【正文】 end pwm_4。其實(shí)體的 VHDL 硬件描述語(yǔ)言如下。 process(sm, dsina) begin if sm=’1’ then y=dsina。以下是它的進(jìn)程 VHDL 語(yǔ)言描述。 use ieee .。在設(shè)計(jì)中，定義頂層的各個(gè)端口類型為獨(dú)立的 std_logic 或 std_logic_vector 類型。 圖 16 三相死區(qū)時(shí)間比較 圖 17 是封鎖信號(hào)來(lái)到時(shí)的六路波形，封鎖信號(hào) G為低電平時(shí)，六路信號(hào)立交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 即被封鎖置零，直到 G 恢復(fù)為高電平，信號(hào)恢復(fù)。 圖 15 是輸入調(diào)制頻率為 50HZ 時(shí)三相六路 SPWM 波形。經(jīng)過(guò) BOX2 的分離，可以看到，三相數(shù)據(jù)被分離開(kāi)來(lái)，并鎖存，直到經(jīng)過(guò)一個(gè)載波周期，新的數(shù)據(jù)送來(lái)。 圖 12 仿真波形 其中 BOX2框圖的一個(gè)部分如圖 13 所示。試驗(yàn)證明，這種三相分時(shí)計(jì)算電路穩(wěn)定，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)如圖 8 內(nèi)部所示。 令 D1=γ Dsin /255 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 每個(gè)載波周期由正弦調(diào)幅結(jié)果為： D=neutral+D1 （ 0＜ circle≤ 750 0180176。正弦表格里存有 0 到 180176。速度由頻率設(shè)定腳確定，該腳輸入 8 位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)定基波頻率的改變。 令 CESU CESPU? ，并向上靠攏， IGBT 的實(shí)際電壓等級(jí)應(yīng)取 1200V。 2. 靜電感應(yīng)過(guò)壓抑制電容 0C 取 0C 為 VF 1000/ ? （經(jīng)驗(yàn)選取）。 濾波電容的選擇 1. 參數(shù)計(jì)算 1) 當(dāng)沒(méi)有濾波電容時(shí)，三相整流輸出直流電壓為 VUUlDC 51 338 ???? ? (3― 8) 2) 加上濾波電容后， DCU 的最大線電壓可達(dá)到交流線電壓的峰值 VUU lD C P 5 3 73 8 022 ???? (3― 9) 2. 元件選取 濾波電容理論上越大越好，考慮到價(jià)格和體積，電容也不能選得太大；事實(shí)上，中間直流濾波電容的容量是從限制電壓波動(dòng)的角度來(lái)選擇的，因此，選用兩個(gè) VF 400/2200? 電解電容器相串聯(lián)，總耐壓值為 V800 ，電容量為 F?1100 。 指示電路 電源指示燈 HL，除了表示電源是否接通以外，還有一十分重要的功能，即在變頻電路切斷電源后，指示濾波電容是否放電完畢。本設(shè)計(jì)中，采用了由開(kāi)關(guān)元件 IGBT構(gòu)成的三相橋式逆變電路，由于 IGBT 具有 GTR 的大容量和 MOSFET 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作快、驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展很快，備受青睞，在電機(jī)控制和開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域中有著廣泛的前景。 2)可控硅 VT 當(dāng)電路正常工作是，如將此限流電阻長(zhǎng)時(shí)間接在電路中，會(huì)引起附加損耗和整流輸出直流電壓以及逆變器輸出電壓的不穩(wěn)定。 (3― 3) 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:10Jun2004Sheet of File:F:\電001談龍成\protel\MyDesign2.ddbDrawn By:D1D3 D6FUSE1FUSE2FUSE3L1 L2 L3C0 C1 C3C1 C2R1 R2RHHLReVdeR3D7C3R41KD8C4R5D9C5R7D11C7R8D12C8R61KD10C6MOTORRSTFU1RSVT3phaseQIGBTIGBTIGBTIGBTIGBTIGBTIGBTGND GND GNDP NV1V3V4V6V5 V2D4VeD2D5FU2圖4 系統(tǒng)主電路原理圖交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 中間直流電路 它包括吸收由整流器、逆變器回路產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的濾波電路（也稱儲(chǔ)能回路）以及限流電路。其結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。控制電路的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。專用交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 DSP 的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好 ,但靈活性差 ,通用的 DSP系統(tǒng)總體控制、協(xié)調(diào)性能不是很好 ,而且 DSP 開(kāi)發(fā)過(guò)程比較復(fù)雜 , 開(kāi)發(fā)工具價(jià)格昂貴。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，選擇 IGBT 較合適。其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 交 直 交變頻電路實(shí)現(xiàn)由整流器將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電，經(jīng)過(guò)濾波，然后由逆變器逆變成交流電供給負(fù)載。 系統(tǒng)主電路方案的確定 在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中，主回路作為直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響著系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，必須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求選擇合適的主電路。智能功率模塊 IPM 是向第四代功率集成電路 PIC 的過(guò)渡產(chǎn)品。 （ 2） SPWM 法 它是為克服（ 1）法的缺點(diǎn)而發(fā)展來(lái)的，該法是從電動(dòng)機(jī)供電電源角度出發(fā)，著眼于如何產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的三相對(duì)稱正弦波電源。它是利用半導(dǎo)體器件的開(kāi)通與關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度和周期以達(dá)到變壓的目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。 ABB 公司將小型變頻器定型為Comp－ ACTM，他向全球發(fā)布的全新概念是，小功率變頻器應(yīng)當(dāng)像接觸器、軟起動(dòng)器等電器元件一樣使用簡(jiǎn)牢，安裝方便，安全可靠。改變供電電源頻率也稱變頻調(diào)速，這種方法能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并且能適用于各種異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速需要，特別指出的是能適用我國(guó)現(xiàn)在普遍應(yīng)用的鼠籠式三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速需要。實(shí)踐的結(jié)果證明，節(jié)電率一般在 10％～30％，有的高達(dá) 40％，更重要的是生產(chǎn)中一些技術(shù)難點(diǎn)也得到解決。同時(shí)變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在性能、裝置體積、設(shè)備維護(hù)還是在節(jié)能乃至環(huán)保等方面也都體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)。用于機(jī)床、高速電梯、測(cè)功器、礦井提升機(jī)等的傳動(dòng)裝置，有更加復(fù)雜的要求，而且必須提供允許調(diào)節(jié)多個(gè)變量的靈活性，例如速度、位置、加速度和轉(zhuǎn)矩等。 經(jīng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及仿真波形分析，表明該系統(tǒng)滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞 ： 交流調(diào)速 變頻調(diào)速 IGBT CPLD PWM 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) II Abstract In recent years, with the development of new power electronic ponent and puter technique, high performance AC Motor VVVF system has been applied extensively. More and more people are interesting in its striking effect on powersaving and flexible operating mode. First, the basic technique of speed control by frequency variation is introduced briefly , and then the development and application in our country is summarized and we should do in future。 這樣的高性能應(yīng)用，一般在速度閉環(huán)下要求高速段保持高于 %的調(diào)速精度和至少 20： 1的寬調(diào)速范圍，以及高于 50rad/s 的快速暫態(tài)響應(yīng)。 交流傳動(dòng)得以飛速發(fā)展，得益于以下幾個(gè)方面： 電力電子功率器件的發(fā)展 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 控制理論的發(fā)展 PWM 技術(shù)的發(fā)展 微處理器和專用集成電路 (ASIC)的發(fā)展 我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，是一個(gè)由試驗(yàn)到實(shí)用，由輔助系統(tǒng)到生產(chǎn)裝置，由考慮節(jié)能到全面改善工藝水平，由開(kāi)環(huán)手動(dòng)控制到閉環(huán)自動(dòng)控制，由低壓中小容量到高壓大容量的過(guò)程。 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向 交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)種類繁多，常見(jiàn)的有：降壓調(diào)速，電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，饒線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速，變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變壓變頻調(diào)速。 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： ① 調(diào)速范圍寬，可以使普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速： ② 啟動(dòng)電流小，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大； ③ 啟動(dòng)平滑，消除機(jī)械的沖擊力，保護(hù)機(jī)械設(shè)備； ④ 對(duì)電機(jī)具有保護(hù)功能，降低電機(jī)的維修費(fèi)用； ⑤ 具有顯著的節(jié)電效果； ⑥ 通過(guò)調(diào)節(jié)電壓和頻率的關(guān)系方便地實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或者恒功率調(diào)速； 基本要求；變頻調(diào)速是，希望氣隙磁通量基本保持不變 ，這樣，磁路的飽和程度 、激磁電流和電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)均可保持不變。 低電磁噪音設(shè)計(jì)變頻器要求在抗干擾和抑制高次諧波方面符合 EMC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要做法是在變頻器輸入側(cè)加交流電抗器或有源功率因數(shù)校正 電路，改善輸入電流波形降低電網(wǎng)諧波以及逆變橋采取電流過(guò)零的開(kāi)關(guān)技術(shù)。目前 PWM 技術(shù)被廣泛應(yīng) 用于電氣傳動(dòng)、不間斷電源、有源濾波器等中。 （ 3）磁鏈追蹤型 PWM 法 它是從電動(dòng)機(jī)角度出發(fā)，著眼點(diǎn)是如何使電動(dòng)機(jī)獲得圓磁場(chǎng)。 IPM 包含了 IGBT 芯片及外圍的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，有的把光耦也集成于一體，因此是更為好用的集成功率器件。 主電路結(jié)構(gòu)的選擇 主電路是將三相交流電變換成頻率、幅值可調(diào)的交流電壓，能實(shí)現(xiàn)這一功能的電路有交 交電路和交 直 交電路。根據(jù)中間環(huán)節(jié)采用大電容或大電感濾波可分為交 直 交電壓型和交 直 交電流型兩類。 主電源的選擇 主電源的整流電路包括可控整流和不可控整流。 系統(tǒng)控制方案的確定 控制電路作為交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心部分，在影響整個(gè)系統(tǒng)的性能方面占有極其重要的地位，而控制系統(tǒng)的性能又取決于其運(yùn)算速度和控制精度，這在某種程度上依賴于實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的電子芯片。 可編程芯片尤其是 CPLD/ FPGA(復(fù)雜可編程邏輯器件 / 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 ) 具有通用性強(qiáng)、靈活性好的特點(diǎn) ,這些芯片可以用 VHDL (非常高速集成電路硬件描述語(yǔ)言 ) 進(jìn)行至頂向下的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) ,設(shè)計(jì)者不需要了解硬件的結(jié)構(gòu)就通過(guò)軟件編程用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的控 制器 ,系統(tǒng)的抗干擾性能優(yōu)于單片機(jī)系統(tǒng)。 圖 2 系統(tǒng)控制電路框圖 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 圖 3 系統(tǒng)總體電路框圖 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 本設(shè)計(jì)所要完成的主要工作 課題的目標(biāo)是完成交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路和控制電路兩部分設(shè)計(jì)。 交 直變換電路 該變換電路的 任務(wù)是將電源的三相交流電變換為平穩(wěn)的直流電。 濾波電路 由于整流電路輸出的整流電壓中含有 6 倍電源頻率的脈動(dòng)直流電壓，而逆變器采用 PWM 控制方式（由逆變器同時(shí)完成 VVVF） ,要求中間直流電路是電壓源型 , 所以一般采用電容器濾波。所以，當(dāng)電容兩端的電壓增加到額定電壓的 70%時(shí)，觸發(fā)可控硅，將電阻 sR 切除電路，并使一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。 2. 續(xù)流電路 由圖 4 中的 61 ~DD 構(gòu)成。由于 1C 和 2C 的容量較大，而切斷電壓又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以，電容沒(méi)有快速放電的回路，其放電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 電容器的均壓電阻取 WK 2/100 ? 。 3. 進(jìn)線電抗 Li 的電感量 iL