【正文】 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 。然而，直流傳動存在的諸如運行中產(chǎn)生火花、對環(huán)境要求叫高、電刷易于磨損、維護麻煩等等的自身結構上的問題促使人們不斷尋求更好的解決問題的方法。其中變頻調速是交流電機調速中發(fā)展最快、最活躍的一支。變頻調速技術的應用范圍已發(fā)展到新階段。 （ 3） 當極對數(shù)不變時，電動機轉子轉速 n 與定子電源頻率 f 成正比。 低電磁噪音設計變頻器要求在抗干擾和抑制高次諧波方面符合 EMC 國 8 際標準，主要做法是在變頻器輸入側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零的開關技術。目前 PWM 技術被廣泛應用于電氣傳動、不間斷電源、有源濾波器等中。 （ 3）磁鏈追蹤型 PWM 法 它是從電動機角度出發(fā)，著眼點是如何使電動機獲得圓磁場。 IPM包含了 IGBT 芯片及外圍的驅動和保護電路，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。 主電路結構的選擇 主電路是將三相交流電變換成頻率、幅值可調的交流電壓，能 實現(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變頻調速系統(tǒng)的核心部分，在影 響整個系統(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算速度和控制精度，這在某種程度上依賴于實現(xiàn)該系統(tǒng)的電子芯片。 英國 Marconi 公司推出的、可產(chǎn)生三相 PWM控制信號的大規(guī)模集成電路芯片 MA818 (828/838) , 采用標準雙列直插式 40 腳封裝或 44 腳方形塑料封裝。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 。 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 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 。電動機在制動過程中處于發(fā)電狀態(tài)，由于電路時處于在斷開情況下，增加的電能無處釋放，使電路電壓不斷升高，將會損壞電路元件。由于開關管在開通和關斷時，要受集電極電流 Ic 和發(fā)射極間電壓 Vce的沖擊 ，因此要通過緩沖電路進行緩解。因而又稱正弦波脈寬調制（ SPWM）逆變器，成為當前最有發(fā)展前途的一種結構形式。實選 限流電阻 aR 為： WK 9/ ? 。 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。同樣，正弦波的負半周也可用相同的方法來等效。脈沖延遲電路能在同一相的兩個開關器件進行開、關切換時 , 提供一個較短的延遲時間 , 以使 導通信號滯后于關斷信號 , 從而避免同一相上的開關器件發(fā)生直通短路現(xiàn)象。 ) , 波形被分割為 768 個 8 位采樣值進行存儲 , 幅值范圍為 0～ 255。內的 768 個采樣值取反 ,從而得到 全 360176。 SST89E58CD2特性如下： 3個 16位定時器 /計數(shù)器； 驅動電路 EXB841 介紹 驅動電路是將控制電路產(chǎn)生的 PWM 信號加以隔離、放大，形成驅動各開關器件開關信號動作的電路。 A/D 轉換器 因為單片機只能處理數(shù)字信號，如果電動機的這些過程信號是模擬量，必須先經(jīng)過 A/D 轉換，再將轉換所得到的數(shù)字信號送入單片機處理。 模擬輸入范圍為 0~5V，單一 +5V供電。 不必進行零點和滿度調整。EOC電平由低變高表示 A/D轉換。 本章小結 本章對控制電路進行了具體的分析、設計，主要包括以下幾個方面的內容： 29 1．觸發(fā)電路框圖 2． SPWM 的生成原理 3． MA818 結構及工作原理 4． 單片機 SST89E58RD2 的特性 5．驅動電路設計 6． A/D 轉換器 通過對以上電路的設計，設計了 一種交流電動機變頻調速系統(tǒng)的控制回路，并給出了系統(tǒng)設計上述電路所需的軟硬件。以 T 作為采樣 周期， k 作為采樣序號，則離散采樣時間 kT 對應著連續(xù)時間 t，用求和的形式代替積分，用增量的形式代替微分 ，可作如下近似變換： kTt? （ k=0， 1， 2， 占用的資源： A， B， R0~R7， CY， F0。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定軟件計算或者判斷來減少干擾在有用信號中的比重，達到減弱或者消除干擾的目的。 （ a）程序框圖 (b) 算法原理圖 程序如下： SMFM： MOV A， R0 ；將 R0~R3 中的數(shù)據(jù)暫存 R4~R7 MOV R4， A MOV A， R1 MOV R5， A MOV A， R2 MOV R6， A MOV A， R3 MOV R7， A MOV A， R1 35 MOV A， R3 MOV R0， A ； R0 指向第 2 個數(shù)據(jù)存放的首地址 MOV A， R2 DEC A ；數(shù)據(jù)個數(shù)減 1 MOV B， R3 MUL AB ；（數(shù)據(jù)個數(shù) 1） *字長 MOV R3， A ；存入 R3 LCALL XFER ；移動數(shù)據(jù) MOV A， R7 MOV R3， A MOV A， R4 MOV R0， A LCALL XFER ；移入新數(shù)據(jù) MOV R0， 00H ；新數(shù)據(jù)高字節(jié)后的單元預清 0 DEC R2 ；開 始求和運算。這時計算隊列中各數(shù)據(jù)的算術平均值，這個算術平均值就是測量值 y。屏蔽高 2位 MOV R7， A ；存入 R7 PIDJ12 ： CLR A ；階數(shù)為負時 INC A ANL A， 3FH ；屏蔽高 2位 33 MOV R7， A ；存入 R7 DL1： DJNZ R7， DL1 DEC 4EH ； ku? 1 CJNE A， 4EH， PID1 ； ku? 是否為 0，等于 0退出 CJNE A， 4DH， DL1 RET LPDM： MOV R7， 03H ；取 A、 B、 C值子程序 LPDM0： MOV A， R2 MOVC A， A+PC MOV R1， A INC R2 INC R1 DJNZ R7， LPDM0 RET OM： DB XXH， XXH， XXH ； A值 DB XXH， XXH， XXH ； B值 DB XXH， XXH， XXH ； C值 數(shù)字濾波技術 在電動機數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量值 y 是通過對系統(tǒng)的輸出量進行采樣而得到的。實際運行 經(jīng)驗和理論分析均表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進行控制時，都能得到 滿意的效果。該信號可連接在一起，方便控制。 轉換速度取決于芯片的時鐘頻率。 具有鎖存控制的 8路模擬開關。 A/D 轉換器即模擬、數(shù)字轉換器，是將輸入的模擬信號的器件。 EXB841 是一種高速驅動集成電路，最高使用頻率為 40KHz，能驅動150A/600V 或者 75A/1200V 的 IGBT，驅動小于 s? ，采用單電源 20V 供電。 10個中斷源， 4個中斷優(yōu)先級； 5V的工作電壓，操作頻率為 040MHz； 768 個采樣值分成 1536 個 4 位采樣值存儲 , 其中低 4 位部分分別存儲在 0000H～ 0300H 單元中 , 高 4 位部分分別存儲在 0400H～ 0700H 單元中 , MA818 自動地讀取這兩個 部分 ,并在內部拼成一個 8 位采樣值?！?180176。 2． 工作原理 MA818 在工作之前 , 兩個 24 位寄存器 (初始化寄存器和控制寄存器 ) 要先從微機中輸入命令字。 可得脈寬時間： t 2a =T/2[1+MSin(w1 te )] t2b =T/2[1+MSin(w1 te 120)] t2c =T/2[1+MSin(w1 te +120)] 24 而間隙時間： t1a =t 3a =(Tta )/2 t1b =t 3b =(Ttb )/2 t1c =t 3c =(Ttc )/2 MA818 結構及工作原理 1． MA818 內部結構框圖 及工作特點 圖 5 MA818內部結構框圖 MA818 主要由三部分組成 :第一部分為接收并儲存微處理器命令的控制字部分。它作為交流電機變頻調速系統(tǒng)的核心部分，在影響整個系統(tǒng)的性能方面占有極其重要的地位，它主要是向變頻主電路提供各種控制信號，以使主電路安全、 可靠的工作。但它熱時間常數(shù)小，承受過載能力差；因此，在實際的應用時，應從負載最嚴重的情形來選擇功率器件。系統(tǒng)所用參數(shù)如下： 電動機參數(shù) ：電動機型號： Y100L2 型 ， 2P=4, KWPN ? , AIN ? , %88?N? ， ?? , min1440 rnN ? , ? ? ?過載能力倍數(shù)m? , ? ? ?啟動轉矩倍數(shù)QK , ? ? ?啟動電流倍數(shù)fK 19 電源電壓： 380V ，頻率： 50HZ 逆變部分采用 IGBT SPWM 型逆變器， FV 控制方式，過載倍數(shù) ?? /分鐘。所以增加電阻（ R1~R6），限制電容的放電電流。制動時，通過控制電路使開關 Tc 導通，形成放電通路。整流后的直流電壓： dU = U = 380V=315V 濾波電容 Cr 濾除整流后的電壓波紋，并在負載變化時保持電壓平穩(wěn)。 交 直變換電路 該變換電路的 任務是將電源的三相交流電變換為平穩(wěn)的直流電。 系統(tǒng)總體結構框圖 圖 2 系統(tǒng)總體電路框圖 15 本設計所要完成的主要工作 課題的目標是完成交流電機變頻調速系統(tǒng)主電路和控制電路兩部分設計。當控制電路設計完成后 ,就是一個相對獨立的系統(tǒng) ,調節(jié)、控制方式不能再更改 ,系統(tǒng)的總體協(xié)調功能差。而不可控整流的優(yōu)點是對電網(wǎng)的干擾較小，整流得到的直流諧波小，電壓穩(wěn)定，因而輸入功率因數(shù)高；缺點是直流電壓不可控，要想控制輸出電壓值，只有通過后面環(huán)節(jié)（逆變器可以控制電壓大?。?。 由于電壓源型變頻電路是作為電壓源向交流電機提供電功率的，因此，其主要優(yōu)點是運行幾乎不受負載功率因數(shù)和換流的影響；缺點是當負載出現(xiàn)短路或過流時，必須采取保護措施。當正向組工作在整流狀態(tài)，反向組工作在逆變狀態(tài)時，交流電機得到的是正電壓；反之，電機繞組得到的是負電壓。它具有開關速度快，驅動電流小，控制驅動更為簡單，保護功能更為豐富等優(yōu)勢。 （ 4）電流跟蹤型 PWM 法 電力電子技術 變頻技術是建立在電力電子技術基礎之上的。如在整流電路中，采用自關斷器件進行 PWM 控