【正文】 極性脈寬調制波的形成 綜上所述，雙極性調制的工作特點：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)律交替地導通和關斷，而流過負載 Z的電流是按線電壓規(guī)律變化的交變電流，如圖 215 所示： 19 V1V2Z 圖 2 15 雙極性調制的工作特點 SPWM 的調制方式 SPWM 波畢竟不是真正的正 弦波，它仍然含有高次諧波的成分，因此盡量采取措施減少它。在一個調制信號周期內所包含的三角載波的個數(shù)稱為載波頻率比。由于波形的左右對稱，這就不會出現(xiàn)偶次諧波問題。優(yōu)化異步調制是指在一定的頻率范圍內，采用同步調制，保持輸出波形對稱的優(yōu)點，當頻率降低較多時，使載波比分段有級 的增加，這樣就利用了異步調制的優(yōu)點。把上述各種故障信號進行綜合處理后形成總的故障信號送入 DSP(TMS320LF2407A)的 PDPINTA故障中斷入口，進而封鎖 DSP的 PWM 波輸出。發(fā)光二極管 DS1用來顯示濾波電容兩端的電量。整流二級管的電壓額定值： ( 2 ~ 3 ) ( 2 ~ 3 ) 2 2 2 0 6 2 2 ~ 9 3 3nmU U V? ? ? ? ? （ 34） 選用 1000nUV? ?？紤]到紋波的需要，最小的交流輸入電壓應該在 200V 以上，所以有： 2 2 2 2m i n2 2 6 0 47( ) 0 . 9 5 0 ( 3 1 1 2 0 0 )OUTmpkPCFn f U U ??? ? ?? ? ? （ 38） 濾波電容理論上講越大越好，實際中考慮價格我們選擇 4個 450 伏 330 F? 的電解電容，分別兩個并聯(lián)后再 2個串聯(lián)，最后等效為一個耐壓 900 伏 330 F? 的電容。而智能功率模塊 (IPM)是將大功率開關器件和驅動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內，是電力集成電路 PIC 的一種。 3)IPM 內置各種保護功能。 3)IGBT(Q1Q6)進行逆變的基本工作過程：同一橋臂的兩個逆變管，處于不停的交替導通和截止的狀態(tài)。 (1)驅動電源 1)當控制信號 (柵極驅動 )與主電流共用一個電流路徑時，由于主回路有很高的 di/dt，至使在具有寄生電感的功率回路產生感應電壓，而導致可能感應到柵極把本來截止的 IGBT導通?？稍诳刂齐娫摧敵龆私?10 F? 及 F? 的濾波電容，保持電源平穩(wěn)，修正線路阻抗。 (3)IPM 的自保護功能 IPM 內部集成自保護功能，共有 4路保護，分別是上橋臂三路保護 FOU ， FOV ， FOW ，下橋臂公用保護 OF 。這就要求我們在設計保護電路的同時應該考慮抗干擾問題。 31 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 13 J un 20 08 S h e e t of F il e : E : \畢業(yè)設計 \最終論文 \ pr ot e l \主電路 ~ D B D r a w n B y:R215 5K / 2 WR41. 1KR61KR16. 8K6. 8K1K U 1AL M 3 93U 1BL M 3 93T L P 52 1R P 110 KR P 210 KR P 310 K+ 5V+ 5V+ 12V+ 12V+ 12V+ 12VP1234845678O V HO V L 圖 3 6 過壓、欠壓保護電路 (1)工作原理 在過 (欠 )壓保護中，當采樣電壓高 (低 )于保護參考點 2V （ 1V ），則 OVH(OVL)輸出低電平，與其它故障信號相與后送入 DSP 的 /PDPINTA 中斷口，當 DSP 的 /PDPINTA 管腳 接收到低電平信號， DSP 將做出相應的中斷處理，立即封鎖 PWM 輸出及停止運行。電路如圖 37所示。由于 LF2407A 芯片供電電壓只能是 ，所以在設計電路時，需要將 5V電源變換為 給 CPU供電，因此使用了 TI公司的 5V/電源轉換芯片 TPS767D301，該芯片最大輸出電流為 1A。電路如 圖 311 所示。 1 23 45 67 89 1011 1213 14T M ST D IT D OT C KE M U 0T R S TE M U 1+ 5VC50. 1uR 2620 kR 2620 k+ 3. 3 V 圖 3 12 JTAG引腳圖 (5)外部擴展接口 DSP 最小系統(tǒng)板為用戶提供了總線擴展口，其中包括了幾乎所有來自 DSP 的信號。電路如圖 314 所示。為了與仿真器通信， DSP 控制板必須帶有 14 引腳的雙排直插管座。內部振蕩器 CLKIN 和 CLKOUT1 信號，使 CLKOUT1=CLK1N/2。 DSP(TMS320LF2407A)的最小系統(tǒng)電路 DSP 目標板能為使用者提供一個方便的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者可以根據自己實際的使用情況設計不同的目標，本次研究使用 的 TMS320LF2407A 目標板是能夠開發(fā)使用 DSP 的最小系統(tǒng)板，它主要由 TMS320LF2407A 芯片、電源電路、時鐘、片外數(shù)據 /程序存儲器、譯碼電路、 JTAG 仿真接口、外部總線擴展接口等組成。 限流啟動電路 此電路是用來防止在開啟主回路時，由于儲能電容大，加之在接入電源時電容器兩端的電壓為零，故當主電路剛合上電源的瞬間，濾波電容器的充電電流是很大的，過大的沖擊電流將可能使整 流橋的二極管損壞。被測信號通過光電耦合獲得通路，而共模干擾由于不能形成回路而得到有效抑制。電路如圖35 所示。因而在 OF 輸出時系統(tǒng)必須在 內使PWM 信號無效，等故障排除后方可重新有效。典型的工作電壓一般取 15V。本系統(tǒng)開關頻 27 率選用 。續(xù)流二極管為無功電流返回直流電源提供“通道”。以嚴密的時序邏輯監(jiān)控保護，可防止過電流、短路、過熱及欠電壓等故障發(fā)生。 IGBT 是 80 年代出現(xiàn)的新一代復合型電力電子器件，它集合了 MOSFET和 GTR 的優(yōu)點，適合于高速、低功耗的場合，如電機控制，開關電源等。 在沒有加入濾波 電容時，單相整流橋輸出平均直流電壓為： 3 2 3 2 2 2 0 2 9 7DNU U V??? ? ? ? （ 35） 加上濾波電容后， NU 的最高電壓可達交流線電壓的峰值： 24 2 2 22 0 31 1D m NU U V? ? ? ? （ 36） 假設輸入電壓的波動范圍為 200 V ~240 V ，當輸入電壓對應 240 V 的輸入，整流后的電壓為 324 V 。本設計采用的是單相整流橋。由于功率器件開關頻率過高，會產生電壓尖脈沖，因此需要吸收電路來消除該尖峰。 系統(tǒng)保護電路包括過壓、欠壓保護、限流啟動、 IPM 故障保護與泵升控制等。但是由于載波比隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，逆變器輸出電壓的波形其相位也會發(fā)生變化，很難保持三相輸出的對稱關系，因此會引起電動機的工作不穩(wěn)定。處，載波的正負半周恰好分布在 180176。但是，提高載波的頻率要受逆變開關管的最高開關頻率限制，而且也形成對周圍電路的干擾源。 ABU 的脈沖幅值為 +U和－ U。 17 u0ttu0S P W M 波調 制 波載 波( A )( B ) 圖 2 12單極性脈寬調制波的形成 單極性調制的工作特點：每半個周期內，逆變橋同一橋臂的兩個逆變器件中，只有一個器件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷的工作，另一個完全截止；而在另 半個周期內，兩個器件的工作情況正好相反。如果把一個正弦半波分作 n等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點與正弦波每一等分的中點相重合。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等。 15 逆變器：負載側的變流器為逆變器。 13 f4f3f 2f1n0Tf1 f2 f3 f4恒 P 圖 2 8 恒電壓變頻調速的機械特性 因為電磁 功率 1eeP Tw? ，其中 22cosemT K I ???? （ 222） 1 2 pfw n?? （ 223） 式中， mK 為異步電動機結構確定的轉矩系數(shù)； 2cos? 為異步電動機轉子功率因數(shù)； 2I?為折算到定 子側的轉子相電流。故低頻啟動時，啟動轉矩也將減小，甚至不能帶動負載。在頻率較高時， 1 20 1X X r???，于是式（ 211）可寫成： ? ?2 21 122 11 1 2038 pm nU UT ff L L? ???? ?????? （ 214） 式中 1L 、 20L? 為定子和轉子的漏電感。 當 1f 小于 1Nf 時， ? 就大于額定值。 應用范圍廣，可用于籠型交流電動機。若每相繞組有兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端相差 60 度空間角，則產生兩對極，即 pn =2。電磁力 F的方向可由左手定則確定。 假設將定子繞組聯(lián)接成星形，并接在三相電源上，繞組中便通入三相對稱電流： si numi I t?? （ 21） 6 si n( 120 )vmi I t??? （ 22） si n( 120 )wmi I t??? （ 23） 波形圖如圖 22： i01 8 0 176。主要部分介紹如下： 定子：定子是電動機的不動部分、它主要由鐵心、定子繞組和機座組成。 在電力電子技術、計算機技術以及自動控制技術迅速發(fā)展的今天，電氣傳動技術正面臨著一場歷史性的革命。就目前而言，電能是全 世界消耗最多的能源之一，同時也是浪費最多的能源之一，為解決能源問題必須先從電能著手，其中起代表性的就是電機的控制。其高檔型： 8X196KB， 8X196KC， 8X196MC 等在通用開環(huán)交流調速系統(tǒng)中的應用較多。 到 20 世紀 70年代出現(xiàn)了變頻調速技術，變頻調速具有效率高、精度高和范圍寬等特點，是目前運用最廣泛且最具有發(fā)展前途的調速方式。接著介紹了 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320LF2407A 的一些特點和內部資源以及 SPWM 波形原理和控制算法。 本文分別介紹了課題的研究背景和意義以及國內外變頻調速發(fā)展的情況，以及三相交流電動機的結構及工作原理和 SPWM 控制技術，然后給出了系統(tǒng)各部分硬件電路的工作原理、參數(shù)計算以及各部分器件的選取。晶閘管具有體積小、重量輕、響應快、管壓低等優(yōu)點，從而產生了新的調速系 統(tǒng)。例如由 Intel 公司 1983 年開發(fā)生產的 MCS96 系列是目前性能較高的單片機系列之一，適用于高速、高精度的工業(yè)控制。充分有效地利用能源已成為緊迫的問題，為了尋求高效可用的能源，各個國家都投入了大量人力財力，進行不懈的努力。為此，國家十五計劃中，在電機系統(tǒng)節(jié)能方而投入的資金高達 500 億元左右，由此可見，在我國異步電機的變頻調速系統(tǒng)將有巨大的市場潛能。 5 第二章 異步電動機變頻調速的基本理論 三相交流異步電機的結構 圖 2 1 三相交流異步電機的結構 三相交流異步電機如圖 21所示，它由定子 (包括機座 )、轉 子、端蓋等組成，其中定子和轉子是能量傳遞的主要部分。因此，我們首先討論在交流電動機定子繞組中通以三相交流電所產生的旋轉磁場。轉子導體電流與旋轉磁場相互作用便產生電磁力 F施加于導體上。當電流交變一次時，磁場在空間旋轉一周 ，旋轉磁場的 (每分鐘 )轉速 0n =601f 。 優(yōu)點： 效率高，調 速過程中沒有附加損耗。但是，對于異步電動機來說，若電源頻率 1f 變化而其電源電壓 1U 值不變的話，將會引起磁通的變化，因為 1 1 1 f N K?? (28) 式中 1U 為定子相電壓； 1E 為定子相電動勢； 1N 為定子每相繞組的匝數(shù)； 1K 為定子的繞組系數(shù)； ? 為每極氣息磁通。 將式 (211)對 s 求導令其為零，即可求得電動機最大轉矩 mT 及臨界轉差率 ms ： 10 21221 1 1 2034 ( )pmnUTf r r X X?? ???? ? ????? （ 212） 2221 1 20()mrsr X X????? (213) 由 mT 、 ms 可繪出保持 11Uf =常數(shù)的條件下異步電動機調頻時的機械特性曲線族，如圖（ 26）所示，圖中 1 2 3 4f f f f? ? ?