云的技術(shù)手段并沒有顯示出交流電機的優(yōu)越性。 １ 前言 現(xiàn)在電力拖動控制系統(tǒng)，根據(jù)控制對象和所采用的志動機的類型不同，可分為交流傳動和直流傳動兩大類。故交流傳動無論在應(yīng)用范圍還是在數(shù)量上，裝機容量上都占有重要而特殊的位置。而在高速、高壓、大功率、惡劣環(huán)境等方面，更為直流傳動所不及，可以預(yù)見新型交流調(diào)速系統(tǒng)在各個工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中會得到越來越廣泛的應(yīng)用，這表明電氣交流傳動的新時代已經(jīng)到來。 ２ 概述 微型計算機控制的數(shù)字交－直－交變頻調(diào)帶系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)相似，具有成本低，體積小，通用性強，效能高，便于維修和易于實現(xiàn)等優(yōu)點，因此得到廣泛使用，本課題采用 SLE4520 單片機控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。頻率 F 輸入由拔碼盤經(jīng)過 74LS244 三態(tài)緩沖器由 P0 口讀入。 INT0 中斷為外部事故中斷，當(dāng)電機過載，過流過壓及失壓時， IPM 自動報警，產(chǎn)生中斷，封鎖 SLE4520 信號，電機停轉(zhuǎn)。近 10年來，由于電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電氣傳動交流化的新時代正到來。這種芯片是一種應(yīng)用 ACMOS技術(shù)制作的低功耗高頻大規(guī)模集成電路，是一種可 編程器件，它能把三個 8位數(shù)字量同時轉(zhuǎn)換成三路相應(yīng)脈寬的矩形波信號，與 8位或 16位微機聯(lián)合使用，可產(chǎn)生三相逆變器所需的六路控制信號，輸出的 SPWM波的開關(guān)頻率可達 20KHZ，基波頻率可達 2600HZ。 ５ 總體設(shè)計方案的選擇 （一）采用 SLE4520的三相 SPWM電機變頻調(diào)速的提出 三相交流異步電機，由于轉(zhuǎn)子側(cè)的電流不從外部引入，而由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，故而 具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，價格低廉，便于維護等優(yōu)點，一經(jīng)問世，就備受人們的青睞。 首先，以目前迅速普及的“交－直－交”變頻器的基 本結(jié)構(gòu)來看，“交－直”的整流技術(shù)是很早就解決了的，而“直－交”的逆變過程實際是不同組合開關(guān)交替地接通和關(guān)斷過程，它必須依賴于滿足一定條件的開關(guān)器件，這些條件是： （ 1） 能承受足夠大的電壓和電流； （ 2） 允許長時間頻繁地接通和判斷； （ 3） 接通和關(guān)斷的控制必須十分方便。 在不采取任何措施的情況下，異步電動機在變頻后的機械特性遠遜色于直流電動機變壓后的機械特性，這必將大大影響變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍。 二．變頻調(diào)速原理 經(jīng)過 30年的發(fā)展，目前交流調(diào)速電氣傳動已經(jīng)成為電氣調(diào)速傳動技術(shù)的主流。目前幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都采用這一技術(shù)。 全數(shù)字控制具有如下特點： (1)精度高 在變頻器中采用 8位， 16 位甚至 32位微機作為控制機 (2)穩(wěn)定性好 由于信息為數(shù)字量，不會隨時間發(fā)生漂移 (3)可靠性好 系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，由軟件完成復(fù)雜的控制功 能，適當(dāng)修改軟件，就可以改變系統(tǒng)的功能。 ７ Ur1ω tω t圖4－ 1　P WM控 制的基本原理總圖