【正文】 死區(qū)計(jì)數(shù)器采用飽和計(jì)數(shù)器，規(guī)則為： （ 1） 當(dāng)輸入為 0 時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值置 0； （ 2） 當(dāng)輸入為 1 時(shí)，如果計(jì)數(shù)值等于 max，則計(jì)數(shù)值保持不變，否則作加 1計(jì)數(shù)； （ 3） 當(dāng)上橋臂 P1a 輸入為 1 且死區(qū)計(jì)數(shù)器數(shù)值為 max 時(shí)，則 a1=1，上橋臂導(dǎo)通； （ 4） 當(dāng)下橋臂 P2a 輸入為 1 且死區(qū)計(jì)數(shù)器數(shù)值為 max 時(shí)，則 a2=1，下橋臂導(dǎo)通。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 rst :in std_logic。 use ieee .。 需要注意的是比較器的電路有三個(gè)輸出端口。 end if。 end process。 elsif (clk`event and clk=`1`) then if en=`1` then q_temp=din。 end pwm_1。 entity counter is port (clk, dir, res :in std_logic。以下是它的實(shí)體 VHDL 語(yǔ)言描述。 1）準(zhǔn)計(jì)數(shù)器模塊： 基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器由加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成，加計(jì)數(shù)器和減計(jì)數(shù)器交替執(zhí)行，在此模 塊中， clk 為基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)， dir 為時(shí)鐘計(jì)數(shù)方向指示信號(hào)（為 0 時(shí)加法計(jì)數(shù)器， 1 時(shí)減法計(jì)數(shù)器）， res 為計(jì)數(shù)清零信號(hào)。圖中標(biāo)注的數(shù)字為器件的引腳號(hào)。它是在運(yùn)算放大器的反饋回路中串入一個(gè)電阻和一個(gè)電容構(gòu)成的，其綜合了比例控制響應(yīng)快和積分控制能消除誤差的優(yōu)點(diǎn)。 圖 15 調(diào)制頻率為 50HZ 時(shí)的三相六路波形 圖 16 是三相死區(qū)時(shí)間。令 A相上橋信號(hào)為 WG， 下橋信號(hào)為 IWG，以此類推。 Altera 公司的這種軟件十分方便的提供逼真的驗(yàn)證方式。然后，再反過來(lái)把這一路數(shù)據(jù)拆分為三路數(shù)據(jù)，就可以送到 PWM 波形發(fā)生器產(chǎn)生三相六路波形。在此處， D點(diǎn)傳送過來(lái)的三相數(shù)據(jù)為 18 、 30 175，這是經(jīng)過查正弦表，以及查 V/F 曲線，并進(jìn)行調(diào)幅運(yùn)算后得到的某一個(gè)瞬時(shí)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過這種方式實(shí)現(xiàn)了 分離，再加后級(jí)鎖存，并鎖存送到 PWM 發(fā)生器。該時(shí)鐘使圖 21 中的“ count0_2” 以 3 為模記數(shù)，記數(shù)值送三選一數(shù)據(jù)選擇器，如圖 12 所示。 圖 10 中 D 點(diǎn)為待分離的三相正弦數(shù)據(jù)經(jīng)幅度調(diào)制后的瞬時(shí)值，由 BOXl 計(jì)算產(chǎn)生。大大的減少了邏輯門數(shù)目，僅增加分時(shí)信號(hào)和信號(hào)分離電路。由于控制芯片需要輸出三相六路 SPWM 脈沖信號(hào)，查 三角函數(shù)表法取得所需三角函數(shù)值的電路結(jié)構(gòu)有兩種，一是建立三個(gè)相位互差 120176。=D Tdead /2Fclk （ 3）、調(diào)速的實(shí)現(xiàn) 通過改變步長(zhǎng) step,查詢正弦表格的步長(zhǎng)改變，即可改變調(diào)制頻率Fm 。 360176。令γ為調(diào)制深度，γ的最大值是 8 位數(shù)據(jù) 255 由ROM 送至芯片。令 step為步長(zhǎng)，令 circle 為累積步長(zhǎng)，令 m為步數(shù)， circle=m step。芯片采用 24kHZ 的載波頻率。 它的特點(diǎn)有：載波頻率為 24KHZ（超音頻），三相六路波形，用 VVVF 策略控制；調(diào)制基波頻率范圍在 0－ 20KHZ；調(diào)制方式為中心調(diào)制；死區(qū)時(shí)間、 V／ F 曲線等參數(shù)可由用戶設(shè)定置于片內(nèi) ROM。主要包括過壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路、復(fù)位電路、三相六路 PWM 波形發(fā)生器電路和芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器等。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 第四章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 控制電路和保護(hù)電路是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，主要包括逆變器的控制電路設(shè)計(jì)（主要是 SPWM 的產(chǎn)生控制和 IGBT 驅(qū)動(dòng)控制），系統(tǒng)過壓、過流、以及泵升電壓的保護(hù)等。 NI —— 電機(jī)額定電流 所以， ? ? ? ? NmC III ~~ ?? m? =? ? ~ ??? 考慮安全裕量，實(shí)取 200A。 逆變器功率器件 IGBT 選擇 IGBT 是場(chǎng)控大功率器件，具有自關(guān)斷能力，開關(guān)速度高，所以，使用 IGBT可使逆變器結(jié)構(gòu)小巧。 2) 額定狀態(tài)下，直流側(cè)的功率 DNP ，不計(jì)逆變器的損耗和電機(jī)的諧波損耗，有 DNP KWPNN %88 1011 3 ???? ? (3― 14) 3) 直流電流平均值 dNI AUPI DDNdN 5 3 ???? (3― 15) 4) 整流器交流側(cè)輸入的電流有效值 2I 可近似為 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 ?I AIdN 1 ??? (3― 16) 5) 熔斷器的額定電流 2FFI 為 2FFI ? ? ? ? AI dN ~~~ ???? (3― 17) 所以，實(shí)選熔斷器熔體額定電流為 A25 。 開啟電源限流電路的參數(shù)選擇 圖 3 中 sR 為變頻電路啟動(dòng)時(shí)的限流電阻 ,由于變頻電路通電瞬間 ,濾波電容相當(dāng)于短路 ,因而 ,沖擊電流很大 ,故需加電阻 sR 來(lái)限流 ,實(shí)際上當(dāng)電容充電時(shí) , sR和 1C 、 2C 構(gòu)成的回路是一個(gè)典型的一階慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù) RCT? ；故在零初始狀態(tài)下，電容上電壓的相應(yīng)方程式為 ? ?TtDCC eUU ??? 1 (3― 10) 當(dāng) t=4T 時(shí)， DCC UU %? ，故可選取充電時(shí)間為 tc =4T= RC4 。 3)二極管電流定額 AIII mDDN ??? (3― 6) 4)二極管 的電壓定額 ? ?3~2?DU ? ? lm UU 223~2? =? ? 7438 023~2 ??? (3― 7) 根據(jù)電網(wǎng)電壓，考慮到其峰值、波動(dòng)、閃電、雷擊等因素，實(shí)取 VUD 1200? 。由于 C 上的電壓較高，如不放完，對(duì)人身安全將構(gòu)成威脅。歸根結(jié)底，是通過消耗能量而 獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的，屬于能耗制動(dòng)狀態(tài)。其功能為 1)為電動(dòng)機(jī)繞組的無(wú)功電流返回直流回路時(shí)提供通路； 2)頻率下降，從而同步頻率下降時(shí)，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通路。在圖 4 中，有開關(guān)器件 1V ~ 6V 構(gòu)成的電路。觸發(fā)可控硅 VT 的電路可設(shè)計(jì)如圖 5 所示。 1) 限流電阻 sR 變頻電路在接入電源之前，由于儲(chǔ)能電容較大，濾波電容上電壓 dU =0，故接入電源瞬間勢(shì)必產(chǎn)生很大的沖擊電流經(jīng)整流橋流向?yàn)V波電容，此時(shí) dtdi 很大，可能使整流橋受到損壞；也可能使電源 瞬間電壓下降，形成干擾。中間直流電路除起濾波作用外，還必須在整流器與逆變器之間起耦合作用，以消除相互干擾，這就要求給作為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無(wú)功功率。如圖 4 所示。 1. 整流電路 整流 電路因變頻電路輸入功率大小不同而異。主電路中大功率開關(guān)元件選擇 IGBT 模塊（ IGBT 即絕緣門極雙極晶體管），它集 VMOS 管和大功率達(dá)林頓晶體管特性優(yōu)點(diǎn)于一身，而無(wú)兩者的缺點(diǎn)，具有高電壓、大電流、低導(dǎo)通電阻、高速、高可靠、低開關(guān)損耗、低脈沖拖尾電流、對(duì)溫度不敏感等特性。所以，基于這種思想，本論文所做的工作包括以下幾個(gè)方面： （ 1）對(duì)交流電機(jī)的工作原理、運(yùn)行特性以及變頻調(diào)速原理進(jìn)行了解； （ 2）通過調(diào)研查找與本課題有關(guān)的資料，并進(jìn)行認(rèn)真的分析、消化； （ 3）在消化吸收的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課題的特點(diǎn)，進(jìn)行方案論證并確定設(shè)計(jì)方案； （ 4）根據(jù)確定的方案，進(jìn)行主電路、控制電路（包括保護(hù)電路、觸發(fā)電路、反饋電路等）、繼電器、接觸器等電氣控制線路以及輔助直流電源的設(shè)計(jì)； （ 5）在設(shè)計(jì)當(dāng)中，學(xué)習(xí)可編程邏輯器件（ CPLD）及其相應(yīng)的軟件知識(shí)，為設(shè)計(jì)觸發(fā)電路做準(zhǔn)備；并學(xué)習(xí)常用畫圖軟件工具以及完成有關(guān)上交材料； （ 6）整體電路優(yōu)化和調(diào)試； （ 7）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和電氣原理圖。 本設(shè)計(jì)力求在電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的情況下，從經(jīng)濟(jì)、節(jié)能角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種基于 CPLD 的 SPWM 主控制電路，整個(gè)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，利用復(fù)雜可編程邏輯器件（ CPLD）來(lái)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制電路的設(shè)計(jì)，通過模擬、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和調(diào)節(jié)算法，并把調(diào)節(jié)輸出信號(hào)作為 CPLD 的輸入控制信號(hào)對(duì) PWM 波進(jìn)行調(diào)制。如 Altera 公司的可編程芯片 FLEX 10K,內(nèi)部具有嵌入式陣列塊 EAB ,可以方便的配置為乘法器以及微控制器 ,其邏輯陣列塊 LAB 可以獲得所需要的邏輯控制信號(hào)。如MCS51 系列 ,中斷響應(yīng)為 3～ 8個(gè)機(jī)器周期 ,用 6MHz的晶振 ,機(jī)器周期為 2μ s,逆變器工作頻率為 20 kHz,工作周期 50μ s ,則誤差范圍為 12 %～ 32 %。 目前 ,人們常常使用專用的芯片如 TL49 SG3525 等來(lái)產(chǎn)生 PWM(脈沖寬度調(diào)制 ) 波形 ,并由其通過反饋信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) PWM 波形的寬度的調(diào)節(jié) ,從而獲得穩(wěn)定的輸出。逆變電路為三相全橋形式。可控整流的優(yōu)點(diǎn)是可以控制直流電壓輸出的大小，可以實(shí)現(xiàn)變壓；其缺點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)的干擾大，而且整流得到的直流電壓諧波大，輸入功率因數(shù)低。正是由于這個(gè)原因，電壓源型逆變器得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)中間環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一種阻抗為零的恒壓源，輸出電壓是矩形波或階梯波；當(dāng)中間環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直 ，對(duì)負(fù)載來(lái)說是一個(gè)恒流源，輸出電壓也是矩形波或階梯波。電網(wǎng)頻率為 50HZ 時(shí)，交 交變頻電路的輸出上限頻率為 20HZ 左右； （ 2）輸出功率因數(shù) 交 交變頻電路的輸出是通過相控的方法的得到的，因此，在輸入端需要提供所需的無(wú)功電流，隨著負(fù)載功率因數(shù)的降低和電源幅 值的減小，所需的無(wú)功電流增加，所以輸出功率因數(shù)低； （ 3） 接線復(fù)雜，使用的功率器件多。 交 交變頻電路有一個(gè)變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒頻 (CVCF)的交流電源變換成 VVVF 電源，常用的交 交變頻電路輸出的每一相都是一個(gè)兩相功率器件整流裝置可逆線路。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第二章 系統(tǒng)方案論證 交流電機(jī)變 頻調(diào)速系統(tǒng)包括主電路和控制電路兩部分，主電路主要完成功率的轉(zhuǎn)換，它的結(jié)構(gòu)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，特別是從半控器件到全控器件的過渡標(biāo)志著變頻裝置在性價(jià)比上可以與直流調(diào)速裝置相媲美；控制電路主要完成對(duì)變頻主電路提供各種控制信號(hào)，它是隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，而且數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度和可靠性，而且還為現(xiàn)代控制理論與方法在交流調(diào)速中的應(yīng)用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，在模塊額定電流 10600A 范圍內(nèi)的變頻器均有采用 IPM 的趨勢(shì)。從最初的晶體管到第二代的 GTR、 MOSFET 再到第三代的 IGBT，大功率半導(dǎo)體器件的性能不斷提高，使得變頻裝置發(fā)生了根本性的變化。它是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)交流電機(jī)的理想磁鏈為基準(zhǔn)，用逆變器不同開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤基準(zhǔn)磁鏈圓，由追蹤的結(jié)果決定出逆變器的開關(guān)模 式，以形成 PWM 波。但從控制思想上分，它有以下四類： （ 1） 等脈寬 PWM 法 它是為克服 PAM 方式中逆變器部分只能輸 出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓的缺點(diǎn)而發(fā)展來(lái)的，該法是從是 PWM 法中最簡(jiǎn)單的一種。已經(jīng)不限于逆變技術(shù)，也覆蓋了整流技術(shù)。如西門子、三菱、普傳、臺(tái)安、東洋等品牌的通用變頻器，均可通過各自可提供的選件支持上述幾種或全部類型的現(xiàn)場(chǎng)總線。而控制電源用的開關(guān)電源將推崇半諧振方式，這種開關(guān)控制方式在 30～ 50MHZ。其發(fā)展的趨勢(shì)大致為： 主控一體化將功率芯片和控制電路集成在一飲芯片上使逆變功率和控制電路達(dá)到一體化，智能化和高性能化的 HV IC（高耐 壓 IC） SOC（ System on Chip）的概念已被用戶接受，隨著功率做大，此產(chǎn)品在市場(chǎng)上極具競(jìng)爭(zhēng)力。由于忽略定子的漏阻抗壓降時(shí)， 由于 U=E=，故要保持氣隙磁通量不變， 應(yīng)使定子端電壓與頻率成比例地調(diào)節(jié)。 （ 3） 當(dāng)極對(duì)數(shù)不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與定子電源頻率 f 成正比。而由電機(jī)學(xué)可知，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公司 如下： 公式（ 11） 其中： n 是異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， p 是異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)， s 是異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率， f 是供電電源的頻率。在石油、石化、機(jī)械、冶金等行業(yè)都得到了大量使用和整套裝置系統(tǒng)使用，取得了節(jié)能、增產(chǎn)的顯著效果。多年來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門一直致力于變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，并給予重點(diǎn)扶持，并將推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專項(xiàng)的重點(diǎn)投資方向。它以其優(yōu)異的調(diào)速和起、制動(dòng)