【正文】 圖 31 IGBT 簡化等效電路 (圖 a)及圖形符號（圖 b） IGBT 是壓控器件，柵極輸入阻抗高， 并且柵極電壓進(jìn)入穩(wěn)定階段，柵極幾乎不從驅(qū)動電路取電流，因 此 所需要驅(qū)動功率小，驅(qū)動較為容易。 系統(tǒng)采用 SPWM 技術(shù)。Ｕ UN’、Ｕ VN’、Ｕ WN’的波形圖如圖 25 所示。 將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。當(dāng)逆變管開通時， ceV 迅速下降， cI 迅速升高，并聯(lián)在逆變管兩端的電容由于電壓降低，將通過逆變管放電，這將加速電流cI 的增長率，造成 IGBT 的損壞。為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉， BR 和 BV 的作用就是消耗掉這部分能量。 濾波電容 FC 濾除整流后的電壓波紋，并在負(fù)載變化時保持電 壓平穩(wěn)。 在 SPWM 控制方式中， U2 的值保持不變， m 值的改變通過改變 U1 來實(shí)現(xiàn)。 5 (a) (b) 圖 23（ a）電路原理圖 （ b） SPWM 脈沖的形成 在實(shí)際應(yīng)用中，人們常采用正弦波與三角波相交的方法來確定各段矩形脈沖的寬度。根據(jù)電機(jī)原理，在基頻以下磁通恒定時轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的性質(zhì)；在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。然而繞組中的感應(yīng)是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)學(xué)者作了大量的變頻理論的基礎(chǔ)研究，早在 80 年代，已經(jīng)成功引進(jìn)了矢量控制的理論，針對交流電機(jī)具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦合的方法 ，探討交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制策略。今年來，隨著數(shù)字化控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得巨大發(fā)展，先進(jìn)的控制理論（如磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）被廣泛應(yīng)用，變頻裝置中的電器件 如 IGBT、 IGCT 等性能的大大提高，以及現(xiàn)代數(shù)字化控制變頻調(diào)速系統(tǒng)噪聲大大降低，耗電量大幅減少，并且可以得到良好的電流波形，從而使系統(tǒng)更加可靠。正是由于交流電動機(jī)的這種優(yōu)勢，使它在電力拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍比直流電動機(jī)要廣泛得多，約占整個電力拖動總?cè)萘康?80%以上。在運(yùn)行中需要有經(jīng)常性的維護(hù)，同時對環(huán)境的要求也比較高，不能適用于化工、礦山等周圍環(huán)境中 ，以及有粉塵、腐蝕、易燃易爆氣體的場合。 1 1 前言 交流調(diào)速的意義 電動機(jī) 及其控制在國民經(jīng)濟(jì)中起著至關(guān)重要的作用。但是直流電動機(jī)本身在機(jī)構(gòu)上存在嚴(yán)重的問題，它的機(jī)械接觸式換向器不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、價格昂貴，而且運(yùn)行中容易產(chǎn)生火花，以及更換機(jī)械強(qiáng)度不高，電刷易于磨損等。 交流調(diào)速系統(tǒng)具有以下幾個主要優(yōu)點(diǎn)：交流電機(jī)的價格遠(yuǎn)低于直流電機(jī)，而 2 且結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、制造簡單、可靠性和運(yùn)行效率高，不易出故障，維修工作量小，適用場合幾乎沒有限制，并且單機(jī)容量遠(yuǎn)大于直流電動機(jī)。隨著各種功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的相繼問世，使得長期阻礙變頻技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題得到解決，從而使變頻調(diào)速方式在工業(yè)應(yīng)用中顯示出強(qiáng)大的生命力。在大功率交 交、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當(dāng)差距。 由電機(jī)理論知道，電機(jī)定子的感應(yīng)電勢有效值是 ： 1 1 1 NmE f N K?? （ 21） 由 式 21 可知，只要適當(dāng)控制 1E 和 1f ，便可達(dá)到控制磁通 m? 的 目的，在確保 m?不變的情況下，分兩種情況考慮： (1)基頻以下調(diào)速 要保持 m? 不變，當(dāng) 1f 從額定值 向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低 1E ，使 1E /1f 為常值，即采用恒定的電動勢頻率比控制方式。把 基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來，可得到圖 22 所示的異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速控制特性。這種由控制線路按一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，從而得到一組等效于正 弦波的一組等幅不等寬的矩形脈沖的方法，稱作逆變器的正弦波脈寬調(diào)制方法（ SPWM）。 其中 U f1 為正弦波（調(diào)制波）信號 的幅值和頻率； U f2 為三角波（載波）信號的幅值和頻率。整流后的電壓為 dU = LU =380V=513V。 BR 為制動電阻，在變頻器的交流調(diào)速中，電動機(jī)的減速是通過降低變頻器的輸出頻率而實(shí)現(xiàn)的，在電動機(jī)減速過程中，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降過快時， 7 電動機(jī)將處于發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動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)致變頻器本省過電壓保護(hù)動作，切斷 變頻器的輸出。當(dāng)逆變管關(guān)斷時， ceV 迅速上升，cI 迅速降低，過高增長的電壓對逆變管造成危害，所以通過在逆變管兩端并聯(lián)電容（ 0601 CC ? ）來減小電壓增長率。本設(shè)計中采用了三相橋式不控整流電路，主要優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，功率因數(shù)接近于 1，由于整流電路原理比較簡單，設(shè)計中不再做詳細(xì)的介紹。 V 相和 W 相的情況和 U 相類似，只是相位依次相差 120 度。在整個變換過程中，通過對逆變器的開關(guān)控制，有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的通和斷，可以輸出任意頻率的三相交流電，來實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。 IGBT 集 GTR 的低飽和電壓特性和 MOSFET 的高頻開關(guān)特性于一體，是目前變頻系統(tǒng)和通用變頻器中使用的主流功率器件。 (2)IGBT 存在 ～ 6V(T=25? C)的柵極開啟電壓，驅(qū)動信號低于此開啟電壓時，器件是不導(dǎo)通的。 另外，為減小開通損耗，要求柵極驅(qū)動信號的前沿要陡。器件的電流、電壓額定值越大，其輸入電容就越大。對于 1200V的 IGBT 器件，柵極的電阻值可取相同電流額定值的 600V器件阻值的一半。 (9)當(dāng) IGBT 處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時，能在 IGBT 允許時間內(nèi)通過逐漸 降低柵極電壓自動抑制故障電流，實(shí)現(xiàn) IGBT 軟關(guān)斷。 它主要由輸入隔離電路，驅(qū)動放大電路 ,過流檢測急保護(hù)電路以及電源電路組成。就高頻逆變器而言主回路的保護(hù)電路主要有：過流保護(hù)、過壓保護(hù)和過熱保護(hù)。當(dāng)輸入電壓過低時，雖不會對主回路元件構(gòu)成直接威脅，但太低的輸入電壓很可能使控制回路工作不正常，而使系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致 SA4828 輸出錯誤的觸發(fā)脈沖，造成主回路直通短路而燒壞IGBT。當(dāng)取樣電壓高于設(shè)定值時 (異常情況下 )，比較器輸出高電平，光耦器件導(dǎo)通，輸出低電平保護(hù)信號。運(yùn)放 BU:1 接成比較器的形式。因 SA4828的SET TRIP端為高電平有效 ,所以應(yīng)加上一個反相器 ,使其反相后輸出高電平。 電路在正常工作時有可能因?yàn)楦蓴_而造成瞬時過流或瞬時過壓，這種過流過壓只是瞬時的，時間很短，在 IGBT 承受范圍之內(nèi)，如果此時驅(qū)動電路檢測到過流后也封鎖驅(qū)動信號，那么就會導(dǎo)致沒有必要的關(guān)斷，影響裝置的正常運(yùn)行，所以在電路檢測到過流對 IGBT 進(jìn)行慢關(guān)斷的同時，要有一個延時判斷過程，以判別真?zhèn)芜^流以免誤動作。 2. PIN2 ( RD )： Read。若在 CLK R 及 CLK IN 加上電阻及電容，則可產(chǎn)生 ADC 工作所需的時序 。若 PIN9 空接，則 VIN 的上限值即為 VCC。 1. SA4828 主要特點(diǎn)： 全數(shù)字控制， 能產(chǎn)生三對相位差 120 度的互補(bǔ)的 SPWM 主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器。 CLK：時鐘信號輸入端。 VSS： 供電電源負(fù)端 (0V)。 (3) SA4828 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 SA4828 為 28 引腳的 DIP 或 SOIC 封裝的控制芯片，內(nèi)部具有總線控制及譯碼電路，有多種寄存器和相控邏輯電路。 參數(shù)的設(shè)定是通過 8 個暫存器 0R 、 1R 、 2R 、 3R 、 4R 、 5R 、 14R 、 15R 來傳送的。片內(nèi) 8KROM(可擴(kuò)充 64KB 外部存儲器 ) 178。 178。 PDIP（ 40）和 PLCC（ 44） 封裝形式 （ 2） SA4828 與 89C52 的連接框圖如圖 312 所示： 圖 312 SA4828 與 89C52 的連接框圖 SA4828 的地址數(shù)據(jù)總線 與 89C52 的 P0 口直接相連， 3 條控制線 WR、 RD、ALE 分別與 89C52 相應(yīng)的引腳連接，片選信號 CS 與 相接。 表 41 初始化編程時 R0— R5各寄存器內(nèi)容 7 6 5 4 3 2 1 0 R0 FRS2 FRS1 FRS0 CFS2 CFS1 CFS0 R1 PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 R2 PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 23 R3 AC 0 0 WS1 WS0 R4 WD15 WD14 WD13 WD12 WD11 WD10 WD9 WD8 R5 WD7 WD6 WD5 WD4 WD3 WD2 WD1 WD0 (1)載波頻率設(shè)定。 (3)最小刪除脈寬設(shè)定。脈沖延時為 : 63512PDYPDY CARR nt f ?? ? （ 44） 式中： PDYn 的二進(jìn)制數(shù)即是脈沖延遲時間設(shè)定字。當(dāng)每次向控制寄存器寫入數(shù)據(jù)時，自 動用這個常數(shù)重置看門狗，即叫醒一次。 （ 3） 正反轉(zhuǎn)選擇 正反轉(zhuǎn)選擇位 F /R控制三相 PWM輸出的相序。 （ 6） 看門狗選擇 看門狗選擇位 WTE。 為了顯示調(diào)試波頻率，必須測量 ZPPR 引腳的輸出脈沖周期，其周期的倒數(shù)就是調(diào)制波頻率 。 27 ① 載波頻率設(shè)定字 由式 （ 41）可得： 512105 10125122 361 ??? ????? Hz Hzf fC A R RC L Kn 取 12?n =4，所以 n =3。 ⑤ 波形選擇字和 AC設(shè)定 選用高效波形，選擇字是 10；紅相控制幅值， AC=0。 SPEED： MOV R2， 04H ；做乘法準(zhǔn)備，求 PFSn 字 MOV R3， 32H ；將 1074（ 0432H） 作為被乘數(shù) MOV R6， 00H MOV R7， 30H ；乘數(shù)為 POWERf LCALL QMUL ；調(diào)用乘法子程序 MOV A， R7 ；積的低 8 位送入 SA4828 寄存器 R0 MOV DPTR， 0000H ；指向 R0 MOVX DPTR, A MOV A,R6 ；積的次低 8 位送入 SA4828 寄存器R1 INC DPTR ；指向 R1 MOVX DPTR, A INC DPTR ；指向 R2 MOV A,20H ； 20H 中存放的位 控制參數(shù)送寄存器R2 MOVX DPTR, A MOV A,0FFH ；求調(diào)制波幅值控制字 An MOV B,31H ； POWERA 送 B MUL AB ； 255? POWERA MOV R2, 00H ；準(zhǔn)備做除法 MOV R3, 00H MOV R4,B ；將積作為被除數(shù) MOV R5, A MOV R6, 64H 30 MOV R7,64H ；除以 100 LCALL NDIV ；調(diào)除法子程序 MOV A,R5 ；商送入 SA4628 的寄存器 R3 INC DPTR ；指向 R3 MOVX DPTR, A MOV DPTR,000FH ；指向 R15 MOVX DOTR,A ； 寄存器中的值寫入 SA4828 控制寄存器 SETB TR0 ；開始定時 RET （ 3） 中斷子程序設(shè)計 本例中選用的中斷源有 2 個： T0 中斷和 0INT 中斷。 ① 雙字節(jié)無符號數(shù)乘法子程序 32 (R2R3)(R6R7)=(R4R5R6R7) QMUL: MOV A, R3 MOV B, R7 MUL AB XCH A, R7 MOV R5, B MOV B, R2 MUL AB ADD A, R5 MOV R4, A CLR A ADDC A, B MOV R5, A MOV A, R6 MOV B, R3 MUL AB ADD A, R4 XCH