【文章內(nèi)容簡介】 抗器和電容器吸收脈動電壓（電流）。裝置認(rèn)領(lǐng)較小時，如果電源輸出阻抗和整流器容量足夠時，可以省去直流電抗器而采用簡單的阻容濾波回路。三、逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是在所確定的時間里有規(guī)則地使六個功率開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，從而將直流功率變換為所需電壓和頻率的交流輸出功率。四、制動單元 異步電動機(jī)在再生制動區(qū)域（第二象限）運(yùn)行時，再說能量首先儲存在儲能電力電容器中，使直流電壓升高。一般來說，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動機(jī)）慣量所積蓄的能量比電容器能儲存的能量大，中、大功率系統(tǒng)需要快速制動時，必須用可逆變流器把再說能量反饋到電網(wǎng)側(cè)，這樣節(jié)能效果更好，或設(shè)置制動單元（開關(guān)管理和電阻），把多余的再說功率消耗掉，以免支流回路電壓的上升超過極限值。五、異步電動機(jī)的四象限運(yùn)行 異步電動機(jī)根據(jù)負(fù)載種類的不同，其旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)矩方向是不同的，必須根據(jù)負(fù)載種類構(gòu)成適當(dāng)?shù)闹骰芈贰?控制回路一、控制回路的構(gòu)成運(yùn)算回路 將外部的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測回路的電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定變頻器的輸出電壓、頻率等。電壓/電流檢測回路 檢測主回路電壓、電流等， 檢測方式 項(xiàng)目方式特點(diǎn)電流檢測電流互感器只能檢測交流分流器交直流兩用，需要隔離放大器霍爾傳感器交直流兩用，有溫度漂移電壓檢測電壓互感器只能檢測交流電阻分壓交直流兩用，需要隔離放大器驅(qū)動回路 為驅(qū)動主回路功率開關(guān)器件的回路。它與控制回路隔離，使主回路功率器件導(dǎo)通關(guān)斷。速度檢測回路 在異步電動機(jī)軸上裝上轉(zhuǎn)速檢測器（TG、PG等）檢測轉(zhuǎn)速信號并送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)回路 檢測主回路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，停止變頻器工作或抑制電壓、電流值，以防止變頻器和異步電動機(jī)損壞。二、模擬控制與數(shù)字控制 由于LSI技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字控制的應(yīng)用增加了。使用常規(guī)LSI或微機(jī)控制，具有可靠、高性能、多功能等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字控制在調(diào)整、穩(wěn)定性、精度等方面均優(yōu)于模擬控制。 保護(hù)回路變頻起控制回路中的保護(hù)回路，可分為變頻器保護(hù)和異步電動機(jī)保護(hù)兩種。一、變頻器保護(hù)瞬時過電流保護(hù) 由于變頻器負(fù)載側(cè)短路等，流過變頻器元器件的電流達(dá)到異常值（超過允許值）時，立即停止變頻器工作，切斷電流。變頻器的輸出電流達(dá)到異常值時，也同樣停止變頻器運(yùn)行。過載保護(hù) 變頻器輸出電流超過額定值，且連續(xù)流通超過規(guī)定時間，為了防止變頻器內(nèi)元件、電線等損壞，必須停止運(yùn)行。通常采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子回路），這種保護(hù)具有反時限特性。過負(fù)載是由于負(fù)載的飛輪力矩GD2過大或因負(fù)載超過變頻器容量而產(chǎn)生。再說過電壓保護(hù) 采用變頻器使電動機(jī)快速減速時，由于再生功率引起直流電路電壓聲高，有時超過允許值?？梢圆扇p緩電動機(jī)減速率或停止變頻器運(yùn)行的辦法，防止產(chǎn)生過電壓。瞬時停電保護(hù) 對于毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制回路仍工作正常。但瞬時停電如果達(dá)數(shù)十毫秒以上時，通常不僅控制回路誤動作，主回路也不能供電，此時應(yīng)在檢測停電后使停止運(yùn)行。對地過電流保護(hù) 由于意外原因造成變頻器負(fù)載側(cè)接地時，為了保護(hù)變頻器，要有對地電流保護(hù)功能。為了確保人身安全，還需要裝設(shè)漏電繼電器。冷卻風(fēng)機(jī)異常 有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，當(dāng)風(fēng)機(jī)異常時排風(fēng)受阻，裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或在元件散熱器上裝傳感器監(jiān)視溫度，發(fā)現(xiàn)異常后停止變頻器運(yùn)行。在溫度上升很小對運(yùn)行無妨礙的場合，可以省略。二、異步電動機(jī)的保護(hù)過載保護(hù) 過載檢測裝置與變頻器保護(hù)共用，特別是低速運(yùn)行時，通過異步電動機(jī)內(nèi)埋入溫度檢測器，或者利用裝在變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢測過熱。啟停動作頻繁時，應(yīng)考慮減輕電機(jī)負(fù)載或增加電機(jī)及變頻器容量等。超頻（超速）保護(hù) 變頻器的輸出頻率或者異步電動機(jī)的速度超過規(guī)定值時，停止變頻器的運(yùn)行。三、其他保護(hù)過電流失速保護(hù) 急加速時，如果異步電動機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)回路將動作。若使變頻器輸出頻率暫時保持不變或使之下降，短時間里以抑制電流的增大。當(dāng)異步電動機(jī)加速后，負(fù)載電流開始減小，變頻器的輸出頻率又升高，使電機(jī)繼續(xù)加速，從而避免發(fā)生過流保護(hù)，造成停機(jī)，稱此為過流失速保護(hù)。對于恒速運(yùn)行中的過電流，有時也要進(jìn)行同樣的控制。再說過電壓失速保護(hù) 減速時產(chǎn)生的再生能量會使主回路直流電壓上升，為了防止再生過電壓，保護(hù)回路動作。在支流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止因過電壓起保護(hù)而停機(jī)，稱洗為再生過電壓失速保護(hù)。第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 主回路主電路主要由整流電路、濾波電路及逆變電路組成。為簡化控制電路，減少諧波，整流電路采用三相不可控全橋整流。系統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)頻均由逆變電路承擔(dān)，逆變電路開關(guān)器件全部采用GTO。由于異步電機(jī)為感性負(fù)載，且在PWM方式下，GTO頻繁通斷，必將產(chǎn)生較大的瞬時過電壓，因而在GTO上并聯(lián)由Rs、Ds和Cs構(gòu)成的緩沖電路是必不可少的，它不僅起保護(hù)作用，而且還起到換流和提高GTO陽極關(guān)斷電流的使用，因此它的參數(shù)設(shè)計(jì)，元件選擇乃至線路布置都具有重要作用。圖中L0為抑制di/dt電感。主電路中R1C1組成的星形網(wǎng)絡(luò)接在交流輸入端，目的是吸收過電壓、濾去高次諧波；R2C2為抑制直流側(cè)過電壓的阻容保護(hù)電路；Ld、Cd為直流側(cè)的濾波環(huán)節(jié)；同理C3組成的星形網(wǎng)絡(luò)接在輸出端，使輸出到電動機(jī)的電壓和電流接近正弦波。 主控回路 單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)由MCS—98單片機(jī)最小系統(tǒng)加上外圍擴(kuò)展電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)的程序存貯器ROM采用2764。為了使預(yù)置參數(shù)關(guān)機(jī)不丟失，外圍擴(kuò)展了一片E2PROM 2864A，顯示及鍵盤電路與單片機(jī)的接口則采用專用接口芯片8279；另外還擴(kuò)展了一片可編程定時/計(jì)數(shù)器芯片8253，以提供PWM模塊HEF4752V所需要的四個時鐘信號。隨機(jī)數(shù)據(jù)存貯器則采用8098片內(nèi)RAM?！　”狙b置的單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的測控中心，通過鍵盤設(shè)置或修改系統(tǒng)運(yùn)行及保護(hù)的參數(shù)，啟動前，單片機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行啟動前檢測，在保證電路電壓、電流正常且無電流沖擊的情況下才允許啟動，正常運(yùn)行時單片機(jī)在控制HEF4752V產(chǎn)生PWM信號的同時，還要完成對轉(zhuǎn)速的檢測，進(jìn)行數(shù)字PI調(diào)節(jié)的運(yùn)算及處理，監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行，若出現(xiàn)故障則進(jìn)行保護(hù)處理，并根據(jù)檢測結(jié)果顯示相應(yīng)的故障狀態(tài)。 控制核心8098單片機(jī)最小系統(tǒng)8098單片機(jī)是美國INTEL公司1988年推出的準(zhǔn)16位單片機(jī)。它的內(nèi)部是16位的，對外是8位數(shù)據(jù)接口，8098具有以下優(yōu)點(diǎn)：16位CPU，加之232個片寄存器均可充當(dāng)累加器，運(yùn)算速度有明顯地提高。4路10位A/D轉(zhuǎn)換?？啥〞r輸入、輸出的高速輸入、輸出口。8級中斷，20個中斷源。一個16位的程序監(jiān)視寄存器，為排除故障提供了理想手段。鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)加上8098只有8位機(jī)的價格，選用它組成不太復(fù)雜的微機(jī)控制系統(tǒng)是比較理想的。8098組成的最小系統(tǒng)中，其中74LS373是地址鎖存器，輸出為低8位地址；2764為8k的EPROM，作為程序存儲器；6264為8k的RAM，作為數(shù)據(jù)存儲器。 8098控制系統(tǒng) 8253可編程定時/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)中的8253芯片8253是可編程序間隔定時器/計(jì)數(shù)器，8254是8253的改進(jìn)型。主要特點(diǎn)是：有3個獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器；每個計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或者二十進(jìn)制計(jì)數(shù)；每個計(jì)數(shù)器輸入頻率最高可達(dá)2MHz；每個計(jì)數(shù)器都可以由程序確定按照6種不同的方式工作；所有的輸入輸出都與TTL兼容。8253的工作方式：方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷 方式1：可編程頻率發(fā)生器方式2：頻率發(fā)生器 方式3：方波頻率發(fā)生器方式4：軟件觸發(fā)的選通信號 方式5：硬件觸發(fā)的選通信號 8253芯片 鍵盤顯示電路8279是INTEL公司生產(chǎn)的通用可編程鍵盤和顯示器I/O接口芯片。利用8279，可實(shí)現(xiàn)對鍵盤/顯示妻的自動掃描，并識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，不僅可以節(jié)省CPU對鍵盤/顯示器的造作時間，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且顯示穩(wěn)定，程序簡單，不會出現(xiàn)誤操作動作。由于這些優(yōu)點(diǎn)，8279芯片日益被設(shè)計(jì)者所認(rèn)可和采用。本系統(tǒng)采用了16個按鍵的配置，即10個數(shù)字鍵和6個功能鍵。數(shù)字鍵為0～9，功能鍵為R/S—啟動/停止，PID—PID參數(shù)設(shè)置鍵，SPEED—惦記轉(zhuǎn)速設(shè)置鍵，ENTER—設(shè)置確認(rèn)鍵，P/N—正反轉(zhuǎn)控制鍵，RESET—系統(tǒng)復(fù)位鍵。SL0～SL2接譯碼器74LS138的輸入端，譯碼器的輸出Y0、Y1作為鍵盤行掃描線，查詢線則由反饋輸入線RL0～RL7提供。為了能夠精確的顯示PID參數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等系統(tǒng)參數(shù)，以及能夠詳盡地描述系統(tǒng)啟動，制動等運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)采用8位8段共陰極LED顯示器。LED的位選線由掃描線SL0～SL2經(jīng)3～8譯碼器、驅(qū)動器提供；段選線OUTB0～OUTB3，OUTA0～OUTA3通過驅(qū)動器提供。8279的中斷請求信號IQR經(jīng)過反向器與8098的INT1相連。ALE作為8279的時鐘信號直接連到其CLK端，由8279設(shè)置適當(dāng)?shù)姆诸l數(shù)，分頻至100kHZ。P0口作為數(shù)據(jù)線，用于向8279寫入顯示字、控制字以及讀回按下鍵的鍵值。WR、RD是讀/寫控制線，CS作為8279的片選信號。 鍵盤顯示電路 PWM信號的產(chǎn)生HEF 4752V是英國Mullard公司生產(chǎn)的用來產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制(PWM)控制信號的全數(shù)字化集成電路。HEF4752V是全數(shù)字化的三相SPWM波生成集成電路。這種芯片既可用于有強(qiáng)迫換流電路的三相晶閘管變頻器，也可以用語全控型開關(guān)器件構(gòu)成的變頻器。它的驅(qū)動輸出經(jīng)隔離放大后，可驅(qū)動GTO和GTR逆變器，在交流變頻調(diào)速中作控制器件。 HEF4752芯片主要特點(diǎn)如下：能產(chǎn)生三對相位差120176。的互補(bǔ)SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器； 采用多載波比自動切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級地自動增加載波比，從而抑制低頻輸出時因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調(diào)制頻率可調(diào)范圍為0～100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)；為防止逆變器上下橋臂直通，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔，間隔時間連續(xù)可調(diào)。HEF4752V為28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝DIP芯片，它有7個控制輸入，4個時鐘輸入，12個驅(qū)動信號輸出，3個控制輸出。 HEF4752V管腳功能描述引 腳名 稱功 能1OBC1B相換流開關(guān)信號12OBM2B相主開關(guān)信號23OBM1B相主開關(guān)信號14RCT最高開關(guān)頻率基準(zhǔn)時鐘5CW電機(jī)換相控制信號6OCT推遲輸出時鐘7K選擇互鎖推遲間隔8ORM1R相主開關(guān)信號19ORM2R相主開關(guān)信號210ORC1R相換流開關(guān)信號111ORC2R相換流開關(guān)信號212FCT頻率時鐘13A復(fù)位輸入控制14VSS接地端15B測試電路用信號16C測試電路用信號17VCT電壓時鐘18CSP電流采樣脈沖19OYC2Y相換流開關(guān)信號220OYC1Y相換流開關(guān)信號121OYM2Y相主開關(guān)信號222OYM1Y相主開關(guān)信號123RSYNR相同步信號24L停止/啟動系統(tǒng)25I選擇晶體管/晶閘管模式26VAV平均電壓27OBC2B相換流開關(guān)信號228VDD工作電壓(10V)輸入引腳功能輸入引腳I用來決定逆變器驅(qū)動輸出模式的選擇，當(dāng)引腳I為低電平時，驅(qū)動模式是晶體管，當(dāng)引腳I為高電平時，驅(qū)動模式是晶閘管。輸入控制信號引腳K和時鐘輸入引腳OCT共同決定逆變器每對輸出信號的互鎖推遲間隔時間。為防止逆變器同一橋臂的兩只管子同時導(dǎo)通，互鎖推遲間隔的長短和晶閘管模式下觸發(fā)脈沖串的頻率和寬度。k互鎖推遲間隔/ms觸發(fā)脈沖頻率/kHz觸發(fā)脈沖寬度/ms08/fOCTfOCT/82/fOCT116/fOCTfOCT/164/fOCT根據(jù)主電路的要求，選取互鎖推遲間隔為td=10μs，這里把K置為低電平，則連鎖延遲周期td=8/fOCT，=8/fOCT故fOCT=800kHz （31）相序輸入引腳CW用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，當(dāng)引腳CW為低電平時，相序?yàn)镽，B，Y；當(dāng)引腳CW為高電平時，相序?yàn)镽，Y，B。輸入引腳L用來控制模塊的起動/停止。當(dāng)GTO模塊出現(xiàn)過流、欠壓、短路或過熱等故障時，故障信號變?yōu)榈碗娖?。從而使L變?yōu)榈碗?平，封鎖HEF4752所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動輸出，起到保護(hù)開關(guān)管的作用。在無故障的情況下，L為高電平，解除封鎖。 控制輸入引腳A，B，C僅供制造過程中試驗(yàn)用，工作時必須接到引腳VSS(低電平)。但引腳A還有另外一個用處，即剛通電時，引腳A置高電平初始化整個IC片，被用做復(fù)位信號。時鐘輸入引腳FCT和VCT用來協(xié)調(diào)控制逆變器的輸出頻率與電壓。引腳FCT控制著逆變器的輸出頻率fout，從而控制了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在該系統(tǒng)中引腳FCT的時鐘頻率為fFCT=3360fout=336055=184kHz （32）100％調(diào)制時的輸出頻率的最大值fout(M)為fout(M)=fle()/Ule=66(530)/380=58Hz1