【正文】 ............ 8 逆變電路的基本原理 ........................................................................................... 9 三相電壓型逆變電路 ........................................................................................... 9 4 三相橋式整流電路 ....................................................................................................... 12 5 PWM 控制技術(shù)介紹 ..................................................................................................... 13 控制的基本原理 ........................................................................................ 13 PWM 波形的生成 ............................................................................................... 14 PWM 逆變電路及其控制方法 ........................................................................... 17 計(jì)算法 ....................................................................................................... 17 調(diào)制法 ...................................................................................................... 17 6 門(mén)極控制信號(hào)的產(chǎn)生 .................................................................................................. 19 門(mén)極控制信號(hào)的產(chǎn)生 ......................................................................................... 19 寬度可調(diào)脈沖輸出 PWM 介紹 .......................................................................... 19 7 轉(zhuǎn)速測(cè)量與轉(zhuǎn)換 ........................................................................................................... 21 8 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 ............................................................................................................. 23 9 PLC 梯形圖 ................................................................................................................... 27 10 結(jié)論 ............................................................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 36 外文資料 .......................................................................................................................... 37 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 引言 目的及意義 風(fēng)力發(fā)電 就是將風(fēng)能經(jīng)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，其中 整個(gè)系統(tǒng)的核心部分是 負(fù)責(zé)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng) ，這部分的 運(yùn)行狀況直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。而對(duì)于在該系統(tǒng)中的勵(lì)磁電源裝置，可以是交交變頻器、交直交型雙 PWM 變換器，也可以是今年來(lái)出現(xiàn)的矩陣變換器。可以說(shuō)，整個(gè)勵(lì)磁電源畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 系統(tǒng)的壽命的瓶頸在于這個(gè)電解電容。從而實(shí)際應(yīng)用中，可減少勵(lì)磁裝置體積、重量、成本，提高系統(tǒng)可靠性、減少維護(hù)、延長(zhǎng)壽命，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。在未 來(lái) 10 年里，德國(guó)風(fēng)力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例將達(dá)到 305%。另?yè)?jù)估計(jì)，目前全世界約有一半的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是丹麥生產(chǎn)的。其中達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)累計(jì)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 172 臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到 萬(wàn)千瓦，南澳風(fēng)電場(chǎng)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組近百臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到 萬(wàn)千瓦：內(nèi)蒙古輝騰勒風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量也超過(guò) 3 萬(wàn)千瓦；福建的平潭、大連橫山、浙江舟山、上海崇明也都在規(guī)劃建設(shè) 500 千瓦、 600 千瓦、 800 千瓦容量不等的風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)，為解決無(wú)電地區(qū)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活用電發(fā)揮了重要作用。此外， 還應(yīng)加緊對(duì)近海風(fēng)能開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究 ，著手海上風(fēng)能資源測(cè)量和前期設(shè)計(jì)工作， 開(kāi)發(fā)出 1—2 個(gè)示范近海風(fēng)電場(chǎng) ，為今后大規(guī)模發(fā)展近海風(fēng)電積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn) [11]。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 交流勵(lì)磁 的原理 介紹 交流勵(lì)磁 的原理 介紹 近十多年來(lái)，國(guó)外興起研制交流勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)熱潮，即在電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中引入二相或三相附加電勢(shì)，使其產(chǎn)生二相或三相交流勵(lì)磁電流，除發(fā)現(xiàn)改變勵(lì)磁電流幅值可調(diào)節(jié)電機(jī)無(wú)功外，還發(fā)現(xiàn)改變勵(lì)磁電流相位可調(diào)節(jié)電機(jī)有功，改變勵(lì)磁電流頻率可調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過(guò)改變勵(lì)磁電流的相位，可以改變發(fā)電機(jī)電勢(shì)與電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置，改變電機(jī)的功率角，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的功率因數(shù)；通過(guò)改變勵(lì)磁電流的幅值，可以調(diào)節(jié)輸出的功率。但是，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得的電壓信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)速早畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 已 不能滿(mǎn)足風(fēng)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 圖 系統(tǒng)控制圖 三相勵(lì)磁繞組 驅(qū)動(dòng)電路 三相逆變電路 風(fēng)力機(jī)定子 PLC 負(fù)載 測(cè)速發(fā)電機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 柵極 G源極 S漏極 D二氧化硅N NP 體區(qū)漏移區(qū)緩沖區(qū)注入?yún)^(qū) 3 變頻裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹 交流勵(lì)磁的主要實(shí)現(xiàn)方法就是逆變電路， 勵(lì)磁裝置采用無(wú)源逆變。 IGBT 屬于全控型器件。 IGBT 在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 u GEi Cu GE90% I CM10% I CM10% U CEMU CEM10% U GEM90% U GEMU GEMI CMU CM(o n )t fvt fv 2t fv 1t rvtt d(on ) t ri t d(off ) t fit fi1 t fi2ttOOO為 MOSFET 來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓 dsU 下降過(guò)程后期， PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。流過(guò) IGBT 的電流有效值： AI D ?? (31) IGBT 的額定電流： ? ? AI AVT ??? (32) 考慮到二極管的續(xù)流最終選擇 IGBT 的額定電流大約為 12 安左右。這就是逆變電路最基本的工作原理。負(fù)載為感性，星形接法，在整流電路和逆變電路之間并聯(lián)大電容 Cd。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也稱(chēng)為縱向換流。VNu 39。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 TVT 1 VT 3 VT 5VT 4 VT 6 VT 2nabc4 三相橋式整流電路 逆變電路的直流電壓是由整流電路提供的，這里采用三相橋式 不可 控整流電路 。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需的波形。 通過(guò)傅里葉變換分析 各輸出波形，僅在高頻段略有差異，而 低頻非常接近。可以看出，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。 導(dǎo)電方式。 如圖 54 所示，三 相 PWM 波形 。60 176。目前實(shí)際應(yīng)用的 PWM 逆變電路幾乎都是電壓型電路， 下面介紹基于電壓型逆變電路介紹 PWM 逆變電路的控制方法。 因?yàn)榈妊切紊先我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線(xiàn)性關(guān)系且左右對(duì)稱(chēng)，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)， 如果在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電路中開(kāi)關(guān) 器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合 PWM 控制的要求。 三相逆變電路的六個(gè) IGBT 的柵極要從 PLC 接收高速脈沖串，這組脈沖串占空比可調(diào)、周期可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)。異步更新使新舊兩個(gè)脈沖不同步，會(huì)造成 PTO/PWM 功能被瞬時(shí)禁止，這會(huì)引起被控設(shè)備的振動(dòng) [11]。 PWM 控制寄存器 在電氣 控制 領(lǐng)域中，隨著自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng) PWM 技術(shù)）也日趨成熟。 它與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè) 速發(fā)電機(jī)，從而引出與風(fēng)力發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系的反饋電壓 nU ，調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。驅(qū)動(dòng)器的選擇及輸出功率的計(jì)算決定了換流 系統(tǒng)的可靠性 。由于門(mén)極的測(cè)量電壓太低 ( GEC =0V)而不是門(mén)極的門(mén)檻電壓，在實(shí)際開(kāi)關(guān)中存在的米勒效應(yīng)（ Miller 效應(yīng)）在測(cè)量中也沒(méi)有被包括在內(nèi)，在實(shí)際使 用中的門(mén)極電容 Cin值要比 IGBT 數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容 Cies 值大很多。 IGBT 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。 +15V 的電源是驅(qū)動(dòng)器的電源。 小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓 Uge,有足夠陡的前后沿，使 IGBT 的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。 PID 控制器有 4 個(gè)參數(shù) ST 、 CK 、 IT 和 DT 需要整定 。完成 PID 指令后同樣需要對(duì)初步輸出值進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 首先乘以 320xx，再進(jìn)行 雙實(shí)數(shù)截位取整，雙字轉(zhuǎn)換為整數(shù)，最終作為一個(gè)整數(shù)頻率值由 AQW0 輸出。其中， TBL 是參數(shù)表的首地址，是由變量寄存器 VB 指定的字節(jié)型數(shù)據(jù)； LOOP 是回路號(hào)，是 07 的常數(shù)。 PID EN ENO TBL LOOP 畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 10 結(jié)論 交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。 程序設(shè)計(jì)中所用的主要梯形圖命令的介紹： 子程序的入口用指令 SBRn表示，在子程序的執(zhí)行過(guò)程中，如果條件返回指令CRET 的返回條件，則結(jié)束該子程序，返回到原調(diào)用處繼續(xù)執(zhí)行；否則繼續(xù)執(zhí)行該子程序到最后一條： 無(wú)條件返回指令 RET，結(jié)束該子程序的運(yùn)行，返回到原調(diào)用處。但是 CK 過(guò)大，超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能變壞，過(guò)大甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。 KHz 的脈沖信號(hào)。接在柵射極間的兩個(gè)穩(wěn)壓二極管保證開(kāi)啟電壓穩(wěn)定。 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電壓一般在 18V 左右。 圖 IGBT 內(nèi)部電容分布示意圖 確定 IGBT 的門(mén)極電荷 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，最重要的參數(shù)是門(mén)極電荷 GQ (門(mén)極電壓差時(shí)的IGBT 門(mén)極總電荷 )，如果在 IGBT 數(shù)據(jù)手冊(cè)中能夠找到這個(gè)參數(shù)，那么我們就 可以運(yùn)用公式計(jì)算出： 門(mén)極驅(qū)動(dòng)能量 ： ? ? ? ? ].[ OFFGONGGGEG VVQUQE ???? (81) 門(mén)極驅(qū)動(dòng)功率 ： ? ? ? ? SWO F FGONGGSWG fVVQfEP ????? ][. (82) 驅(qū)動(dòng)器總功率 ： SG PPP ?? ；（驅(qū)動(dòng)器的功耗） (83) 平均輸出電流 ： SWGG E EGoutA V fQUPI ???? (84) 最高開(kāi)關(guān)頻率 ： ? ?? ?CGmAoutAVSW QIf??m a x (85) 峰值電流 ： ? ? ? ?m inm in][Go ffGonGGGEG M AX R VVRUI ????