【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)源應(yīng)能提供足夠的功率及電壓、電流幅值，使 IGBT總處于飽和狀態(tài)，不因退出飽和而損壞。 （ 3） 、 合適的正向驅(qū)動(dòng)電壓 UCE：在有短路過程的設(shè)備中，建議選用 UCE=15V177。 10％。 （ 4） 、 合適的負(fù)偏 壓：在關(guān)斷過程中，為盡快抽取 PNP管的存儲(chǔ)電荷，縮短關(guān)斷時(shí)間，需施加負(fù)偏壓 UGE，同時(shí)還可防止關(guān)斷瞬間因 du/dt過高造成誤導(dǎo)通，并提高抗干擾能力。反偏壓 UGE一般取 2～ 10V。 （ 5） 、 合理的柵極電阻 RG：在開關(guān)損耗不太大的情況下，應(yīng)選用較大的 RG。參照表 2—1， RG 的范圍為 1～ 400Ω。 表 2— 1 IGBT柵極串接電阻 RG的參數(shù)值 IGBT 額定電壓值 /V 500V 15A 30A 50A 100A 150A 200A 300A 400A 1000V 5A 15A 25A 50A 75A 100A 150A 200A 300A 500A RG/Ω 150 82 50 25 15 12 5 2 （ 6） 、 IGBT多用于高壓場合，故驅(qū)動(dòng)電路與整個(gè)控制電路應(yīng)嚴(yán)格隔離。 （ 7） 、 利用門極控制特性，實(shí)現(xiàn)對 IGBT 的過電流、短路、柵極前電壓、管芯過熱等保護(hù)。 （四 ）、其它電路及器件 電流檢測電路 電流檢測電路如圖 2— 3所示。它主要由三個(gè)電流互感器組成，其目的是為 檢測主電路中流過的電流。當(dāng)主電路中電流增大時(shí)， 電流互感器的輸出電流也增大。輸出的電流再通過六個(gè)二極管 （ VD1～ VD6）進(jìn)行整流，得到一個(gè)直流電后再通過電容器進(jìn)行濾波讓得到的電流更平整。電位器 RP1的目的是為了在電流互感輸出電壓不變而需要調(diào)整該電路的輸出電流時(shí)，可以調(diào)整該電阻從而調(diào)整其輸出電流。該電路的輸出接電流調(diào)節(jié)器使電路行成一個(gè)閉環(huán)的回路，讓系統(tǒng)更加平穩(wěn)。 在本設(shè)計(jì)中，該電路的目的是為了檢測主電路中三相中流過電流的大小。使其檢測后的電路反饋到電流調(diào)節(jié)器中。使變頻器直流側(cè)的電壓更加穩(wěn)定。 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 圖 2— 3 電流檢測電路 三 、控制電路整流部分 （ 一 ）給定積分器 給定積分器是把階躍的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成 線性的斜坡信號(hào)，斜率大小可以根據(jù)生產(chǎn)工藝要求方便地進(jìn)行調(diào)整。由模擬電子 電路組成的給定積分器原理圖如圖 31所示，它包含三級運(yùn)算放大器。第一級是高放大倍數(shù)的倍數(shù)的極性鑒別器，其輸出電壓 U1只取于給定電壓 Uw*相反的極性不過 Uw*大小如何變化， U1都是飽和值。第二級是反向器，使其輸出電壓 U2的極性再倒一下，變成與 Uw*極性相同。第三極是積分器。經(jīng) RC積分使輸出電壓 Ugi成為斜坡信號(hào)，積分的變化率用電位器 RP來調(diào)節(jié)。最后，再由 Ugi引負(fù)反饋信號(hào)回到第一級，已決定積分的終止時(shí)刻。只要 Ugi的絕對值小于 Uw*，則第 一級輸出 U1始終飽和，負(fù)反饋對它沒有影響直到 |Ugi|=| Uw*|時(shí)， U U2很快下降到零，積分終止， Ugi保持恒值。 圖 32上標(biāo)出了給定電壓 Uw*為正時(shí)各級運(yùn)放的輸出極性。這時(shí)，突加 Uw*和突減 Uw*各處電壓的波形示于圖 32積分器的積分時(shí)間可從其虛地點(diǎn)的電流平衡方程式推導(dǎo)出來 CsURU /1 gi2m ?? TsmUR C smUU g i )/1( 22 ?? ???? 式中 T=RC—— 積分時(shí)間常數(shù)。調(diào)節(jié)和 T都能改變 Ugi的斜率，從而改變調(diào)速系統(tǒng)的加減速，一般系統(tǒng)要求積分時(shí)間在 550s之間可調(diào) 。 如果把第一級運(yùn)放改為同向端輸入，可以省去一個(gè)反相器，只要改變一下負(fù)反饋的接法就可以了。 給定積分器輸出 Ugi的波形實(shí)際上代表課調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)波形，因此給定積分器又稱軟啟動(dòng)器，它是人好轉(zhuǎn)速開環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可靠工作所不可缺少的控制部件。 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 U *w RoR balR 1R oR balR oR oRPRR balCU 1U 2p U 2U gi 31給定積分器電路圖 U W *0U 10U 20U gi0U 1 mU 2mU 2mU 1mtttt 圖 32給定積分器波形圖 （二）、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ ASR)的輸入信號(hào)為速度給定 Ug 與轉(zhuǎn)反饋電壓 UFN 的偏差，輸出 電壓 UI作為電流調(diào)節(jié)器（ ACR)的給定信號(hào)。通過轉(zhuǎn)速反饋使得系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無靜差。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓的變化而變化；對負(fù)載的變化起抗擾作用；同時(shí)系統(tǒng)在剛剛開始工作的一段時(shí)間內(nèi)，輸出電壓 UI達(dá)到限幅值，從而使系統(tǒng)在最大啟動(dòng)電流的情況下啟動(dòng)。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ ASR)的功能是對給定反饋兩個(gè)量進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分等運(yùn)算。如圖 3— 3所示，運(yùn)算放大器 LM741的反饋電路中接了電阻 R及電容 C，構(gòu)成了比例積分電路（ C 可外接電容，電容的大小可根據(jù)需要選擇），動(dòng)態(tài)比例放大倍數(shù)由 RP3 調(diào)節(jié)，而 RP4可對 各參數(shù)的阻容比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，不用時(shí)，將 RP4停在最大電阻處，在電動(dòng)機(jī)空載電流小且主回路不串接電感時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)，可適當(dāng)調(diào)節(jié) RP4，提高電容比例， RP1和 RP2為正負(fù)限幅調(diào)節(jié)，限制輸出的電壓，因此也可以限制一下環(huán)節(jié)的輸入電壓的最大值。在應(yīng)用有靜差調(diào)速環(huán)節(jié)時(shí)，將 C3短接，使得該調(diào)節(jié)器變成比例調(diào)節(jié)器。 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 圖 3— 3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 （三）、電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器（ ACR)的給定信號(hào)是速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào) UI 反饋信號(hào)來自于交流電流互感器的輸出，它從系統(tǒng)整流和逆變之后，取 出部分信號(hào)作為電流反饋信號(hào) Ufi。速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào) UI與電流反饋信號(hào) Ufi的偏差通過 PI 運(yùn)算后的輸出信號(hào) UCT 作為觸發(fā)器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)逆變器的控制角。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化及電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的電流變化得到有效的抑制；在起動(dòng)時(shí)保證電動(dòng)機(jī)獲得最大的啟動(dòng)電流；在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的過程中，使電流跟隨其給定電壓的變化 ；當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載或堵轉(zhuǎn)時(shí)限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)作用。同時(shí)，當(dāng)故障消失時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。如圖 3— 4 圖 3— 4 電流調(diào)節(jié)器 （四）、零速封鎖 零速封鎖器的作用是保證電動(dòng)機(jī)在停車狀 態(tài)下不會(huì)爬行，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定電壓 Ug和速度反饋電壓 UFN 同時(shí)為零時(shí)，封鎖各調(diào)節(jié)器，零速封鎖器首先將模擬電壓通過 LM324轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，其繼電特性可使電平信號(hào)相對穩(wěn)定，提高抗干擾能力。門電路及延時(shí)電路、驅(qū)動(dòng)電路天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 在零速封鎖器輸入為零時(shí)封鎖；再零速封鎖器輸出為 15V時(shí)可以開始工作，圖 3— 5所示為零速封鎖器（ DZS）電路圖。 圖 3— 5 零速封鎖器 （五）、六路脈沖 觸發(fā)電路 晶閘管最重要的特征是可控的正向?qū)ㄌ匦?，晶閘管由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換為了導(dǎo)通狀態(tài)應(yīng)具備兩個(gè)基本的條件。第一就是在電路中晶閘管應(yīng)承受正向的陽 極電壓，即其陽極電位要高于陰極電位；第二是在門極與陰極間加一個(gè)具有一定功率的正向觸發(fā)電壓，這一觸發(fā)信號(hào)是由觸發(fā)電路提供的，根據(jù)具體情況這個(gè)觸發(fā)信號(hào)可以是交流信號(hào)、直流信號(hào)、還可以是脈沖信號(hào)。由于晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通以后，門極的觸發(fā)信號(hào)即失去控制作用，為了減少門極的損耗及觸發(fā)功率，故一般不用交流或直流觸發(fā)信號(hào)，常用脈沖形成的觸發(fā)信號(hào)。 根據(jù)觸發(fā)電路控制晶閘管的通斷方式可分為移相觸發(fā)和過零觸發(fā)兩類。移相觸發(fā)就是改變晶閘管在每個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)刻也就是改變控制角α的大小，從而控制輸出電壓、功率的大小；而過零觸發(fā)是在設(shè)定 的時(shí)間間隔內(nèi)，改變晶閘管導(dǎo)通的周波數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對輸出電壓、功率的控制。而應(yīng)用最為廣泛的是移相觸發(fā)。 圖 3— 6 六路 脈沖 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 觸發(fā)電路的特點(diǎn) 本觸發(fā)采用六路雙窄脈沖 KC04集成觸發(fā)組件在設(shè)備中具有 a．同步濾波網(wǎng)絡(luò)不受電源中波形畸變和換流缺口的干擾。 b．適應(yīng)較寬的同步電壓范圍，并只需三相同步電壓。 c．各相脈沖不均衡度很小。 d．能很方便地與調(diào)節(jié)系統(tǒng)匹配，并只需調(diào)節(jié)信號(hào)的上下限就可以調(diào)節(jié)整流和逆變角。 e．輸出是脈沖列式的雙脈沖，對不同寬度的脈沖可以使用統(tǒng)一的脈沖變壓器。 f．有一個(gè)脈沖輸出端，用以控制脈沖輸出和正反組可逆系統(tǒng)中作邏輯切換控制。 g．由于采用專用電路 KC0 KC41控制板體積小、調(diào)整維修方便。 KC04觸發(fā)電路的工作原理 對于拖動(dòng) ，常采用 KC04集成芯片就能滿足觸發(fā)要求；根據(jù)具體情況觸發(fā)信號(hào)可以是交流信號(hào)，直流信號(hào)也可以是脈沖信號(hào)，由于晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通以后，門極的觸發(fā)信號(hào)即失去控制作用。為了減少門極的損耗及觸發(fā)功率，故在該設(shè)備中采用脈沖形式的觸發(fā)信號(hào)，使用移相觸發(fā)通過改變晶閘管在每個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)刻，也就是 改變控制角α的大小，從而控制輸出電壓功率的大小。同時(shí)為了使觸發(fā)電路具備性能可靠、功耗低、體積小、調(diào)試方便等，故在設(shè)備中選用 KC41C 集成化六路脈沖觸發(fā)組件，其原理圖如圖 3— 6 所示。 該觸發(fā)組件將控制電壓的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)控制角的觸發(fā)脈沖，使電路可靠工作。每一相輸出脈沖可靠地驅(qū)動(dòng)一只大功率晶閘管，有一個(gè)脈沖輸出控制端，用以控制端，用以控制脈沖的輸出和在系統(tǒng)中作正反組邏輯切換控制用。組件輸出脈沖列式為雙脈沖。 KC41C 是六路脈沖形成集成電路。 KC41C 的輸入信號(hào)通常是 KC04 的輸出，把三相三塊KC04移相觸發(fā)器 的 1腳與 15 腳產(chǎn)生的 6個(gè)脈沖分別接到 KC41C集成的 1～ 6腳 ,經(jīng)內(nèi)部集成二極管完成 或 功能 ,形成雙窄脈沖 ,再由內(nèi)部 6個(gè)集成三極管放大 ,從 10～ 15腳輸出 ,還可以在外部設(shè)置 V1～ V6 晶體管作功率放大 ,可得到 800mA 的觸發(fā)大電流的晶體管用 .KC41C 不僅具有雙窄脈沖形成功能 ,而且還具有電子開關(guān)控制封鎖功能 ,當(dāng) 7 腳接地或處于低電位時(shí) ,內(nèi)部集成開關(guān)管 V7截止 ,各路正常輸出脈沖 。當(dāng) 7腳接高電位或懸空時(shí) , V7飽和導(dǎo)通 ,各路無脈沖輸出 . 四 、 控制電路 逆變部分 本設(shè)計(jì)采用 SPWM技術(shù)，但是采用了可控整流。其 目的是為變頻器輸出的電壓更加穩(wěn)定，同時(shí)為使調(diào)速范圍更加大。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要集中在逆變部分。逆變部分的框圖如圖 4— 1所示。 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 三角波發(fā)生器電壓頻率 轉(zhuǎn)換正弦波發(fā)生器比較器阻容延遲 電路 圖 4— 1 逆變部分 圖中，電壓、頻率轉(zhuǎn)換電路的輸入接絕對值運(yùn)算器的輸出，而延時(shí)電路的輸出接驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)置電壓、頻率轉(zhuǎn)換電路的目的是為了獲得符合圖中 U1— F1輸出特性，即在基頻以下，產(chǎn)生一個(gè)與頻率 F1 成正比的電壓，作為正弦波幅值的給定信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)恒壓頻比的控制；在基頻以上，則實(shí)現(xiàn)恒壓弱磁升速控制 SPWM 的生成主要是有三角波與正弦 波進(jìn)行比較后生成。改變給定信號(hào)即可改變正弦波發(fā)生器的頻率給定信號(hào)，并同樣按照變頻調(diào)速的控制要求相應(yīng)地改變正弦波發(fā)生器的幅值給定信號(hào)。通過正弦波發(fā)生器產(chǎn)生所需頻率和幅值的正弦信號(hào)波。再與三角波發(fā)生器所產(chǎn)生的三角波進(jìn)行比較后，生成體現(xiàn)給定頻率和給定幅值的SPWM 波。設(shè)置延時(shí)電路的目的是為了防止逆變器橋臂上的兩個(gè)全控器件在換流時(shí)，一個(gè)還沒完全關(guān)斷（管子關(guān)斷是有一個(gè)關(guān)斷時(shí)間的）。而另一個(gè)卻又被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，形成同時(shí)導(dǎo)通，造成短路，就是要使導(dǎo)通的器件稍作延時(shí)（待關(guān)斷的器件完全關(guān)斷后）再被驅(qū)動(dòng)。 U0fUU111N1N 1mmNmf恒 磁 恒 壓 頻 比 調(diào) 速 恒 壓 弱 磁 升 速 調(diào) 速 圖 4— 2 電壓 頻率輸出特性 （一） 、 絕對值運(yùn)算器 絕對值運(yùn)算器電路如圖 4— 3 所示，它能去掉給定積分器輸來信號(hào)符號(hào)，只反映輸入信號(hào)的絕對值。電路將輸入信號(hào)分為兩路：如輸入為正，則經(jīng)二極管 VD1直接輸出；如輸入為負(fù)，則 VD1截止，信號(hào)送至集成運(yùn)放反號(hào)器再經(jīng) VD2輸出，這樣輸出信號(hào)就只取了輸入的絕對值。 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 4— 3 絕對值運(yùn)算器 （二） 、 電壓 頻率轉(zhuǎn)換電路 電壓 — 頻率轉(zhuǎn)換器的種類很多，有單結(jié)晶體管壓控振蕩器、時(shí)基電路 555 構(gòu)成的壓 控整黨器，還有各種專用集成壓控振蕩器構(gòu)成的電路。圖 4— 4 即為一種專用 U/F 轉(zhuǎn)換集成塊LM331所構(gòu)成的電壓 — 頻率轉(zhuǎn)換器電器。 如 LM331的輸入 7端電壓較高，則其輸出 3端的振蕩信號(hào)頻率就較快；如輸入 7端的電壓降低，則輸出 3端的振蕩信號(hào)頻率就變慢。給定信號(hào)可以通過著個(gè)環(huán)節(jié)控制逆變器的交流電輸出頻率。 LM331的電壓 — 頻率轉(zhuǎn)換比值可以通過調(diào)節(jié) 2端的外接電位器進(jìn)行調(diào)整。 圖 4— 4 電壓 頻率轉(zhuǎn)換電路 （三） 、 SPWM生成電路 正弦波發(fā)生器