【正文】 （單極性） 我們所用 PWM脈寬調(diào)制信號是采用調(diào)制波（正弦波 Ur）與載波（三角波 Uc）相比較的方法產(chǎn)生，常用的載波是三角波，常用的調(diào)制波是正弦波，這種調(diào)制波為正弦波的脈寬調(diào)制稱為正弦脈寬調(diào)制（ SPWM），產(chǎn)生的調(diào)制波是正弦等幅、等距而不等寬的脈沖列，有兩 種調(diào)制方法： (1).單極性 SPWM法 調(diào)制波和載波如圖 4－ 1(a)所示，曲線 1是正弦調(diào)制波 Ur，其周期決定于所需要的調(diào)頻比 Kf，振幅值決定于 Ku，曲線 2是采用等腰三角形的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于 Ku＝ 1，正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角形的極性相同（即單極性）。 (2).雙極性 調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于 Kf，振幅決定于 Ku，如圖 4－ 2（ a）中的曲線 1， 載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，當 Ku＝ 1時 ,正 弦波的振幅值相等，調(diào)制波與載波的交點，決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，自由相電壓合成的線電壓是單極性的。 當調(diào)制信號頻率較低時，載比 N較大，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負半周期脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后 1/4周期脈沖不對稱的影響都較小輸出波形接近正弦波，當調(diào)制信號頻率增設(shè)時，載波比 N就減小，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減小，輸出脈沖的不對稱性影響就變大，這會出現(xiàn)脈沖的跳動，同時，輸出波形的正弦波之間的差異也變大，電路輸出特性變壞，對于三相 SPWM 型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差，因此，在 采用異步調(diào)制方式時，希望盡力提高載波頻率，以使在調(diào)制信號頻率較高時，仍能有較大的載波比，改善輸出特性。 我們采用分段同步控 制，它相當于在低頻時采用異步調(diào)制方式而高頻時切換到同步調(diào)制方式所具備的優(yōu)點。 (2).規(guī)則采樣法 自然采樣法是基本的 SPWM控制的基本原理為出發(fā)點，所以準確地計算出功能開關(guān)器件的通斷時刻，所得的波形很接近正弦波，但是這種方法計算量過大，因而在工程實際使用并不多，規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，它的效果接近自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。從圖可得如下關(guān)系式： (1＋α sinω rtD )/δ /2=2/Tc/2 因此可得 δ＝ Tc/2(1+α sinω rtD ) (41) 在三角波一周其內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度δ為 δ＝ 1/2(Tcδ )＝ Tc/4(1α sinω rtD ) (42) １０ δ /2 δ /2δ ＇ δ ＇圖4－ 3　 采用三角波的規(guī)則采樣法 對于三相橋式逆變電路來說，應(yīng)該形成三相 SPWM波形，通常三相的三角載波是公用的，三相正弦調(diào)制波集資相差 120186。 （三）三相 SPWM異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)方案的確定 一． 采用變頻調(diào)速要達到的目標： （ 1） 節(jié)約電能； （ 2） 提高生產(chǎn)力； （ 3） 提高產(chǎn)品質(zhì)量； （ 4） 降低設(shè)備的制造費用； （ 5） 提高環(huán)境性。因此，在調(diào)節(jié)電源頻率的同時，要調(diào)節(jié)電壓的大小，以維持磁通的恒定，使最大轉(zhuǎn)矩不變。然而，由于電動機的感應(yīng)電動勢 E1難以測得和控制，故實際應(yīng)用中采用一種近似的恒磁通控制方式，即當頻率較高時，采用恒比例控制方式，當頻率較低時，引入低頻補償，也就是通過控制環(huán)節(jié)，適當提高變頻電源輸出電壓，以補償?shù)皖l時定子電阻上的壓降，維持磁通不變，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制。 若要準確的維持恒功率的調(diào)速，必須按 U1/{F1}=cost的原則，進行電壓頻率的協(xié)調(diào)控制。這種系統(tǒng) 不僅安全可靠，而且具有良好的特性。 （ 2） 每極磁通不應(yīng)超過額定值，一面磁路飽和。 以上（ 1）、（ 2）、（ 3）是技術(shù)條件，（ 4）、（ 5）是經(jīng)濟條件。恒磁通控制 時，磁通不變，由于負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平方成正比，因此電動機電流也和轉(zhuǎn)速的平方成正比，隨著轉(zhuǎn)速的下降，電流急劇減小，使銅耗大大減小，故轉(zhuǎn)速平方型負載在負載重、電流大、銅耗大的場合，采用這種控制方式較合適，但對于輕載的場合，不宜采用這種控制方式，這是因為恒磁通控制，磁通不變，鐵耗較大，對降低輕載時的損耗不利。在決定這類負載的電動機容量時，電動機轉(zhuǎn)矩應(yīng)有最低速時的負載轉(zhuǎn)矩來決定，轉(zhuǎn)速則由最高速決定。若調(diào)速范圍為 D，則在額定轉(zhuǎn)速時的電流為額定電流的 1/D，因而有利于銅耗的減小。 (3)恒轉(zhuǎn)矩型負載 在電動機滿載的條件下，恒轉(zhuǎn)矩負載只有一種控制方式，即恒磁通控制方式。恒壓 控制方式在保持電壓不變的條件下，輸出轉(zhuǎn)矩近似和轉(zhuǎn)速成反比。 圖4－ 5　帶 低頻補償?shù)暮銐侯l比轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)框圖PWM脈寬調(diào)制信號生成器/D轉(zhuǎn)換器給定積分器恒磁通補償器光電隔離電路驅(qū)動電路保護電路 (2)轉(zhuǎn)差頻率控制 它屬于轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，在恒磁通的條件下，通過控制轉(zhuǎn)差頻率，就可以實現(xiàn)對 轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制。 2. 按計算機參與控制的情況分類 （ 1） 單片機控制 （ 2） 多微機控制 （ 3） 單片機 + SPWM器件控制結(jié)構(gòu) 為了獲得較為理想的調(diào)速性能，人們研制出了各種各樣的 SPWM脈寬調(diào)制信號發(fā)生器有模擬的，數(shù)字的，還有混合式的，也有數(shù)片集成電路芯片組合而成的， HEF4752就是其中一種，它是 80年代初英國 Mullard公司研制出的一種專門用來產(chǎn)生三相正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）信號的 大規(guī)模集成電路，它可驅(qū)動大功率晶體管，但后來研制出的SLE4520能驅(qū)動頻率更高的絕緣柵晶體管 IGBT，運用 SLE4520產(chǎn)生 SPWM脈寬調(diào)制信號可以使變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路的硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，有利于提高整個系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性，也可以使整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制變得更為簡捷，采用單片機控制時，可減小大量的計算工作量，使微機騰出空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)揮微機的控制作用。如果發(fā)生事故，則產(chǎn)生中斷來申請中斷處理。 電阻 R1和燈 L作為系統(tǒng)運行的指示標志， R2 用于電機制動時的耗能電阻。因此，對于三相負載，則需要 36個晶閘管元件，另外，由于輸出波形是由供電電源經(jīng)整流后得到的，所以 ，交流輸出的頻率不能高于電網(wǎng)電源的頻率。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機之間將有無功功率流動，所以必須在直流環(huán)節(jié)和負載之間設(shè)置貯能元件，以緩沖無功能量，根據(jù)無功能量的處理方式，變頻電源分為電壓源和電流源兩種。 在本課題中，我勻利用 SLE4520進行變頻調(diào)速產(chǎn)生的 SPWM波調(diào)制技術(shù)，故我們通常選用電壓源變壓器。 其 UDMAX＝ 220*= 濾波器件的說明及選擇 從整流電路的分析中看出，經(jīng)整流出來的電壓不是純直流電，而是一個交流成分與直流電壓疊加而成的脈動直流電壓，由于脈動大，產(chǎn)生雜音或使信號嚴重失真，影響通信質(zhì)量（傳支質(zhì)量），所以必須加濾波器進行濾波。 GTR與 GTO相比較雖有關(guān)斷控制容易的優(yōu)點，但因其是用電流信號進行驅(qū)動的，所需驅(qū)動功率較大，故基極驅(qū)動系統(tǒng)比較復(fù)雜，并使工作頻率難以提高。 IGBT具有 MOSFET的工作速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動簡單的優(yōu)點，也具有 GTR的阻斷電壓高，載流能力強的特點，并且沒有 GTR固有的二次擊穿 問題，安全工作區(qū)寬。 二 .IPM模塊的介紹 智能電力模塊是電力集成電路的一種，有時也稱為智能集成電路。電力集成模塊的智能化主要表現(xiàn)在易實現(xiàn)控制功能，保護功能和接口功能等三方面， IPM就具有這種特點，它將主開關(guān)器件，續(xù)流二極管，驅(qū)動電路，電流、電壓、溫度檢測元件及保護信號生成與傳送電路，及某些接口集成在一起，形成所謂混合式電力集成電路，表現(xiàn)它的智能與靈巧特色。本驅(qū)動電路具有如下特點： ２４ 分別使用單獨門極電阻 ,根據(jù)驅(qū)動元件的特性 ,可獨立地控制各自的開關(guān) dv/dt。 （ OC） IGBT 的過電流保護，檢測出集電極電流，如在 6～ 8μ S （ tDOC）的時間內(nèi)連續(xù)超過 Ioc，則軟關(guān)斷 IGBT。 內(nèi)置防止誤動作閉鎖功能（ UV， OH 公用）全部 IGBT 的 OC 保護功能，閉鎖時間約持續(xù) 2ms，保護動作閉鎖期間，即使有 ON輸入， IGBT 也不動作。 3. 短路保護功能（ SC） OC保護功能動作時， SC保護將聯(lián)動，能抑制因負載短路及橋臂短路的峰值電流。此時，若下橋臂側(cè) IGBT 的輸入信號為 ON時，將被軟關(guān)斷，在 2ms 閉鎖期間停止工作。此時，若 IGBT 的輸入信號為 ON時，將被軟關(guān)斷，在 2ms 閉鎖期間停止工作。上橋臂上橋臂 OC， UV， TjOH保護功能動作時，沒有報警輸出。 IGBTIPM 的特點 IPM（智能功率模塊），與過去的 IGBT 模塊和驅(qū)動電路的組合電路相比，有 如下特點： 驅(qū)動電路內(nèi)置 在最佳設(shè)定條件下，驅(qū)動 IGBT。 OC， SC 保護能防止因過電流，負載短路導(dǎo)致 IGBT 的損壞，由于對每個 IGBT 的集電極電流進行檢測，所以無論 哪個 IGBT發(fā)生異常都可保護，尤其橋臂短路也可保護，由于每個 IGBT 均有內(nèi) 置的電流檢測，無須另加檢測元件。 R系列 IPM，IGBT 管芯內(nèi)設(shè)有溫度檢測元件，對于芯片的異常發(fā)熱， OH保護可快速動作（管芯溫度過熱 ２６ 保護 TjOH）。15KV/μ s 或 10KV/μ s TPHL=TPLHlt。 ③ 發(fā)光二極管驅(qū)動電路 報警輸出用光耦 ① 光耦規(guī)格 可使用普通光 耦，但滿足以下特性為佳。但是，要求光耦輸出 Ioutgt。使用市售的電源組件時，電源輸出側(cè)的 GND 端子不要互連。 GND 的連接 下臂側(cè)控制電源 GND 與主電源 GND 已在 IPM內(nèi)部連接，因而絕對不要在 IPM 的外部進行連接。 應(yīng)選擇頻率特性好，阻抗低的電解電容器，將其與高 頻薄膜電容并聯(lián)使用效果更好。 電壓范圍的考慮 IPM 的指 標中規(guī)定了主電源電壓 ,內(nèi)有 VDC,VDC(surge),VSC,VCES 等 4 項 ,(內(nèi)容參見第2 章的特性術(shù)語 ). 根據(jù)該 4 項 ,主電源電壓范圍如下 : 對 AC進線加噪聲濾波器 ,加裝絕緣接地 . 0V以下 (添加反向電壓 ) 控制電路將損壞，絕對不要加反壓。注意不要在此電壓范圍內(nèi)的 工作。 20V以上 可能損壞控制電路，務(wù)必不要加此高的電壓。 電源上電順序 如上 所述，應(yīng)在 Vcc 為 ~ 后添加主電源，如在此前加上主電源，最壞的場合，保護特性還未充分作用前， IPM 已先損壞。 1 保護動作 的共同點 1) 保護的范圍 IPM 內(nèi)置的保護功能僅針對非重復(fù)性的異常現(xiàn)象的保護。 負載異常 OC動作例子及注意事項 1) 過負載 因馬達的負載異常等引起 IPM輸出電流上升時 OC保護動作，經(jīng) tDOC后 IGBT 軟關(guān)斷，如為下臂側(cè)則輸出報警。 啟動時，如輸入信號 ON脈寬超過 10μ S，短路電流將被檢出， OC保護動作，報警輸出可檢測到異常情況。 IGBT 自行關(guān)斷約 2ms，如輸入信號還未停止，則在 2ms 后保護狀態(tài)復(fù)位。下臂側(cè)公用一個報警輸出，而上臂側(cè)則無報警輸出。 管殼溫度保護（ TcOH）之溫度檢測點 管殼溫度保護之溫 度檢測點是焊接于裝有功率元件的陶瓷基板上，位于下臂 X 相 IGBT的近旁基板的端部， TcOH 對基板整體溫升起保護作用，但若某一主功率元件集中發(fā)熱，則由 之管芯溫度保護 TjOH保護動作。 (五 )，穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源的輸出電壓不受負載變化和電網(wǎng)電壓波動等的影響而保持恒定不變，因此，穩(wěn)壓電源是自動控制技術(shù)中不可缺少的設(shè)備。 T1D1D2D3D4C13300uC20 . 1 u7805C4470uC50 . 6 8 u+ 5 v~ 2 2 0 V++ T1T R A N S 1D1D2D3D43300u0 . 1 u1000u0 . 1 u7815123+ 1 5 vF1F U S E 1~ 2 2 0 V 集成穩(wěn)壓具有體積小，精度高，使用方便，多功能保護，輸出電流可擴展的特點，其輸出電壓固定，外圍電路簡單。 顯示撥碼盤給定系統(tǒng)光電耦合控制回路方框圖 1． 系統(tǒng)控制回路工作原理圖的說明。如此循環(huán)工作下去，當電路發(fā)生過流，過壓等現(xiàn)象時，由檢測電路向 8031發(fā)出信號，同時向 SLE4520的 INGIBIT引腳發(fā)出封鎖信號封鎖 SLE4520，以防止逆變器過載、短路等故障。 SLE4520 為雙列直插式 28 腳芯片，如圖所示。 2). P7～ P0（ 4腳～ 11腳），為 8位數(shù)據(jù)輸入端，與 8位 CPU的數(shù)據(jù)總線相接。該端輸入信號控制 3個可預(yù)置 8位減法計數(shù)器是否開始進行遞減運算。 ３４ 2). RES（ 23腳），為 SLE4520的復(fù)位端，可與微機位電路的輸出相連。 SLE450芯片被選通工作；為低電平時，該芯片不工作。 2). STATUS（ 20腳）