【正文】 （ 2） 當輸入為 1 時，如果計數(shù)值等于 max，則計數(shù)值保持不變，否則作加 1計數(shù)； （ 3） 當上橋臂 P1a 輸入為 1 且死區(qū)計數(shù)器數(shù)值為 max 時，則 a1=1，上橋臂導通； （ 4） 當下橋臂 P2a 輸入為 1 且死區(qū)計數(shù)器數(shù)值為 max 時，則 a2=1，下橋臂導通。 交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 31 rst :in std_logic。 需要注意的是比較器的電路有三個輸出端口。 end process。 end pwm_1。以下是它的實體 VHDL 語言描述。圖中標注的數(shù)字為器件的引腳號。 圖 15 調制頻率為 50HZ 時的三相六路波形 圖 16 是三相死區(qū)時間。 Altera 公司的這種軟件十分方便的提供逼真的驗證方式。在此處， D點傳送過來的三相數(shù)據(jù)為 18 、 30 175，這是經過查正弦表，以及查 V/F 曲線，并進行調幅運算后得到的某一個瞬時的數(shù)據(jù)。該時鐘使圖 21 中的“ count0_2” 以 3 為模記數(shù)，記數(shù)值送三選一數(shù)據(jù)選擇器，如圖 12 所示。大大的減少了邏輯門數(shù)目，僅增加分時信號和信號分離電路。=D Tdead /2Fclk （ 3）、調速的實現(xiàn) 通過改變步長 step,查詢正弦表格的步長改變，即可改變調制頻率Fm 。令γ為調制深度，γ的最大值是 8 位數(shù)據(jù) 255 由ROM 送至芯片。芯片采用 24kHZ 的載波頻率。主要包括過壓保護電路、過流保護電路、復位電路、三相六路 PWM 波形發(fā)生器電路和芯片內部存儲器等。 NI —— 電機額定電流 所以， ? ? ? ? NmC III ~~ ?? m? =? ? ~ ??? 考慮安全裕量，實取 200A。 2) 額定狀態(tài)下，直流側的功率 DNP ，不計逆變器的損耗和電機的諧波損耗，有 DNP KWPNN %88 1011 3 ???? ? (3― 14) 3) 直流電流平均值 dNI AUPI DDNdN 5 3 ???? (3― 15) 4) 整流器交流側輸入的電流有效值 2I 可近似為 交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 19 ?I AIdN 1 ??? (3― 16) 5) 熔斷器的額定電流 2FFI 為 2FFI ? ? ? ? AI dN ~~~ ???? (3― 17) 所以，實選熔斷器熔體額定電流為 A25 。 3)二極管電流定額 AIII mDDN ??? (3― 6) 4)二極管 的電壓定額 ? ?3~2?DU ? ? lm UU 223~2? =? ? 7438 023~2 ??? (3― 7) 根據(jù)電網電壓，考慮到其峰值、波動、閃電、雷擊等因素，實取 VUD 1200? 。歸根結底，是通過消耗能量而 獲得制動轉矩的，屬于能耗制動狀態(tài)。在圖 4 中，有開關器件 1V ~ 6V 構成的電路。 1) 限流電阻 sR 變頻電路在接入電源之前，由于儲能電容較大，濾波電容上電壓 dU =0，故接入電源瞬間勢必產生很大的沖擊電流經整流橋流向濾波電容，此時 dtdi 很大，可能使整流橋受到損壞；也可能使電源 瞬間電壓下降，形成干擾。如圖 4 所示。主電路中大功率開關元件選擇 IGBT 模塊（ IGBT 即絕緣門極雙極晶體管），它集 VMOS 管和大功率達林頓晶體管特性優(yōu)點于一身，而無兩者的缺點，具有高電壓、大電流、低導通電阻、高速、高可靠、低開關損耗、低脈沖拖尾電流、對溫度不敏感等特性。 本設計力求在電路結構簡單的情況下，從經濟、節(jié)能角度出發(fā)，設計了一種基于 CPLD 的 SPWM 主控制電路，整個系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，利用復雜可編程邏輯器件（ CPLD）來實現(xiàn)觸發(fā)控制電路的設計，通過模擬、數(shù)字電路實現(xiàn)閉環(huán)控制和調節(jié)算法，并把調節(jié)輸出信號作為 CPLD 的輸入控制信號對 PWM 波進行調制。如MCS51 系列 ,中斷響應為 3～ 8個機器周期 ,用 6MHz的晶振 ,機器周期為 2μ s,逆變器工作頻率為 20 kHz,工作周期 50μ s ,則誤差范圍為 12 %～ 32 %。逆變電路為三相全橋形式。正是由于這個原因，電壓源型逆變器得到了廣泛的應用。電網頻率為 50HZ 時，交 交變頻電路的輸出上限頻率為 20HZ 左右； （ 2）輸出功率因數(shù) 交 交變頻電路的輸出是通過相控的方法的得到的，因此，在輸入端需要提供所需的無功電流，隨著負載功率因數(shù)的降低和電源幅 值的減小，所需的無功電流增加，所以輸出功率因數(shù)低； （ 3） 接線復雜，使用的功率器件多。 交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 6 第二章 系統(tǒng)方案論證 交流電機變 頻調速系統(tǒng)包括主電路和控制電路兩部分，主電路主要完成功率的轉換，它的結構是隨著電力電子技術的發(fā)展而發(fā)展的，特別是從半控器件到全控器件的過渡標志著變頻裝置在性價比上可以與直流調速裝置相媲美；控制電路主要完成對變頻主電路提供各種控制信號，它是隨著數(shù)字控制技術的發(fā)展而發(fā)展的，而且數(shù)字技術的應用不僅提高了調速系統(tǒng)的精度和可靠性，而且還為現(xiàn)代控制理論與方法在交流調速中的應用提供了物質基礎。從最初的晶體管到第二代的 GTR、 MOSFET 再到第三代的 IGBT，大功率半導體器件的性能不斷提高，使得變頻裝置發(fā)生了根本性的變化。但從控制思想上分，它有以下四類： （ 1） 等脈寬 PWM 法 它是為克服 PAM 方式中逆變器部分只能輸 出頻率可調的方波電壓而不能調壓的缺點而發(fā)展來的，該法是從是 PWM 法中最簡單的一種。如西門子、三菱、普傳、臺安、東洋等品牌的通用變頻器，均可通過各自可提供的選件支持上述幾種或全部類型的現(xiàn)場總線。其發(fā)展的趨勢大致為： 主控一體化將功率芯片和控制電路集成在一飲芯片上使逆變功率和控制電路達到一體化，智能化和高性能化的 HV IC（高耐 壓 IC） SOC（ System on Chip）的概念已被用戶接受，隨著功率做大，此產品在市場上極具競爭力。 （ 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。在石油、石化、機械、冶金等行業(yè)都得到了大量使用和整套裝置系統(tǒng)使用，取得了節(jié)能、增產的顯著效果。它以其優(yōu)異的調速和起、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式，成為現(xiàn)代調速傳動的主流。一般來說，交流傳動與相當?shù)闹绷鱾鲃酉啾韧ǔＳ袃r格方面的優(yōu)勢，而且具有較少維護、較小的電機尺寸和更高的可靠性。 本論文首先論述了變頻調速的基礎技術，簡述了它在我國的發(fā)展和應用以及今后在這方面應做的工作；其次對系統(tǒng)的主電路、控制電路、電氣控制電路以及實現(xiàn)控制的軟、硬件進行了系統(tǒng)地分析，并對調速系統(tǒng)的實施方案進行了論證。工廠里的生產線一般包括一個或多個可變速的電機傳動裝置 ,用于大功率傳送帶、機械手、橋式吊車、鋼材扎制生產線以及塑料和合成纖維生產線等。然而，采用適當控制的感應電動機傳動在高性能應用上已勝過直流傳動，并且交流傳動更加廣泛的應用于計算機外圍設備的傳動、機床和電動工具、機器人和自動裝置的傳動、電動汽車和電器火車傳動等等。國家成立了風機水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓。 （ 1） 改變極對數(shù)作幾擋的有級調速，該種電機通用性差，并且結構復雜、價格高、維護性差。并且若能保持電壓和頻率成比例變化，則最大轉矩保持不變，所以這是一種近于恒轉矩的調速方案。時的噪聲交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 4 可降低 15—— 20dB。如在整流電路中，采用自關斷器件進行 PWM 控制，可使電網側的輸入電流接近正弦波，并且功率因數(shù)達到 1，可望徹底解決對電網的污染問題。 （ 4）電流跟蹤型 PWM 法 交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 5 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。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。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。 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。而不可控整流的優(yōu)點是對電網的干擾較小，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?。．斂刂齐娐吩O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。此外 ,使用 CPLD/ FPGA 的控制器可以在不改變主電路的前提下通過重新編程就可以獲得不同的控制方式 ,從而提高和升級系統(tǒng)的性能。 本章小結 本章主要根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，對系統(tǒng)主電路和控制 電路的幾種 可能實現(xiàn)的方案進行充分的論證、分析，提出了系統(tǒng)采納的方案以及說明選用該方案的原因，最終，系統(tǒng)主電路選用了交 直 交電壓型變頻主電路，控制電路利用模擬電路和數(shù)字電路實現(xiàn)，采用的是閉環(huán)控制，這樣，簡化了電路結構，縮短了設計周期。對于小功率的，輸入電源多用單相 220V，整流電路用單相全波整流橋；對于大功率的，一般用三相 380V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路?？梢?，中間直流電路的電容除起濾波作用外，還起儲能作用，因而它的電容量必須較大，所以，又稱儲能電容器。 圖 5 可控硅觸發(fā)電路 圖中，通過調節(jié) 1P 來設定基準電壓。 3)為電路中的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。 系統(tǒng)主電路參數(shù)設計與選擇 由圖 4 可知，主電路由整流電路和 IGBT 逆變電路構成，它是本系統(tǒng)的功率驅動單元，由不可控整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、和逆變環(huán)節(jié)構成。 假若要求充電時間 stc 30? ，那么 ?????? ? KctR cs 004 304 6 (3― 11) 故 sR 上消耗的功率為： WRURUP LDCR )(8 5252 ??? (3― 12) 實際上，假若不是經常性的沖放電時， sR 的瓦數(shù)可選小一些 ，以減小設備的體積。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。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。 CPLD 數(shù)字系統(tǒng)工作原理及控制策略 （ 1）三角波的產生及 SPWM 的實現(xiàn) 運算所得的數(shù)據(jù)生成 PWM 波形信號的電路示意圖如圖 9 所示 圖 9 中心對稱方式 SPWM 信號產生方式 芯片輸出的三相六路 SPWM 波形的產生是通過 SPWM 調制方法，芯片內部采納了類似 Intel 公司微控制器 SX196MC／ MH 的 PWM 波形發(fā)生的中心調制模式。當 circle= 1500176。） D 與三角波比較，得到不加死區(qū)的脈沖寬度。的三角函數(shù)表，輸出的 SP WM 波形脈沖的脈寬數(shù)據(jù)通過即時運算電路得到，一種是建立一個三角函數(shù)表，輸出的 SP WM波形脈沖的脈寬數(shù)據(jù)通過分時運算電路得到，運算時間對輸出波形不會有什么影響，內部的 ROM 空間要求也很小。在每一個載波周期，三角波發(fā)生到波峰時計算并輸出。 圖 13 三相數(shù)據(jù)分離 ABC 三點為由 BOX2 分離后的數(shù)據(jù)，鎖存一個載波周期，送至后面的 PWM 發(fā)生器。 由此可見，如果不采用這種分時電路，那么三相的運算將會用到三個 BOX1，交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 27 而 BOX1 包括了乘法器、正弦表格、死區(qū)計算等。該波形的周期為20ms。 圖 18 PI 調節(jié)器結構圖 2．壓控振蕩器的設計 本設計中，壓控振蕩器是利用集成鎖相環(huán) CC4046 外圍電路構成的，其電氣原理結構如下圖所示 交流電動機變頻調速系統(tǒng)設計 29 圖 19 壓控振蕩器結構圖 圖 中， 1extR 的取值通常在 ?? MK 1~10 之間。輸入 16MHZ的晶振時鐘計數(shù)產生三角波，計數(shù)從 0～ P，再從 P 返回到 0。