【正文】 iL 按下面的經(jīng)驗公式計算 ? ?mHUIfUL Ki %2 212 ?? ? (3― 19) 式中， %KU —— 與變頻器容量相當?shù)恼髯儔浩鞯亩搪繁龋?100 KVA 以下的一般取 %KU 為 5，將 VU 2202 ? ， AI 352 ? ， HZf 501 ? 代入上式得 ? ?mHUIfUL Ki %2 212 ?? ? 220 ????? ? 故實選進線電感量 220 F? ，額定電流為 30A(交流 )或飽和電流為 50A(飽和電流考慮了 倍在要求 )。 本章小結 本章首先介紹了主電路的基本結構，對主電路中的整流電路、濾波電路、逆變電路以及能耗制動電路的工作 原理進行了分析；然后，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)要求，對主電路中元器件參數(shù)進行了分析、計算，并根據(jù)計算結果選擇了元器件。過壓信號和過流信號輸入腳交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 23 為高電平時，封鎖三相六路 P WM 輸出信號。 共 750 個數(shù)據(jù)，其峰值設為 166。） D=neutralD1 （ 750＜ circle≤ 1500 180176。 三相分時電路的應用 在該芯片中采用了查三角函數(shù)表取所需的三角函數(shù)值方法。原理如圖 10所示。其中 retb這個 box中的輸入 M[1..0]為判據(jù)，來確定 D[8..0]是否可以通過，如上所述 count0_2 為以 3 為模的計數(shù)器。 由上面分析可知道：該分式復用電路對圖 20 中的 BOX1 電路進行了復用，三路并列輸出的數(shù)據(jù)通過分時選擇，被分成按順序排列的一路數(shù)據(jù)送到 BOX1，經(jīng)過一系列運算得出一路按順序排列的數(shù)據(jù)，該路數(shù)據(jù)其實包含了三相的信息。三相波形在相位上互差 120176。 圖 17 封鎖信號到 來時的三相六路波形 其他單元電路設計 1．調(diào)節(jié)器的設計 本設計中，調(diào)節(jié)器采用比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器，其電氣原理圖如下所示。這樣有助于對實現(xiàn)前后的設計進行模擬，因為獨立的定義可以清除因被總線化后在使用不同的綜合工具進行綜合、布局布線、和模擬工作時出現(xiàn)的不良配合問題。 use ieee .。 process (ret, en, clk) begin if ret =`1` then q_temp=``0000000000``。 else y=``ZZZZZZZZZZ``。 library ieee； use ieee .。 5）死區(qū)發(fā)生器模塊： 死區(qū)發(fā)生器由死區(qū)計數(shù)器和一些 組合邏輯組成，以 A 相為例，將緩沖寄存器與基準計數(shù)器的數(shù)值比較結果 P1a（上橋臂）和 P2a（下橋臂）送至死區(qū)發(fā)生器，經(jīng)死區(qū)處理后輸出 A 相上下橋臂驅(qū)動信號 a1 和 a2。 y1, y2, y3 :out std_logic。本設計中，進入比較器的數(shù)據(jù)都是 10位，故需設計 10 位比較器。 3）緩沖寄存器模塊： 緩沖寄存器采用 VHDL 的組合進程結構，以保證三相的同步執(zhí)行，這種結構要求讀入進程的信號 sm 和三相正弦數(shù)據(jù)輸入值dsina（以 A 相為例）必須放在決定進程是否執(zhí)行的敏感信號表中，只有這些敏感信號被激活時，緩沖寄存器的輸出才被賦值，以下是它的進程描述。 交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 30 2）三相正弦數(shù)據(jù)寄存器模塊： 三相正弦數(shù)據(jù)寄存器主要用來寄存正弦數(shù)據(jù)的值，在本設計中，寄存器為 10 位，其管腳描述如下： clk 為時鐘信號， ret為輸出清零信號， en 為使能控制端， din、 dout 為數(shù)據(jù)輸入、輸出端。 library ieee； use ieee .。 CPLD 系統(tǒng)內(nèi)部單元設計 可編程邏輯器件 CPLD 采用 VHDL 硬件描述語言進行描述，形成模塊化的軟件設計。三相死區(qū)時間一致，并隨輸入 dead_time 而改變。這種仿真不但提供了邏輯輸出的驗證，而且提供了時序的驗證，包括芯片內(nèi)部的各點之間延時，以及竟爭冒險現(xiàn)象的呈現(xiàn)。分別是 C相 B 相和 A相的數(shù)據(jù)。并列輸入的三相數(shù)交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 26 據(jù) 1 51 266 經(jīng)過該電路變成時間上承接的數(shù)據(jù) result[9..0],這樣送入的三相數(shù)據(jù)就實現(xiàn)了合成。達到只占用一個正弦表格，并且只耗用一個計算電路的效果。 （ 4）、控制芯片設置了一種保護電路，是過流保護，檢測目標是三相逆變橋的公共地線上的電流，防止電路中有短路或負載過重時所產(chǎn)生的大電流，當控制芯片過流信號保護管腳為高電平時，封鎖三相六路波形輸出，將六路信號強制為零。令 Dsin = Sin(m step),即查正弦表格的得到的值，γ取最大值 255， Dsin 取最大值 166 時，有以下關系： γmax Dsin(max) / 255 = 166 = ural 采用乘法器舍去低 8 位實現(xiàn)。當 D=neutral 時，輸出 SPWM 波形的占空比為 ，所以稱 neutral 為相中心點。復位腳 低電平有效，當輸入為低時，六路 PWM 輸出為低電平，所有的內(nèi)部計數(shù)器置零，瞬時基波頻率置零。 2. IGBT 的耐壓值 CESU IGBT 關斷時的峰值電 壓為 : VdtL d iUU dcC E S P )()( ????????? ? （ 3— 21） 式中， 為過壓保護系數(shù)， ? 為安全系數(shù)，一般取 ， 150 由 dtLdi 引起的尖峰電壓。 交流電源側(cè)保護元件參數(shù)選擇 1. 交流側(cè)過流保護快速熔斷器 1FF 1FF 熔體的額定電流為 211 IKI FFF ? (3― 18) 其中， 1FK 是與負載的過載倍數(shù)以及整流模塊的安全裕量有關的系數(shù)，考慮到?? ， ?m? ，取 1FK =，所以有 211 IKI FFF ? = ?? ，故實選熔斷 器額定電流為 30A。 2. 元件選取 根據(jù)上式確定的電壓、電流定額，選擇二極管模塊 MOD MOD2, 型號為： 6RI30G120，即（ 60A,1200V）。為此，在系統(tǒng)電路中設計了由 VE、 RE、 VDE組成的放電回路，以免過高的直流電壓使各部分器件損壞。 1V ~ 6V 的器件接受控制電路中的 PWM 調(diào)制信號的控制，將直流電壓逆變成三相交流電壓。為限制該沖擊電流，有必要在整流橋的輸出端和濾波電容器之間串入一個限流電阻 sR 。 2. 整流器件的一般選擇原則 1） 最大反向電壓 RMU mRM UU 2? ，式中 mU 是電源線電壓的振幅值 (3― 1) 2) 最大整流電流 VDMI 交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 13 NVDM II 2? ，式中 NI 為變頻器的額定電流 (3― 2) 3) 整流輸出的平均直流電壓 dU 如果電源的線電壓為 LU ，則三相全波整流后平均直流電壓的大小 dU = U 。 本課題選用的是交 直 交電壓型 PWM 變頻主電路，它包括不可控整流電路、濾波電路和三相橋式逆變電路以及能耗制動電路。這種電路結構簡單，產(chǎn)生原理完全不同于傳統(tǒng)的方法，可以和微機配合使用，僅占用微機很少的時間，也可以做成完全獨立式，不占用微機任何資源。此外 ,單片機對系統(tǒng)調(diào)節(jié)的實時性差 (96系列的機型也不能滿足要求 ),因此單片機構成的系統(tǒng)一般需要外接產(chǎn)生 PWM的芯片 ,單片機主要用于協(xié)調(diào)系統(tǒng)的工作及輸出顯示。 交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 8 圖 1 交 直 交電壓型變頻主電路 逆變功率器件的選擇 功率器件應根據(jù)設計的要求和性能指標來選擇，對于變頻調(diào)速系統(tǒng)，一方面要求開關頻率足夠高，另一方面要求有足夠的輸出容量，對比 SCR、 GTO、 BJT、GTR、 IGBT、 MOSFET、 MCT 等幾種常用的新型功率半導體器件， SCR 導通容易，但需強迫換流電路使其關斷； IGBT 具有自關斷能力，且有 GTR 的大容量和MOSFET 的驅(qū)動功率小、開關動作快等優(yōu)點，是中小容量 最為流行的器件； MCT綜合了晶閘管的高電壓、大電流特性和 MOSFET 的快速開關特性，是極具有發(fā)展前景的大功率、高頻開關器件。因此，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中主電路選擇了電 壓源型交 直 交變頻電路。 所以，交 交變頻電路主要用于轉(zhuǎn)速在 600r/min 以下的大功率交流調(diào)速裝置中。 本章將分別對系統(tǒng)主電路和控制電路的幾種可能實現(xiàn)的方案進行充分論證的基礎上，提出了系統(tǒng)采納的方案以及說明選用該方案的原因。目前，大功率半導體器件又向集成化智能化方向發(fā)展。其缺點是輸出電壓中除基波外，還含有較大的諧波分量。 相關技術分析 PWM 技術 PWM 技術是變頻調(diào)速技術的核心技術之一。 小型化緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，功率器件發(fā)熱的改善和冷卻技術的發(fā)展己成為重要原因。因此通過連續(xù)改變定子電壓供電頻率 f 就能平滑、無級地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，)1(60 sp fn ??交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 3 這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。變頻調(diào)速技術己成為節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。在冶金、交通、機械、電子、石油化工、紡織、制藥、造紙、家用電器、電力牽引等工業(yè)領域得到了廣泛的應用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。然而對這些傳動系統(tǒng)可利用的控制靈活性是非常有限的，而且它們的應用主要局限在風機、泵和壓風機等應用方面，其速度只需要粗略調(diào)節(jié)而對暫態(tài)響應和低速特性沒有嚴格要求。在此基礎上，調(diào)速系統(tǒng)主電路采用了交 直 交型電路形式，并采用 IGBT 作為主電路的功率開關器件；根據(jù) PWM 波形的生成原理 ，采用 VHDL 語言，從硬件和軟件上探討了基于 CPLD，用于 IGBT 控制的數(shù)字化 PWM 波形產(chǎn)生器的實現(xiàn)方法；根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選擇了轉(zhuǎn)速負反饋控制，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度；最后完成了相應的電氣控制電路和直流電源的設計。 Second, the main circuit、 control circuit、 electrical control circuit and software and hardware of the control device is analyzed systematically. Based on the foregoing analyses, AC— DC— AC voltage source inverter( VSI ) and IGBT devices are selected in the main circuit . According to the generating theory of PWM wave, a new method of digital PWM wave generator based on CPLD using VHDL language is discussed from the point view of hardware and software. A rotate speed negative feedback control is adopted according to the design request of the system, which improves the system’s accuracy and stabilization. At last, the design of corresponding circuit of electric control and DC power is pleted. It is proved by design experiments and simulation waves that this design accords with the expectable requirements. Keywords： AC speed adjusting； Variancefrequency speed adjusting； IGBT；CPLD； PWM 交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 III 目 錄 第一章 前言 .............................................................................................................1 交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 .........................