【正文】 作于過飽和狀態(tài)，因為驅動電壓小一些，可減小短路電流，對短路保護有好處。對 600VIGBT 器件，柵極電阻可據(jù)下式確定：=(I～10)625/eReI式中， 為 IGBT 的額定電流值. 柵極電阻的下限取系數(shù)為 1，限取系數(shù)為 10。s?EXB840 的功能框圖如圖 所示。由于場控自關斷器件的不斷涌現(xiàn)。圖 為 SPWM 波生成方法 [10]：utt0u低低低低 低低低低低低低低低0交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計29 SPWM波生成方法采用模擬電路的優(yōu)點是完成三角波與正弦波的比較并確定輸出脈沖寬度的時間很短，幾乎瞬間完成。、 ：Intel(Motorola)總線控制 write、read 信號。 SA4828原理框圖SA4828 的設置是通過單片機接口將數(shù)據(jù)送入 SA4828 芯片內(nèi)的兩個寄存器(初始化寄存器和控制寄存器)來實現(xiàn)的。外部時鐘輸入經(jīng)分頻器分成設定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內(nèi)三種調(diào)制波形進行比較，自動生成 SPWM 輸出脈沖，然后通過脈沖刪除電路刪除窄脈沖（如圖 ）交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計31 脈沖序列中的窄脈寬因為這種脈沖不起任何作用，只會增加開關管的損耗。RESTCLK：時鐘信號輸入端。提高載波(三角波)的頻率，是減小 SPWM 調(diào)制波中諧波分量的有效方法。以下將介紹 SPWM 技術工作原理和設計中所選用能產(chǎn)生 SPWM 波芯片 SA4828 的基本結構和工作原理。同樣的，驅動電路的軟關斷過程不應隨輸入信號的消失而受到影響，即應具有定時邏輯柵壓控制的功能。(5)IGBT 是高速開關器件，在大電流的運行場合，關斷時間不宜過短，否則會產(chǎn)生過高的集電極尖峰電壓。當要求 IGBT 工作于開關狀態(tài)時，驅動信號必須保證使器件工作于飽和狀態(tài)，否則也會造成器件損壞。bV集電極最大電流 ：按照正常電壓流經(jīng) 電流的兩倍來計算：Bcm? BR=2? 的選用峰值電壓=（2～） 380=～集電極電流 =（～2） =（～2） λ =～集電極發(fā)射極額定電壓≥ 倍最高峰值電壓== IGBT 及驅動模塊介紹 IGBT 簡介及驅動要求絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)是 80 年代初功率半導體器件技術與 MOS 工藝技術相結合研制出的一種復合型器件。完成逆變功能的裝置叫做逆變器，它是變頻器的主要組成部分，電壓性逆變器的工作原理如下：（1）單相逆變電路在圖 的單相逆變電路的原理圖中：當 、 同時閉合時， 電壓為正； 、 同時閉合時， 電壓為負。如圖 所示，當直流中間電路上電壓上升到一定值，制動三極管 導通，將回BV饋到直流電路的能量消耗在制動電阻上。由此，在本設計中采用 控制。 其它控制方式 轉差率控制方式是 控制的一種改進，這種控制需要由安裝在電動機上的速度傳感器檢測出電動機的轉速，構成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出時轉差率，而變頻器的輸出頻率則有電動機實際轉速與所需轉差頻率之和決定。一種簡單的解決方法就是所示的 轉矩補償法。由以上情況可知:變頻調(diào)速時，必須使氣隙磁通不變。交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉的磁場，它與轉子繞組產(chǎn)生感應電動勢，出現(xiàn)感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉矩。，在這點上，電動機以同步轉速 運行（ ），其電磁轉矩0ns?T=0。P?交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計7第 2 章 交流異步電動機變頻調(diào)速原理及方法 三相異步電機工作的基本原理 異步電機的等效電路異步電動機的轉子能量是通過電磁感應而得來的。由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動機提供交流電功率，所以其主要優(yōu)點是運行幾乎不受負載的功率因數(shù)或換流的影響，它主要適用于中、小容量的交流傳動系統(tǒng)。由于交流調(diào)速不斷顯示其本交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計4身的優(yōu)越性和巨大的社會效益，使變頻器具有越來越旺盛的生命力。利用互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)多臺變頻器聯(lián)動，甚至是以工廠為單位的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)。間接變頻(又稱交直交變頻)，即先將市電整流成直流，再變換為要求頻率的交流。由于直流機調(diào)速容易實現(xiàn)，性能好，因此過去生產(chǎn)機械的調(diào)速多用直流電動機。設計(論文)的研究成果歸屬學校所有。 SA4828 Wave GeneratorfVfV交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計1第 1 章 緒論 變頻調(diào)速技術簡介變頻調(diào)速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調(diào)速目的的技術?，F(xiàn)在的變頻器功能很多，操作也很方便，其壽命和可靠性也較以前有了很大的進步。我國的變頻器深圳華為電氣(現(xiàn)己經(jīng)改名安圣電氣)、伴靈電氣、成都森蘭、大連普傳科技都是變頻器研究、開發(fā)、生產(chǎn)的高新技術企業(yè)，擁有雄厚的技術實力，相信不久的將來可以取代國外品牌，創(chuàng)建我們自己的國產(chǎn)名牌。直流調(diào)速系統(tǒng)，由于其良好的調(diào)速性能，很長的時期內(nèi)在調(diào)速領域內(nèi)占據(jù)首位。：交直交變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交直交變頻器是目前廣泛交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計5應用的通用變頻器?？刂齐娐罚翰捎?8051 單片機和 SPWM 波生成芯片 SA4828，控制電路的主要功能是接受各種設定信息和指令，根據(jù)這些指令和設定信息形成驅動逆變器工作的信號。f 異步電動機的機械特性機械特性是指電動機在運行時，其轉速與電磁轉矩之間的關系，即 ，它()nfT?可由（23）所決定的 曲線變換而來。根據(jù)統(tǒng)計，我國異步電動機的使用容量約占拖動總容量的八成以上，因此了解異步電動機的調(diào)速原理十分重要。由電機理論知道，電機定子的感應電勢有效值是： ??則 即 （210）另外，電機的電磁轉矩為: （211）其中 —與電動機有關的常數(shù)；TC—轉子每相電路功率因數(shù)；2cos?—轉子電壓與電流的相位差；—電機的電磁轉矩。此時如果仍以 代替 ，將帶來很大的誤差。恒 轉 矩 調(diào) 速 恒 功 率 調(diào) 速()vU()nT?Nn10U21Nf1()ZfHn?2n10 1f2f 50nZfH?2T1nT12nf?交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計16 整個頻率調(diào)速的特性曲線注：圖中曲線 1——在低頻時沒有定子降壓補償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線 圖中曲線 2——在低頻時有定子降壓補償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線比恒定控制存在的主要問題是低速性能差。日前市場銷售的通用變頻器的控制多半為 比恒定控制，它的應用比較廣泛，特別是在風機，泵及土木機械等方面應用較多， 比恒定控制的突出優(yōu)點是可以進行電機的開環(huán)速度控制。因此維修時，要等指示燈熄滅后進行。 變頻器主電路設計的基本工作原理整流電路是把交流電變換為直流電的電路。5S3上述分析說明，通過6個開關的交替工作可以得到一個三相交流電，只要調(diào)節(jié)開關的通斷速度就可調(diào)節(jié)交流電頻率，當然交流電的幅值可通過 的大小來調(diào)節(jié)。為防止柵極過壓，可采用穩(wěn)壓管作保護。(4)IGBT 柵極與發(fā)射極之間是絕緣的，不需要穩(wěn)態(tài)輸入電流，但由于存在柵極輸入電容，所以驅動電路需要提供動態(tài)驅動電流。(9)當 IGBT 處于負載短路或過流狀態(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，實現(xiàn) IGBT 軟關斷?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩種，本設計中采用的是以微處理器為核心的全數(shù)字控制，優(yōu)點是它采用簡單的硬件電路，主要依靠軟件來完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計算能力和軟件控制靈活性高的特點來完成許多模擬量難以實現(xiàn)的功能。產(chǎn)生 SPWM 信號的方法是用一組等腰三角波(稱為載波)與一個正弦波(稱為調(diào)制波)進行比較，如圖 所示，兩波形的交點作為逆變開關管的開通與關斷時間。 SA4828引腳排列示意圖各引腳的功能說明如下：（1）輸入類管腳說明AD0～AD7：8 位地址與數(shù)據(jù)復用總線。Wss：波形采樣同步端口。參數(shù)的設定是通過 8 個暫存器 、 、 、 、 、 、 、 來傳送的。Vss：供電電源負端(0V)。對于調(diào)速精度、調(diào)速方式要求較高的交流異步電動機，可以采用各項性能指標都非常完善，但價格也比較昂貴的通用變頻器；對一般交流電動機的變頻調(diào)速，可以直接采用三相 SPWM 調(diào)制信號專用芯片構成調(diào)速系統(tǒng)。交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計28根據(jù)電機學原理，交流異步電動機變頻調(diào)速時，如果按照頻率與定子端電壓之比為定值的方式進行控制，則機械特性的硬度變化較小，所以在變頻的同時，也要相應改變定子的端電壓。過流檢測及保護電路根據(jù) IGBT 柵極驅動電平和集電極電壓之間的關系,檢測是否有過電流現(xiàn)象存在,如果有過電流,保護電路將迅速關斷 IGBT,防止過快的關斷時而引起因電路中電感產(chǎn)生的感應電動勢升高,使 IGBT 集電極電壓過高而損壞 IGBT,電源電路將 20V 外部供電電源變成 15V 的開柵電壓和5V 的關柵電壓。在許多設備中，IGBT 與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系，而控制電路一般不希望如此。IGBT 的柵極等效為一電dit交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計24容負載，所以驅動信號源的內(nèi)阻要小。IGBT 是壓控器件，柵極輸入阻抗高，所需要驅動功率小，驅動較為容易。14VUu?S2VUu?用同樣的方法得：當 、 同時閉合和 、 同時閉合，得到 , , 同時閉合和 、 同時3S654W?5S21S6閉合，得到 。當逆變管開通時， 迅速下降， 迅速升高，并聯(lián)在逆變管兩端的電容由ceVcI于電壓降低，將通過逆變管放電，這將加速電流 的增長率，造成 IGBT 的損壞。dUL濾波電容 濾除整流后的電壓波紋，并在負載變化時保持電壓平穩(wěn)。矢量控制變頻器通常應用于軋鋼、造紙設備等對動態(tài)性能要求較高的場合。變頻后的機械特性如圖 所示。這種情況下，可以人為地適當提高定子電壓以補償電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。它是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時改變輸出電壓的幅值，以維護電機磁通基本恒定，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動機的效率、功率因數(shù)不下降。上述分析說明： 的大小影響著電動機的過載能力， 越小，為了保證過載能力K?K?不變，電動機所帶的負載就越小。根據(jù)電機學原理，在下列假定條件下：，各繞組的自感和互感都是線性的；；。在本設計中采用三相不可控整流。隨著電力半導體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式?，F(xiàn)在電力電子技術、微電子技術和現(xiàn)代控制技術以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術也隨之取得了日新月異的進步。 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀進入 90 年代，通用變頻器以其優(yōu)異的控制性能，在調(diào)速領域獨樹一幟，并在工業(yè)領域及家電產(chǎn)品中得到迅速推廣。但如何得到一個單獨向異步電動機供電的經(jīng)濟可靠的變頻電源，一直是交流變頻調(diào)速的主要課題。 （6）第十三周至第十五周：撰寫畢業(yè)設計論文。 （5）第十周至第十二周：元器件選型及參數(shù)計算；軟件設計；系統(tǒng)應用與調(diào)試說明。變頻調(diào)速被認為是一種理想的交流調(diào)速方法。逆變環(huán)節(jié)為三相 SPWM 逆變方式。這些發(fā)電設備的最大特點是容量小而分散，將來的變頻器就要適應這樣的新能源，既要高效，又要低耗。 本次設計方案簡介 變頻器主電路方案的選定變頻器最早的形式是用旋轉發(fā)電機組作為可變頻率電源，供給交流電動機。整流電路：整流部分將交流電變?yōu)槊}動的直流電，必須加以濾波。由于定子、轉子回路的頻率、繞組、匝數(shù)不同，故必須進行折算。 、 根據(jù)式（2－3）用求極值的辦法ss求出，即：由 ＝0，可得：dsT　　　 　　　　　　　 　 （2－4）　 　 （2－5）電動機正常運行時，需要有一定的過載能力，一般用 表示，即m? （2－6）普通電動機的 ＝～，而對某些特殊用電動機，其過負載能力可以更m?高一些。 變頻調(diào)速的控制方式及選定 壓頻比恒定控制比恒定控制是異步電動機變頻調(diào)速中最基本的控制方式。由于 比恒定調(diào)速是從基頻向下調(diào)速，所以當頻率較低時， 與 都變小，1定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略。這種調(diào)速方式下，NU轉子升高時轉矩降低，屬于恒功率調(diào)速方式。雖然這一理論的提出是交流傳動理論上的一個飛躍，但是由于它既要確定轉子的磁鏈，又要進行坐標變換，還要考慮轉子參數(shù)變動帶來的影響，所以系統(tǒng)非常復雜。整流后的電61VD?壓為 = =380V=513V。當逆變管關斷時， 迅速上升， 迅速降低，過高增ecI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（ ）來減小電061C?壓增長率。32?當 、 閉合時， 為正； 、 閉合時， 為負。由于 IGBT 在設備中所占成本比例較高，所以掌握好 IGBT 的特性和正確的使用方法，盡量減少 IGBT 模塊的損壞以降低開發(fā)成本和提高整機可靠性，就成為設計者和使用者 IGBT 的基本結構、工作原理、主要參數(shù)、特性等在電力電子書本里已經(jīng)有詳細介紹，在這里不在贅述 [7]。另外，為減小開通損耗，要求柵極驅動信號的前沿要陡。(6)驅動電路和控制電路之間應隔離。其中輸入隔離電路由高速光電耦合器組成,可隔離交流 2500V 的信號。實際工程中目前主要采用的PWM技術是正弦PWM(SPWM)，這是因為變頻器輸出的電壓或電流波