【正文】 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)光電脈沖編碼器檢測(cè)的，電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的正確性和精度將直接影響調(diào)速系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。 電磁隔離用高頻脈沖變壓器作為隔離元件，具有響應(yīng)速度快（脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強(qiáng)度高， dv/dt 共模干擾抑制能力強(qiáng)。 逆變電路的設(shè)計(jì) 逆變電路 的功率器件選用 6 個(gè) GTR 和 6 個(gè)快速續(xù)流二極管。當(dāng)載波比 N 發(fā)生變化時(shí)， max 的值會(huì)發(fā)生變化。如果將相應(yīng)模塊的 I/O 線 CEXn 連接到端口 I/O，單片機(jī)相應(yīng)端口輸出電平即發(fā)生變化，這就可實(shí)現(xiàn) PWM 脈沖的高、低電平輸出。 若 Ts 為三角波的周期，同時(shí)也是采樣周期； Ur 為三角波的高，正弦波為 Ucsinωt。逆變模塊工作時(shí)所需要 的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì) 380V 電源進(jìn)行全橋整流得到。 第 四 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速技術(shù)是近 20年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)。此外 ，它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)不便。磁通閉環(huán)式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，若給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息，則可獲得比較快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)。其實(shí)現(xiàn)方案主要有以下 3 種。區(qū)間用 Uuv 本身表示，中間 60176。因此，提出了線電壓控制 PWM，主要有以下兩種方法。 SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變調(diào)制波 的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。到目前為止，已出現(xiàn)了多種 PWM 控制技術(shù)，根據(jù) PWM 控制技術(shù)的特點(diǎn)，到目前為止主要有以下 幾 類方法。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在 PWM 優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號(hào)波，正弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。 但是，為了保持在調(diào)速時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持電機(jī)的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應(yīng)調(diào)節(jié)。在變頻調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 Tmax =Cm (u／ f)2 式中： Cm電動(dòng)機(jī)常數(shù)；u電源電壓； f電源頻率。 ③ 轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電 源以供給電動(dòng)機(jī)。 PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng) 利用電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在轉(zhuǎn)差率 S 很小的范圍內(nèi)，當(dāng)磁通 Φ不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差角頻率成正比的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的較高性能調(diào)速，但其動(dòng)態(tài)性能不夠。 （ 3） 進(jìn)一步增加器件的集成度，縮小變頻裝置整體的尺 寸，更加提高系統(tǒng)可靠性。功率級(jí)部分是解決高電壓、大電流方面的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題 。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組起動(dòng)及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷場(chǎng)方面有很大需求。在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，德國(guó)西門子公司 Simovert A 電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為 10 ~ 2600 kVA 和 Simovert P GTO PWM 變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為 100 ~ 900 kVA，其控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全 數(shù)字化，用于電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵傳動(dòng)。國(guó) 內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國(guó)際上最先進(jìn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品 ，國(guó)內(nèi)的成套部分在自行設(shè)計(jì)制造成 套裝置中采用外國(guó)進(jìn)口公司和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，自己開發(fā)應(yīng)用軟件，能 為國(guó)內(nèi)外重大工程項(xiàng)目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。 (7) 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力大為降低。變頻器可以將原先固定的電壓和頻率的交流電源轉(zhuǎn)換為可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的交流源 ，所以變頻器已經(jīng)成為當(dāng)今交流調(diào)速的核心部件。與上述傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：采用新型大規(guī)模專用集成電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，使波形穩(wěn)定，精度和可靠性顯著增加。涉及的主要相關(guān)知識(shí)：電力電子及運(yùn)動(dòng)控制、微機(jī)控制。 交流異步電動(dòng)機(jī)的 變頻調(diào)速，實(shí)際中多采用脈沖寬度調(diào)制 （ PWM） ，完成調(diào)頻和調(diào)壓兩種功能。s plicated control circuits, the system39。 (2) 調(diào)速范圍較大，精度高。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。 近 10 年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù) 正發(fā)生著 交流調(diào)速取代直流調(diào)速 和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù) 的革命 。 (2) 功率器件的發(fā)展。 (2) 變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白。當(dāng)前高水平的控制策略有：基于電動(dòng)機(jī)和機(jī)械模型的有矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和 機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)?。 （ 4） 以 32位高微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模塊有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法， Windows 控制系統(tǒng)的引入使得自由設(shè)計(jì)成為可能，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。首先，在逆變器供電的交流調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件發(fā)生了很大變化，針對(duì)逆變器供電的特點(diǎn)給出了變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的選擇方法。 變頻器的選型 變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： (1)采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 (5)變頻器如果要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端 安裝輸出電抗器。在這里通過(guò)改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過(guò)改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對(duì) U /f的協(xié)調(diào)控制要求。 目前使用較多的是“交 — 直 — 交”變頻，將 50Hz 交流整流為直流電 Ud，再由三相逆變器將直流逆變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流供給鼠籠電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。它是 把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為 PWM 波，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。因此，為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法 —— 梯形波與三角波比較法。除了可以注入三次諧波以外，還可以注入其他 3 倍頻于正弦波信號(hào)的其他波形，這些信號(hào)都不會(huì)影響線電壓。把這樣的電壓波形作為脈寬 調(diào)制的參考信號(hào)，載波仍用三角波，并把各區(qū)間的曲線用直線近似 (實(shí)踐表明，這樣做引起的誤差不大，完全可行 )，就可以得到線電壓的脈沖波形，該波形是完全對(duì)稱，且規(guī)律性很強(qiáng)，負(fù)半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相，因此， 只要半個(gè)周期兩邊 60176。其缺點(diǎn)是開關(guān)頻率不固定造 成較為嚴(yán)重的噪音，和其他方法相比，在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān)，形成 PWM 波形。但由于未引入轉(zhuǎn) 矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善。 非線性控制 PWM 單周控制法又稱積分復(fù)位控制 (Integration Reset Control， 簡(jiǎn)稱 IRC)，是一種新型非線性控制技術(shù)，其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期使開關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例。 系統(tǒng)工作原理 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行部分。主要由主電路（整流電路、逆變和逆變驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、濾波電路）、光電隔離電路、過(guò)壓保護(hù)電路、 8051 控制電路和人機(jī)接口電路組成。 在對(duì)稱規(guī)則采樣情況下，只要知道采樣點(diǎn)時(shí)刻 t 就可以確定這個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖寬度 TPM和時(shí)間間隔 Toff，從而可以計(jì)算出 SPWM 波形高、低脈沖的寬度。 如果選用捕捉 /比較模塊 0 輸出此路 SPWM，則首先將 l0 裝入 16 位捕捉 /比較寄存器 PCA0CP0 中，并且將 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 PCA0H 和 PCA0L 清零，然后啟動(dòng) PCA 計(jì)數(shù)器；當(dāng)捕捉 /比較寄存器的數(shù)值與計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器的數(shù)值相等時(shí)，CEX0 引腳就會(huì)由原來(lái)的低電平跳變?yōu)楦唠娖剑⑶耶a(chǎn)生一個(gè) CCF 中斷；在 CCF中斷程序中，將 h0 累加到 PCA0CP0 上；中斷過(guò)程中，計(jì)數(shù)器的數(shù)值是連續(xù)增加的，當(dāng)其值與改變過(guò)后的捕捉 /比較寄存器的數(shù)值相等時(shí)，又會(huì)使得 CEX0 引腳由原來(lái)的高電平跳變?yōu)榈碗娖?，并且產(chǎn)生一個(gè) CCF 中斷；然后在中斷過(guò)程中又將 l1 累加到 PCA0CP0 上。由單片機(jī)輸出兩路互補(bǔ)（有一定死區(qū)時(shí)間）單極性 SPWM波來(lái)控制該逆變電源。 續(xù)流二級(jí)管的耐壓和續(xù)流計(jì)算與上相同，考慮到市場(chǎng)價(jià)格供貨和價(jià)格的情況實(shí)際選 用 GTR 為 GT25Q101，續(xù)流二極管為 MUR860。 IR2132 可用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在母電線電壓不高于 600V 的電路中的功率 MOS 門器件，其可 輸出的最大正向峰值驅(qū)動(dòng)電流為 250mA，而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500mA。 本系統(tǒng)采用的是 M 法測(cè)速原理，即在某一采樣時(shí)間內(nèi)，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。 圖 濾波電路 電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。 6N137，其隔離電壓為 3kV，頻率在 10MHz以上 ，具有體積小，壽命長(zhǎng)，抗干擾性強(qiáng)，隔離電壓高，速度快，能與 TTL 邏輯電平兼容等優(yōu)點(diǎn)，考慮到光耦采用集電極輸出，當(dāng)輸入在默認(rèn)狀態(tài)都為低電平的時(shí)候，光耦輸出都為高電平。為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，采用 8279 實(shí)現(xiàn)可編程并行 I/O 口 的擴(kuò)展，設(shè)置了 16 個(gè)按鍵，它們是：設(shè)置鍵、 V/F 曲線鍵、啟動(dòng)時(shí)間鍵、同步方式鍵、異步方式鍵、分段同步鍵、載波比鍵、頻率鍵、上升鍵、下降鍵、確認(rèn)鍵、運(yùn)行鍵、停車鍵、復(fù)位鍵，來(lái)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的設(shè)置與更改。 鍵盤輸入和輸出顯示是人機(jī)接口的主要部分，是操作人員對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制和顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況的主要途徑。并不斷測(cè)量電壓，當(dāng)電壓整流輸出不穩(wěn)態(tài)值時(shí)，電阻 R 串接在電路中，從而可減少合閘瞬時(shí)主電路中出現(xiàn)的大電流沖擊；當(dāng)電壓整流輸出穩(wěn)態(tài)值時(shí)，使 PC3 為 1，使得 KM 得電吸合，短接電阻 R。 (3)于設(shè)置 T0初始值的問(wèn)題：在實(shí)際運(yùn)用中 ， 給 T0一個(gè)初始值 ， 使得當(dāng) T0在溢出時(shí) ， CPU通過(guò) VG1讓 VT1導(dǎo)通。顯示主要的內(nèi)容如下：停車時(shí)顯示停車標(biāo)志，故障時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的故障碼，正常運(yùn)行時(shí)顯示逆變輸出頻率。 鍵盤的使用方法及有關(guān)設(shè)計(jì)說(shuō)明： (1)鍵盤完成的功能為：系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)按下啟動(dòng)鍵后，單片機(jī)才能執(zhí)行指令，程序運(yùn)行。 最小脈沖問(wèn)題分析 由于硬件原因，任何微控制器都不能輸出寬度無(wú)限小的脈沖，這就使得理想SPWM 脈沖序列中小于一定寬度的窄脈沖不能正常輸出，即最小脈沖問(wèn)題。 (3) 規(guī)范我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。 參考文獻(xiàn) [1] 李 良仁 . 變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京： 電子 工業(yè)出版社， 2020 [2] 王兆安 ，張 明勛 . 同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [3] 顏世鋼 . 電力電子技術(shù)問(wèn)答 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [4] 和 超 .交流變頻調(diào)速技術(shù) [M].北京 ： 北京航天航空大學(xué) 出版社， 2020 [5] 高學(xué)民 .電力電子與交流技術(shù) [M].山東 ： 山東科學(xué)技術(shù) 出版社， 2020 [6] 陳國(guó)呈 . 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