【正文】 當(dāng)允許輸入 EN 有效時(shí)，根據(jù) PID 參數(shù)表中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行 PID 指令，即在一個(gè)應(yīng)用程序中，最多可以使用 8 個(gè) PID 控制回路，一個(gè) PID 控制回路只能使用 1 條 PID 指令 ,每個(gè) PID 控制回路必須使用不同的回路號(hào)。最后執(zhí)行RETI 指令，跳出中斷程序。 CK 是比例增益，如果 CK 太小，雖然沒有超調(diào)量，系統(tǒng)輸出量變化緩慢，調(diào)節(jié)時(shí)間太長。另外， IGBT 開通后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能提供足夠的功率，使 IGBT 不退出飽和而損壞。 10V 的電源用來給柵極提供反向電壓，使 IGBT 可靠關(guān)斷。 IGBT 的柵極與發(fā)射極存在著極間電容，這個(gè)電容高達(dá)數(shù)千皮法左右， IGBT 的導(dǎo)通需要建立快速驅(qū)動(dòng)電壓，且驅(qū)動(dòng)電路的輸出電阻要小。因此，在 IGBT 數(shù)據(jù)手冊中給出的電容 Cies 值在實(shí)際應(yīng)用中僅僅只能作為一個(gè)參考值使用。驅(qū)動(dòng)器功率不足或選擇錯(cuò)誤可能會(huì)直接導(dǎo)致 IGBT 和驅(qū)動(dòng)器損壞。 圖 轉(zhuǎn)速檢測電路 他勵(lì) 式 ZCF221 型直流發(fā)電機(jī)，額定數(shù)據(jù)為 VUTN 51? ， AIN ? ，min2400 rnTN ? 。 PMW 交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、輸出波形好、結(jié)構(gòu)簡單 等優(yōu)點(diǎn)，在井下風(fēng)機(jī)、水泵、造紙機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 高速脈沖輸出指令 高速脈沖輸出指令的梯形圖和語句表如圖 61 所示。 PLC 模式選擇 PWM 模式 [11]。在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM 波形。 PWM 逆變電路的控制方法有很多，主要方法有計(jì)算法、 調(diào)制法 、跟蹤法 。v6 v6v2v3v4v1v5v5OOOV V V6 的柵極 G 接收脈沖信號(hào) 。 下面來分析一個(gè)周期內(nèi) PWM 波形的產(chǎn)生過程， 當(dāng) 0— 1t? 時(shí)， V1 在一周期內(nèi)開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段 V V V6 的柵極 G 接收脈沖信號(hào) 。從整體看三相交流電，則是 每 60176。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦波是等效的。 如圖 51 所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中圖 51a 為矩形脈沖，圖 51b 為三角形脈沖，圖 51c 為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于 1，那么，當(dāng)它們分別在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。 PWM 控制技術(shù)在 眾多領(lǐng)域的逆變電路中的 最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。如圖 41 三相橋式整流電路原理圖 ,T 整流變壓器一次側(cè)從風(fēng)力發(fā)電機(jī)引入三相交流電源，二次側(cè)接整流電路。WNu 的波形形狀和 39。 下面來分析三相電壓型橋式逆變電路的工作波形。由于 Cd 的作用，逆變 輸 入端電壓平滑連續(xù)，直流電源具有電壓源性質(zhì)。 圖 33 簡單逆變電路 三相電壓型逆變電路 三相逆變電路為勵(lì)磁提供電源，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。 IGBT 的耐壓值計(jì)算： IGBT 的損耗 損耗是指 IGBT 在開通或關(guān)斷過渡過程期間的功率損耗。 圖 32 IGBT 的開關(guān)過程 IGBT 的額定電流計(jì)算 IGBT 的主要參數(shù) CESU —— 由內(nèi)部 PNP 晶體管的擊穿電壓確定 —— 包括額定直流 CI 和 1ms 脈寬最大電流 CPI CMP —— 正常工作溫度下允許的 最大功耗。 IGBT 的中文名稱叫絕緣柵極雙極晶體管， 具有通流能力強(qiáng)、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好、所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。 逆變電路的應(yīng)用十分廣泛。所以，此次設(shè)計(jì)的交流勵(lì)磁裝置時(shí)，這是滿足一定指標(biāo)的隨動(dòng)裝置。當(dāng)負(fù) 載突變時(shí)，可以通過快速控制勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相位來調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，充分利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，釋放給負(fù)荷或者從負(fù)荷吸收，同時(shí)其對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)比常規(guī)的電機(jī)還要小。這種電機(jī)在配合改變勵(lì)磁電流相序和轉(zhuǎn)差功率流向時(shí)還可使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速；若在調(diào) 速同時(shí)能對(duì)其勵(lì)磁電流的有功分量和無功分量進(jìn)行解耦控制，則可使電機(jī)運(yùn)行在高功率因數(shù)即 cos =1 狀態(tài)下，取得巨大節(jié)能效果。 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型 一般按發(fā)電機(jī)分的話分直驅(qū)和雙饋 兩種類型 ， 目前大多采用的都是雙饋，未來的流行趨勢是直驅(qū)，因?yàn)闆]有齒輪箱，機(jī)械故障率更低 。我國自主開發(fā)的 200300 千瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的國產(chǎn)化率已超過 90%； 600 千瓦 機(jī)組樣機(jī)的國產(chǎn)化率達(dá)到 80%左右。 印度從 20 世紀(jì) 90 年代以后大力引進(jìn)國外技術(shù)，并采取有力的政策措施促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。 聯(lián)邦風(fēng)能協(xié)會(huì)的估計(jì)更為樂觀 ，認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例甚至可以提高到30%。 研究現(xiàn)狀 及前景 隨著國際工業(yè)化的進(jìn)程，全球氣溫逐漸變暖，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，支撐工業(yè)化進(jìn)程的能源、電力所主要以來的化石燃料在地球上的儲(chǔ)量消耗越來越快，常規(guī)能源資源面臨枯竭的危險(xiǎn)，現(xiàn)代新能源和可再生能源的發(fā)展問題擺在了世界各國的面前。 產(chǎn)生以上問題的根本原因在于變換器的整流部分和逆變部分采用的是各自獨(dú)立的控制，無法充分 利用雙方信息協(xié)調(diào)一致，致使通過整流部分和逆變部分的瞬時(shí)能量總是存在著較大的差值。交 交變頻由于固有缺陷，輸出電壓中含有大量諧波，輸入側(cè)功率因數(shù)低，對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)造成了嚴(yán)重的諧波污染，從而不適合應(yīng)用于兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電；矩陣變換器雖然結(jié)構(gòu)簡單，效率高，具有良好的輸入輸出特性且不需要中間直流電容。因此，研制適用于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性、高效率的控制系統(tǒng)和供電性能良好的 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，是廣大科技工作者對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的探索 重點(diǎn)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過測速發(fā)電 機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測。但是，前者電力電子變換裝置所需容量較大，電壓和功率因數(shù)調(diào)節(jié)比較困難，近年電力電子技術(shù)的發(fā)展使對(duì)風(fēng) 電 機(jī)本身的改進(jìn)成為可能。 這樣就實(shí)現(xiàn)了風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的變速恒頻運(yùn)行。從而在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電方 式占據(jù)了主導(dǎo)地位并引領(lǐng)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向。這是因?yàn)椋哼@種大容量儲(chǔ)能濾波電容一般是電解電容，其缺點(diǎn)是體積大、笨重而且性能不可靠。為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的雙 PWM 變換器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并綜合矢量控制技術(shù)對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。在德國，風(fēng)能是居水力發(fā)電之后最重要的再生能源來源，風(fēng)力發(fā)電在德國電力生產(chǎn)所占的比例已達(dá)到 %。按規(guī)劃至 20xx 年風(fēng)電裝機(jī)總量將達(dá) 150 萬千瓦，屆時(shí)相當(dāng)于國內(nèi)電力用量的 10%，到 2030 年時(shí)將把風(fēng)電的比例提高到占全國所需電力的 40%。全年平均風(fēng)速 3m/s 及以上的時(shí)間達(dá) 30005000h,平均風(fēng)能密度為 100W/m，可開發(fā)的風(fēng)能資源 約 億千瓦。 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在“三北”地區(qū)發(fā)揮其資源優(yōu)勢，建設(shè)大型和特大型風(fēng)電場，在其他地區(qū)，因地制宜地發(fā)展中小型風(fēng)電場，充分利用畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 各地的風(fēng)能資源。變速恒頻，即風(fēng)力機(jī)和發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是可變的，而發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率是恒定的。所以同步電機(jī)勵(lì)磁一般只能對(duì)無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而交流勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁的可調(diào)量卻有三個(gè)： （ 1） 勵(lì)磁電流的幅值； （ 2） 勵(lì)磁電流的頻率； （ 3） 勵(lì)磁電流的相位。也 就是說，風(fēng)電機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)行在亞同步狀態(tài)，勵(lì)磁裝置總是要給電機(jī)補(bǔ)償頻率。 整個(gè)系統(tǒng)是由測量單元、逆變單元、風(fēng)力發(fā)電單元和 PLC 控制單元組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置。 它綜合了雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件和單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件的優(yōu)點(diǎn)，已獲得大量應(yīng)用。 圖 31 IGBT 結(jié)構(gòu) IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 UdS1S2S3S4負(fù)載i ou o 120 攝氏度 。當(dāng)開關(guān) S S4 閉合，S S3 斷開時(shí)，負(fù)載電壓 0u 為正；當(dāng)開 關(guān) S S4 斷開， S S3 閉合時(shí)， 0u 為負(fù)，其波形如圖所示。直流電源采用 整流電路 ，由普通 二極 管 組成。 這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。UNu 波形是幅值為 2/dU 的矩形波。 從而求出 VUU UNd 1 ??， 這就是三相逆變電路 的直流母線 的輸入電壓。它可以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)的交流勵(lì)磁要求。沖量即窄脈沖的面積。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等副而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且 使 矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量相等）就得到圖 52b所示的脈沖序列。 圖 53 三相交流電 下面來分析一個(gè)周期內(nèi)的 IGBT 導(dǎo)通情況。每個(gè)橋臂上的某個(gè) IGBT 從電壓過零點(diǎn)開始導(dǎo)通到開始換相關(guān)斷，要經(jīng)過 180176。 當(dāng) 5t? — 6t? 時(shí)， V3 關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)， V6 開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段V V V6 的柵極 G 接收脈沖信號(hào) 。在風(fēng)速達(dá)到最大時(shí)，逆變電路輸出直流，此時(shí)選擇 V1 與 V6 導(dǎo)通，有兩相繞組為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁。要向調(diào)制電路輸入信號(hào)波和載波 ，調(diào)制信號(hào)是希望輸出的波形，載波是接受調(diào)制的信號(hào)。 高速脈沖輸出功能是指在 PLC 的某些輸出端產(chǎn)生高速脈沖，用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)高速輸出和精確控制，它在步進(jìn)電機(jī)控制中具有廣泛應(yīng)用。不改變脈沖的時(shí)基基準(zhǔn)，只改變脈沖的寬度，稱為同步更新；既改變脈沖的時(shí)基基準(zhǔn)又改變脈沖的寬度，稱為 異步更新。 SMB67 控制 PTO0 或 PWM0， SMB77 控制 PTO1 或 PWM1。從而是系統(tǒng)達(dá)到輸出近似工頻電壓的 要求。 電壓信號(hào)進(jìn)入模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換為 范圍在 0320xx 二進(jìn)制數(shù)。該電容幾乎不受溫度影響，但與 IGBT 集電極 發(fā)射極電壓 CEC 的電壓 有密切聯(lián)系。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 M57962L45161314810 0μ F10 0μ F+15V3. 1Ω4. 7k Ω30V1 0V+5Vuitrr≤ 0. 2 μ s快恢復(fù)500 Ω 柵極電阻小，開關(guān)器件通斷快，開關(guān)損耗??；反之則慢，同時(shí)開關(guān)損耗大。 圖 82 給出了 M57962L 型 IGBT 驅(qū)動(dòng)器的接線圖 ，驅(qū)動(dòng)器的 13引腳接到 PLC的脈沖輸出端。畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 二是提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖。 AQW0 為完成 PID 調(diào)節(jié)的 2f 的模擬輸出量。 每經(jīng)過一個(gè)采樣周期執(zhí)行一次中斷程序，這里要執(zhí)行的是 PID 控制程序。當(dāng)輸入 有效時(shí)，連接與中斷事件 EVNT 相關(guān)聯(lián)的 INT 中斷程序。 這次設(shè)計(jì)的交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置是通過 PLC 控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置并接收轉(zhuǎn)速信號(hào)形成對(duì)。 （小數(shù)部分舍去） 當(dāng)輸入 EN 有效時(shí)，將整數(shù)型輸入數(shù)據(jù) IN，轉(zhuǎn)換成雙整型數(shù)據(jù)（舍去 IN 中的小數(shù)部分），送到 OUT。 DT是微分時(shí)間，微分時(shí)間的大小反應(yīng)頻率振蕩的強(qiáng)弱。 的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能簡單實(shí)用，最好自身帶有對(duì) IGBT 的保護(hù)功能，有較強(qiáng)的抗干擾能力 [8]。采用一個(gè)性能良好的驅(qū)動(dòng) 電路，可使 IGBT 工作在比較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)提高整個(gè)裝置的運(yùn)行效率，可靠性和安全性都有重要的意義 [5]。這些集成驅(qū)動(dòng)器的引腳都大同小異，接線也基本相同，只是在參數(shù)上有些不同，不同的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)不同容量、不同開關(guān)頻率的 IGBT。 柵極電阻 Rg 的作用 絕緣柵器件 (IGBT、 MOSFET)的柵射（或柵源）極之間是容性結(jié)構(gòu)，柵極回路的寄生電感又是不可避免的，如果沒有柵極電阻，那柵極回路在 驅(qū)動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)脈沖的激勵(lì)下要產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩，因此必須串聯(lián)一個(gè)電阻加以迅速衰減。圖 81是 IGBT 門極電容分布示意圖，其中 GEC 是柵極 發(fā)射極電容、 CEC 是集電極 發(fā)射極電容、 GCC 是柵極 集電 極電容或稱 米勒 電容（ Miller Capacitor）。 調(diào)節(jié)電位器使 Un的范圍在 0— 10V，以接入 S7200 的模擬量輸入模塊 。 ，控制精度高。高速脈沖串輸出 PTO 和寬度可調(diào)脈沖輸出 PWM 都 PLS 指令激活輸出。當(dāng)設(shè)定脈寬等于周期時(shí)（使占空比為 100%），輸出連續(xù)接通；設(shè)定脈寬定于 0時(shí) （ 使占空比為 0%） ，輸出斷開。 可編程控制器（ PLC）是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)而來的，是一 種 數(shù)字運(yùn)算操作的電 子系統(tǒng)。 下面分析脈寬的計(jì)算過程 ： 找到輸出電壓的表達(dá)式 : tfuu do 22sin ?? （ du 直流母線電壓） (51) 對(duì)式 51 定積分，可以求出 第一個(gè)脈寬表達(dá)式 第 二 個(gè)脈寬表達(dá)式 第三個(gè)脈寬表達(dá)式 第四個(gè)脈寬表達(dá)式 每一個(gè)輸出正弦半波波形都是由四個(gè)不同數(shù)值并且對(duì)稱的脈寬組成，進(jìn)而組成完整的 PWM 波形。 V6 V1 V2 V3 V4 V5 180176。 當(dāng) 3t? — 4t? 時(shí)， V1 關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)， V4 開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段V V V4 的柵極 G接收脈沖信號(hào) 。 把三相交流電分成六等份進(jìn)行分析，每段寬度為 60176。