【正文】 sm :out std_logic。 end if。 dout=y。 use ieee .。 死區(qū)計(jì)數(shù)器實(shí)體的 VHDL 硬件描述語言： library ieee； 。 clk :in std_logic。 4）比較器模塊 在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，通常比較器是依據(jù)兩組二進(jìn)制數(shù)碼的數(shù)值大小來作比較，即 ab, a=b, ab,這三種情況僅有一種其值為真。 dout=q_temp。 q :out std_logic vector(9 downto 0)。芯片采用 24KHZ 的載波頻率。當(dāng) VVDD 5? 時(shí)，在 VVVI ?? 的范圍內(nèi)非線性誤差小于 %；而當(dāng) VVDD 10? 時(shí)，在 VVVI ?? 的范圍內(nèi)非線性誤差小于 %。如若將調(diào)制頻率改變，波形周期會(huì)相應(yīng)變化。 圖 14 三相分時(shí)運(yùn)算電路功能演示 系統(tǒng)邏輯與時(shí)序功能驗(yàn)證 利用 Maxplus II 的波形仿真功能得到的芯片輸入輸出圖。 圖 14 中 CLKA、 CLKB、 CLKC 為輸入的分時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，在每個(gè)三角波計(jì)數(shù)峰值處產(chǎn)生。 圖 11 三相數(shù)據(jù)合并電路 時(shí)鐘 CLK 在每個(gè)運(yùn)算周期產(chǎn)生 3次 上升沿。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)三相分時(shí)的思路。） =Tdead D180。 。此處 p 為三角波計(jì)數(shù)峰值（該處用 332）。 可得脈寬時(shí)間： t 2a =T/2[1+MSin(w1 te )] t 2b =T/2[1+MSin(w1 te 120)] t 2c =T/2[1+MSin(w1 te +120)] 而間隙時(shí)間： t1a =t 3a =(Tta )/2 t1b =t 3b =(Ttb )/2 t1c =t 3c =(Ttc )/2 CPLD功能實(shí)現(xiàn)及 VHDL 程序設(shè)計(jì) 1． CPLD 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及工作特點(diǎn) 圖 8 設(shè)計(jì)的 CPLD 內(nèi)部框圖 應(yīng)用 MAXPLUSII 軟件設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能與原理框圖如圖 8 所示。 1. IGBT 集電極電流 cI 計(jì)算公式為 ? ? ? ? NmC III ~~ ?? m? (3― 20) 式中， m? —— 電機(jī)過載倍數(shù)，一般小于 。 直流回路短路過電流保護(hù) 1) 輸出直流電壓 VUU ldc ?????? ? (3― 13) 式中， ? 為安全系數(shù)，一般取 ； 為波動(dòng)系數(shù)。 整流二極管模塊選擇 1．參數(shù)計(jì)算 1)通過二極管的峰值電流 AII Nm ???? (3― 4) 2)流過二極管電流有效值 ? ?mmD ItdII 313 6 01 01200 20 ?? ? ? (3― 5) 式中， mI 為電機(jī)最大負(fù)載電流峰值，其值一般取為 ? ?6~5 NI 。這時(shí)，從電動(dòng)機(jī)的角度來看，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)的工作狀態(tài)；從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，拖動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時(shí)減少的動(dòng)能，由電動(dòng)機(jī)“再生”電能后，在變頻主電路的直流環(huán)節(jié)中被消耗掉了。 直交變換電路 1. 逆變器 其功能是把直流電壓逆變成頻率可調(diào)的交流電壓。 2. 限流電路 圖 4 中，串接在整流橋和濾波電容器之間，由限流電阻 sR 和可控硅 VT 組成的并聯(lián)電路。整流器件采用不可控的整流二極管或二極管模塊。三相交流電源經(jīng)過三相全波整流、濾波、穩(wěn)壓，為逆變器提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的大容量直流電源，然后由大功率開關(guān)元件按脈寬調(diào)制（ PWM）方式，將直流逆變成可變頻率和電 壓的交流，供交流電動(dòng)機(jī)變速之用。可以相信 ,采用可編程芯片控制的逆變系統(tǒng)是未來逆變系統(tǒng)研究的熱點(diǎn) ,尤其是在試驗(yàn)室進(jìn)行研究和開發(fā) ,更具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 。采用單片機(jī)的系統(tǒng)若使用定時(shí)器產(chǎn)生 PWM,由于中斷的特點(diǎn) ,使輸出的 PWM 的脈寬容易發(fā)生改變 ,從而影響輸出電壓的精度。濾波電路采用阻容方 式。如今，適合工業(yè)應(yīng)用、體積小、大功率的電壓源型逆變器制造技術(shù)大幅度提高，價(jià)格也降低了，并使交流電機(jī)調(diào)速性能一些應(yīng)用場(chǎng)合超過直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。但交 交變頻電路有以下缺點(diǎn)： 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 （ 1）輸出上限頻率 由于交 交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網(wǎng)電壓拼湊而成，當(dāng)輸出頻率升高時(shí)，輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含的諧波分量就增加。 本章小結(jié) 本章先介紹了 交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀；然后介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向；在最后介紹了本論文所涉及到的相關(guān)技術(shù)（ PWM 技術(shù)和電力電子技術(shù)等），并進(jìn)行了相關(guān)分析。在這個(gè)不斷發(fā)展的過程中，器件的電壓、電流額定以及其他電氣特性均得到了很 大的改善。至于 PWM 控制技術(shù)又有許多中，并且還在不斷發(fā)展中。 網(wǎng)絡(luò)化新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協(xié)議，內(nèi)裝 RS485 接口，可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向通用變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能碼數(shù)據(jù)等，通過選件可與現(xiàn)場(chǎng)總線： Profibus－ DP、 Interbus－ S、 Device Net、Modbus Plus、 CC－ Link、 LONNORKS、 Ether、 CAN Open、 TLINK 等通訊。 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)。由于轉(zhuǎn)差功率的傳遞為單項(xiàng) ，只能由轉(zhuǎn)子反饋給電網(wǎng)，所以電動(dòng)機(jī)只能在低于同步轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速 。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍已發(fā)展到新階段。其中變頻調(diào)速是交流電機(jī)調(diào)速中發(fā)展最快、最活躍的一支。然而，直流傳動(dòng)存在的諸如運(yùn)行中產(chǎn)生 火花、對(duì)環(huán)境要求叫 較 高、電刷易于磨損、維護(hù)麻煩等等的自身結(jié)構(gòu)上的問題促使人們不斷尋求更好的解決問題的方法。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 摘 要 最近幾年，隨著新型電力電子器件的不斷涌現(xiàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，他的顯著的節(jié)能效果和靈活的運(yùn)行方式，給人們留下了深刻的印象。 50 年代以前，所有這些應(yīng)用都需要使用直流電機(jī)傳動(dòng)，交流電機(jī)由于其固有的以同步或幾乎同步于電源的頻率運(yùn)行，所以難以真正的調(diào)節(jié)或平滑的改變速度。 經(jīng)過近三十年的發(fā)展，交流調(diào)速電氣傳動(dòng)已上升為電氣調(diào)速的主流，正在越來越廣泛的領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的 直流調(diào)速傳動(dòng)。在國(guó)家經(jīng)貿(mào)委小“九五”資源節(jié)能綜合利用工作綱要中，變頻調(diào)速己被列入重點(diǎn)組織實(shí)施的 10 項(xiàng)資源節(jié)約綜合利 用技術(shù)改造示范工程之一。 （ 2） 改變 轉(zhuǎn)差來調(diào)速，即只適用于繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)子外加 電阻來調(diào)速，這樣調(diào)速電阻就要消耗一定的功率；還有串級(jí)調(diào)速，為了利用這部分功率，可在轉(zhuǎn)子回路中接入轉(zhuǎn)差頻率的功率變換裝置，是其送回電網(wǎng)。 目前，變頻 調(diào)速己經(jīng)成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用：而且隨著一些新的交流電機(jī)調(diào)速理論（如：矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制）和現(xiàn)代電力電子技術(shù)（ IGBT、 IPM、 PIC）以及高效的處理器（如： DSP）等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，它將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)主導(dǎo)電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，并向更高性能、更大容量以及智能化方向發(fā)展。 數(shù)字控制以高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各控制算法。特別值得一提的是，由于 PWM 整流器和 PWM 逆變器組成的電壓型變頻器（也稱雙 PWM 變流器）無須增加任何附加電路，就可以允許能量雙向傳送，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。電力電子時(shí)代是從 50 年代 末晶閘管（ SCR）的出現(xiàn)開始的，后來陸續(xù)推出了其它種類的器件，諸如控制極可關(guān)斷晶閘管（ GTO），雙極型大功率晶體管（ BJT 或 BPT），功率 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ MOSFET），絕緣門極雙極型晶體管（ IGBT），靜態(tài)感應(yīng)晶體管（ SIT），靜態(tài)感應(yīng)晶閘管（ SITH）， MOS 控制的晶閘管（ MCT）等。 其中 IGBT 作為第三 代的電力電子器件，它的應(yīng)用是變頻器的性能有了很大的提高，主要表現(xiàn)為： 1. 發(fā)熱減小 ,將曾占主回路發(fā)熱 50%70%的器件發(fā)熱降低了 30%； 2. 高載波控制，使輸出電流波形有明顯的改善； 3. 提高開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行的靜音化； 4. 驅(qū)動(dòng)功率減小，體積趨于更小。只要控制兩相反并聯(lián)的橋組不斷的處于整流和逆變工作狀態(tài)，就能將電網(wǎng)電壓變成變頻電源。電壓源型逆變器從水銀整流器問世就開始使用，并隨著功率器件的發(fā)展逐漸完善。本設(shè)計(jì)面向的是不需要頻繁制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，所以選擇不可控二極管整流橋方式。近幾年 ,基于微機(jī)控制的逆變系統(tǒng)主要采用單片機(jī)或 DSP (數(shù)字信號(hào)處理器 ) 控制。盡管 CPLD/ FPGA 在通訊領(lǐng)域應(yīng)用廣泛 ,但其逆變電源中的應(yīng)用只處于起步階段。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 第三章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 主電路工作原理 主電路由整流和逆變電路構(gòu)成。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用的是 11KW 的三相交流電動(dòng)機(jī)，其額定電流為 ，額定電壓為 380V,額定頻率為 50HZ,額定轉(zhuǎn)速為 1460 轉(zhuǎn) /分，屬于中小功率范圍。本課題中使用兩個(gè)大電容器 1C 、 2C ；又由于電解電容的電容量有較大的離散性，故電容器 1C 、 2C 電容量不能完全相等，這將使它們承受的電壓 1dU 和 2dU 不相等，為了使 1dU 和 2dU 相等，在 1C 和 2C 旁各并一個(gè)阻值相等的均壓電阻 1R 和 2R 。并同主回路 P 點(diǎn)電壓相比較，當(dāng) P 點(diǎn)交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器 LM331 輸出高電平，在通過光耦 TLP741 進(jìn)行隔離放大，使 VT 導(dǎo)通。 能耗制動(dòng)電路 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)，是通過逐漸減下頻率來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)所用參數(shù)如下： 電動(dòng)機(jī)參數(shù) ：電動(dòng)機(jī)型號(hào)： YGF160M4 ， 2P=4, KWPN 11? , AIN ? , 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 %88?N? ， ?? , min1460 rnN ? , ? ? ?過載能力倍數(shù)m? , ? ? ?啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)QK , ? ? ?啟動(dòng)電流倍數(shù)fK 電源電壓： 380V ，頻率： 50HZ 逆變部分采用 IGBT PWM 型逆變器， FV 控制方式，過載倍數(shù) ?? /分鐘。實(shí)選開啟限流電阻 sR 為： WK 9/ ? 。本系統(tǒng)中，最嚴(yán)重的情況是異步交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為額定電流的（ ~ 倍，且要考慮電流峰值。 觸發(fā)控制回路設(shè)計(jì) 觸發(fā) 控制電路框圖 圖 6 觸發(fā)控制電路結(jié)構(gòu)框圖 SPWM的生成原理 SPWM 的生成原理如圖 18 所示 圖 7 SPWM 生成原理 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 仍采用傳統(tǒng)的三角波和正弦波疊加原理，且采用雙極性規(guī)則采樣法 II，由于每個(gè)周期的采樣時(shí)刻都是固定的（圖中 E 點(diǎn)），根據(jù)脈沖電壓對(duì)三角載波的對(duì)稱性，假設(shè) A 相電壓瞬時(shí)電壓表達(dá)示為 Ua = Sin(w1 t)。如圖 9 所示，輸入 16MHZ 晶振時(shí)鐘計(jì)數(shù)產(chǎn)生三角波，計(jì)數(shù)從 0 到 p，再從 p 返回到 0。時(shí)，調(diào)整正弦波到達(dá) 360176。 （ 2）、死區(qū)時(shí)間設(shè)置 由圖 9知： 2Fclk （ DD180。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 圖 10 三相分時(shí)運(yùn)算電路示意圖 如果每相分別用獨(dú)立的電路實(shí)現(xiàn)，將多耗費(fèi)許多邏輯門，并且占用三個(gè)正弦表格，這在設(shè)計(jì)上是簡(jiǎn)單 的，但是實(shí)際上是非常不合理。 BOX1 工作原理圖如圖 11 所示。 BOX2 工作的仿真波形如圖 14所示。所以利 用分時(shí)電路大大的節(jié)約了門數(shù)，從而使芯片電路規(guī)模變小近 2／ 3。即調(diào)制頻率 50HZ。當(dāng) IV 在 DDV~0 之間變化時(shí)，輸出脈沖的頻率范圍可達(dá) ~0 。此處 P 為三角波計(jì)數(shù)峰值。 int :out std_logic。 end if。 end process。 entity pare is port( a, b :in std_logic_vector(9 downto 0