【正文】 二進(jìn)制數(shù)即為時(shí)間常數(shù)。該設(shè)定字由PDY0～PDY5這6位組成。調(diào)制波頻率范圍為： (52)式中：m值的二進(jìn)制數(shù)即為調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字。下表為初始化編程時(shí)，R0～R5各寄存器的內(nèi)容[17]。8051的P0口與SA4828的AD口連接，提供8位數(shù)據(jù)和低8位地址，SA4828芯片中的地址鎖存器可以鎖存來(lái)自8051的低八位地址，從而將AD口輸入的地址和數(shù)據(jù)分開(kāi)，SA4828的地址鎖存器由8051的ALE引腳控制，同時(shí)連接的控制信號(hào)還有讀，寫信號(hào),.，這樣SA4828的8個(gè)寄存器的地址為：寄存器R0～R5的地址：0000H～0005H。： 過(guò)流保護(hù)電路 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著核心作用，從電流電壓的檢測(cè)到參數(shù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和傳送，再到人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)，都是單片機(jī)在其中穿針引線，控制、協(xié)調(diào)各部分的工作。本系統(tǒng)的故障自診斷是指在系統(tǒng)運(yùn)行前，變頻器本身可以對(duì)過(guò)載、過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路進(jìn)行診斷，檢測(cè)其保護(hù)電路是否正常。一般欠壓信號(hào)從直流端取樣，這樣既能在欠電壓，過(guò)電壓時(shí)檢測(cè)出信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，又不會(huì)因?yàn)槎虝r(shí)間因?yàn)樵谇冯妷?，過(guò)電壓并未構(gòu)成危險(xiǎn)時(shí)而保護(hù)誤動(dòng)作。其中電壓信號(hào)的取樣是通過(guò)電阻和分壓得到的，電容起濾波抗干擾作用，防止電路誤動(dòng)作。通常情況下，主回路直流環(huán)節(jié)的電壓與輸入電壓保持固定關(guān)系。：輸出封鎖狀態(tài)指示，低電平表示禁止輸出。：片選輸入，該控制線可使SA8282與其他外圍接口芯片共享同一組總線，低電平有效。SA4828采用28腳封裝。可由模擬電路分別產(chǎn)生等腰三角波與正弦波，并送入電壓比較器，輸出即為SPWM調(diào)制波。在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按照正弦規(guī)律變化。近幾年來(lái)。IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)連線應(yīng)該用雙絞線,長(zhǎng)度應(yīng)該小于1m,以防止干擾,如果IGBT的集電極產(chǎn)生大的電壓脈沖,可增加IGBT的柵極電阻。 EXB840的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基于以上的驅(qū)動(dòng)要求，在設(shè)計(jì)中采用EXB840,它是一種高速驅(qū)動(dòng)集成電路,最高使用頻率為40KHz驅(qū)動(dòng)150A/600V或者75A/1200V的IGBT,采用單電源20V供電。器件的電流、電壓額定值越大，其輸入電容就越大。另外，為減小開(kāi)通損耗，要求柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的前沿要陡。(2)～6V(T=25C)的柵極開(kāi)啟電壓，驅(qū)動(dòng)信號(hào)低于此開(kāi)啟電壓時(shí)，器件是不導(dǎo)通的。由于IGBT在設(shè)備中所占成本比例較高，所以掌握好IGBT的特性和正確的使用方法，盡量減少IGBT模塊的損壞以降低開(kāi)發(fā)成本和提高整機(jī)可靠性，、工作原理、主要參數(shù)、特性等在電力電子書本里已經(jīng)有詳細(xì)介紹，在這里不在贅述[7]。 主電路參數(shù)計(jì)算根據(jù)前面所給出的原始參數(shù)，主電路各部分的計(jì)算如下[6]：（峰值電流）= ==（有效值）= =二極管額定電流值=（～2）Id/=～額定電壓值=（2～3）=（2～3）380=～系統(tǒng)采用三相不控整流，經(jīng)濾波后=380=。當(dāng)、閉合時(shí)，為正；、閉合時(shí)，為負(fù)。本設(shè)計(jì)中采用了三相橋式不控整流電路，主要優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，功率因數(shù)接近于1，由于整流電路原理比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)中不再做詳細(xì)的介紹[5]。當(dāng)逆變管關(guān)斷時(shí)，迅速上升，迅速降低，過(guò)高增長(zhǎng)的電壓對(duì)逆變管造成危害，所以通過(guò)在逆變管兩端并聯(lián)電容（）來(lái)減小電壓增長(zhǎng)率。為制動(dòng)電阻，在變頻器的交流調(diào)速中，電動(dòng)機(jī)的減速是通過(guò)降低變頻器的輸出頻率而實(shí)現(xiàn)的，在電動(dòng)機(jī)減速過(guò)程中，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降過(guò)快時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要回饋到直流電路中，使直流電路電壓（稱泵升電壓）不斷上升，導(dǎo)致變頻器本省過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，切斷變頻器的輸出。整流后的電壓為==380V=513V。當(dāng)=1是，=3000r／min；=2時(shí)，=1500r／min。變頻后的機(jī)械特性將會(huì)在下一小節(jié)中介紹。式中,為額定轉(zhuǎn)矩。（2）電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 = （23）式中 ——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；　　　——主磁通。其有效值可計(jì)算如下： （21）式中: 　　　　　　　—?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值；—定子頻率；—定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)；—基波繞組系數(shù)；—極氣隙磁通。電流電壓檢測(cè)：一般在中間直流端采集信號(hào)，作為過(guò)壓，欠壓，過(guò)流保護(hù)信號(hào)。 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)各組成部分簡(jiǎn)介：供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220V，中大功率的采用三相380V電源。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達(dá)到電源頻率的1/3～1/2,所以不能高速運(yùn)行?？傊?，交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻器傳動(dòng)本身固有的優(yōu)勢(shì)，必將使之應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，以體現(xiàn)出不同的功能，達(dá)到不同的目的，收到相應(yīng)的效益。這些發(fā)電設(shè)備的最大特點(diǎn)是容量小而分散，將來(lái)的變頻器就要適應(yīng)這樣的新能源，既要高效，又要低耗。 變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)在進(jìn)入21世紀(jì)的今天，電力電子器件的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅）,使電力電子新元件具有耐高壓、低功耗、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動(dòng)裝置；永久磁鐵電動(dòng)機(jī)也正在開(kāi)發(fā)研制之中。逆變環(huán)節(jié)為三相SPWM逆變方式。所謂變頻就是利用電力電子器件(如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT)將50Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。因此人們希望，讓簡(jiǎn)單可靠廉價(jià)的籠式交流電機(jī)也像直流電動(dòng)機(jī)那樣調(diào)速。從大的范圍來(lái)分，電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)。但如何得到一個(gè)單獨(dú)向異步電動(dòng)機(jī)供電的經(jīng)濟(jì)可靠的變頻電源，一直是交流變頻調(diào)速的主要課題。常用的方法有正弦波(調(diào)制波)與三角波(載波)比較的SPWM法、磁場(chǎng)跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等。中小容量的變頻器85%為日本產(chǎn)品和臺(tái)灣產(chǎn)品所占領(lǐng)，如富士(FUJI),三墾( SAMCO )、東芝(TOSHIBA)、松下(PANASONIC)、三菱( MITSUBISHI)、安川以及臺(tái)灣的臺(tái)達(dá)。保護(hù)環(huán)境，制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念。各種性能優(yōu)越的新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，如既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的門極可關(guān)斷晶閘管GTO；具有良好功率轉(zhuǎn)換效率和適于在高頻大功率情況下工作的MOSFET；既有MOS管柵極驅(qū)動(dòng)電壓功率小和驅(qū)動(dòng)線路簡(jiǎn)單，又有雙極性功率晶體管導(dǎo)通飽和壓降小優(yōu)點(diǎn)的絕緣柵雙極性大功率管IGBT；以及內(nèi)部既有大功率開(kāi)關(guān)器件，又有各種驅(qū)動(dòng)電路和過(guò)壓、過(guò)流等保護(hù)電路的智能型功率模塊IPM等器件的應(yīng)用，不僅使交流調(diào)速系統(tǒng)控制裝置體積小，效率高，而且還更容易實(shí)現(xiàn)各種功能復(fù)雜但在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單的控制方案，更加充實(shí)和推動(dòng)了變頻器理論的進(jìn)一步發(fā)展。：它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可調(diào)電壓的交流電（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。與之相比，電流型變頻器施加于負(fù)載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類似于電流源，它主要應(yīng)用在大容量的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中。濾波電路：因在本設(shè)計(jì)中采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。2交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 三相異步電機(jī)工作的基本原理 異步電機(jī)的等效電路異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能量是通過(guò)電磁感應(yīng)而得來(lái)的?？梢缘玫诫妱?dòng)機(jī)的T形等效電路圖，由于交流異步電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱，所以現(xiàn)只取A相進(jìn)行計(jì)算分析。，在這點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行（=0），其電磁轉(zhuǎn)矩T=0。由知：越小，越大，機(jī)械特性就越硬。交流調(diào)速是通過(guò)改變電定子繞組的供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交直交方式，先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?整流，濾波)，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。電源指示燈HL除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，續(xù)流二極管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。這種緩沖電路的缺點(diǎn)是增加了損耗，所以適用于中小功率變頻器。因此交流電的周期（頻率）可以通過(guò)改變開(kāi)關(guān)通斷的速度來(lái)調(diào)節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓幅值。②各相的開(kāi)關(guān)順序以各相的“首端”為準(zhǔn)，互差電角度。BJT屬于雙極型器件，具有耐壓水平高、電流大、導(dǎo)通電壓低的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，有二次擊穿現(xiàn)象以及控制功率大。(3)隨著柵極串聯(lián)電阻增加，將使IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間增加，從而使IGBT開(kāi)關(guān)損耗增加；而減小，則又將使增大，從而使IGBT在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生較大的電壓或電流尖峰，降低IGBT運(yùn)行的安全性和可靠性。通常，正向柵極電壓取15V。一般柵極反向電壓取為(5～0)V。柵極電阻過(guò)大，器件的開(kāi)關(guān)速度降低，開(kāi)關(guān)損耗增大，也會(huì)降低其工作效率和對(duì)其安全運(yùn)行造成危險(xiǎn)，所以柵極電阻的上限受到開(kāi)關(guān)損耗的限制。EXB840引腳定義如下:引腳1用于連接反偏置電源的濾波電容,引腳2和9分別是電源和地,引腳3為驅(qū)動(dòng)輸出,引腳4用于連接外部電容器,防止過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)作(一般場(chǎng)合不需要這個(gè)電容),引腳5為過(guò)流保護(hù)輸出,引腳6為集電極電壓監(jiān)視端,引腳14和15為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端,其余引腳不用。以下將介紹SPWM技術(shù)工作原理和設(shè)計(jì)中所選用能產(chǎn)生SPWM波芯片SA4828的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。若采用等脈寬PWM調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)變頻與變壓，由于輸出矩形波中含有較嚴(yán)重的高次諧波，會(huì)危害電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。提高載波(三角波)的頻率，是減小SPWM調(diào)制波中諧波分量的有效方法。在本設(shè)計(jì)中選用SA4828。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。（2）輸出類管腳說(shuō)明RPHB、YPHB、BPHB：這些引腳通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的R、Y、B相的下臂開(kāi)關(guān)管。當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，進(jìn)行各種必要的處理[12]。因此有必要對(duì)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行保護(hù)。 欠壓產(chǎn)生的原因有兩種：一是輸入的交流電壓長(zhǎng)時(shí)間低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。當(dāng)取樣電壓低于設(shè)定值時(shí)(欠壓情況下)，比較器輸出低電平，光耦器件導(dǎo)通，輸出低電平保護(hù)信號(hào)。這里采用瑞士LEM 公司生產(chǎn)的霍爾效應(yīng)磁場(chǎng)補(bǔ)償式電流傳感器來(lái)進(jìn)行電流的檢測(cè)。[15]。5 變頻器軟件設(shè)計(jì) 流程圖。(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定。SA4828的工作順序是先刪除最窄脈沖，然后在延遲，應(yīng)是延遲前的最小刪除脈寬。： 波形選擇對(duì)應(yīng)波形WS1WS2波形00純正弦波01增強(qiáng)型10高效型(6)幅值控制。R0～R5各寄存器的內(nèi)容見(jiàn)下表。輸出禁止位。s，死區(qū)延遲時(shí)間為6181?？赡軙?huì)出現(xiàn)周期大于16位的T0所能定時(shí)的最長(zhǎng)時(shí)間。反算調(diào)制波頻率范圍為：=所以寄存器R0的值應(yīng)為010XXO11B，即43H。調(diào)制波頻率字計(jì)算可由（56）式得：===1074 式中和的點(diǎn)位相同，因此，是無(wú)因次量。因?yàn)?051使用12MHz的時(shí)鐘頻率，一個(gè)機(jī)器周期是1us，所以調(diào)制波頻率的計(jì)算公式為：=0F4240H，也是一個(gè)3字節(jié)的數(shù)，因此，上式是一個(gè)3字節(jié)的除法運(yùn)算。 早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題。，有了電力系統(tǒng)模塊庫(kù)，該模塊庫(kù)主要由加拿大Hydro Quebec和TECSIM International公司共同開(kāi)發(fā)。其中系統(tǒng)交直交仿真圖如下：圖61 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖三相交流經(jīng)全橋整流濾波后電壓波形趨于平穩(wěn)，其波形如下：圖62 整流濾波電壓波形整流后波形已基本趨于平滑直流，經(jīng)三相電壓型逆變電路逆變后Uab相電壓波形類似正弦的pwm波，其波形如下：圖63 逆變Uab線電壓波形經(jīng)LCL濾波后波形為正弦波，其波形如下：圖64 濾波后Uab線電壓波形將整流逆變后三相電壓驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速波形如下：圖65 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速波形其電磁轉(zhuǎn)矩Te波形如下:圖66 電機(jī)Te波形圖67 電機(jī)轉(zhuǎn)子電流波形圖68 電機(jī)定子電流波形結(jié)論本文以SPWM方法為理論基礎(chǔ)，以8051,SA4828為核心器件，在分別討論了它們的原理和特點(diǎn)后，設(shè)計(jì)了一種電壓型交直交變頻器，本設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn): (1)選用的變頻調(diào)速控制方式是比恒定控制，從而實(shí)現(xiàn)了恒磁通變頻調(diào)速即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。但是真正使本設(shè)計(jì)產(chǎn)品化是不可能通過(guò)一次的研究就能夠完成的，因此本次研究?jī)H僅是交直交變頻器的基本原理，還有許多向題有待進(jìn)一步研究。感謝在百忙之中評(píng)閱論文及參加答辯的專家和評(píng)委。 雖然本次設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，但以此為基礎(chǔ)將會(huì)研制出性能更加完善的。 (4)主回路采用交—直—交電壓型結(jié)構(gòu)，非常適用于中、小容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真就是在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下，主要使用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)和SIMULINK兩個(gè)模塊庫(kù)進(jìn)行。MATLAB比較易學(xué)，它只有一種數(shù)據(jù)類型（即64位雙精度二進(jìn)制），一種標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出語(yǔ)句，它用解釋方式工作，不需要編譯。所以，當(dāng)中斷時(shí)，只取TH