【正文】 初始化參數(shù)要先寫入 ～ ，14R5 05然后通過對 的寫操作將參數(shù)送。參數(shù)的設定是通過 8 個暫存器 、 、 、 、 、 、 、 來傳送的。初始化寄存器用于設定與交流電動機有關的基本參數(shù)，這些參數(shù)要在 PWM 輸出端允許輸出前設定，系統(tǒng)工作以后不允許改變。SA4828 內部結構原理框圖如圖 所示。通過脈沖延遲電路生成死區(qū)，從而保證橋上的管子不會在狀態(tài)轉換期間導通短路。 SA4828 內部結構及工作原理SA4828 為 28 引腳的 DIP 或 SOIC 封裝的控制芯片，內部具有總線控制及譯碼電路，有多種寄存器和相控邏輯電路。Wss：波形采樣同步端口。：輸出封鎖狀態(tài)指示，低電平表示禁止輸出。RPHT、YPHT、BPHT：這些引腳通過驅動電路控制逆變橋的 R、Y、B 相的上臂開關管。Vss：供電電源負端(0V)。WRDALE：地址鎖存允許。：片選輸入，該控制線可使 SA8282 與其他外圍接口芯片共享同一組總線，低CS電平有效。MUX ：總線選擇端。交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計30：復位端，低電平有效。 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。 引腳功能SA4828 采用 28 腳封裝。SA4828 是 MITEL 公司推出的一種專用于三相 SPWM 信號發(fā)生和控制的集成芯片，可以和單片機接口，完成對交流電動機的變頻調速。對于調速精度、調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速，可以直接采用三相 SPWM 調制信號專用芯片構成調速系統(tǒng)。缺點是電路所用硬件較多，改變參數(shù)和調試比較困難?？捎赡M電路分別產生等腰三角波與正弦波，并送入電壓比較器，輸出即為 SPWM 調制波。而載波頻率的提高，受到逆變開關管最高工作頻率的限制。雖然正弦脈寬調制波與等脈寬 PWM 信號相比，諧波成份大大減小，但它畢竟不是正弦波。產生 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。在進行脈寬調制時，使脈沖系列的占空比按照正弦規(guī)律變化。為減小輸出信號中的諧波分量，一種有效的途徑是將等脈寬的矩形波變成信號寬度按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調制波，即 SPWM 調制波。交流異步電動機變頻調速系統(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。相應高頻SPWM(正弦脈寬調制)技術在電機調速中得到了廣泛應用，不僅能及時、準確地實現(xiàn)變壓變頻控制技術，而且更重要地是抑制逆變器輸出電壓或輸出電流中的諧波分量，從而提高了電機的工作效率，擴大了調速系統(tǒng)的調速范圍。近幾年來。 SPWM 調制技術簡介脈寬調制(PWM)技術是利用全控型電力電子器件的導通和關斷把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術。主電路逆變電路設計中采用的電力電子器件是 IGBT，故稱為門極驅動電路?？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。IGBT 的柵極驅動連線應該用雙絞線,長度應該小于 1m,以防止干擾,如果 IGBT 的集電極產生大的電壓脈沖,可增加 IGBT 的柵極電阻。 EXB840的引腳圖R`低低低低低低低低低低低低A1415 1234569VST`(+)()低低低低低低低低低低低低低低低(低低低) 低低低低(低低低低低低低低低)低低低低低低低低低(+20V)低低低低低低低低低低低低低低低低低低(0V)交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計26 采用 EXB840 的 IGBT 驅動電路采用 EXB840 集成電路驅動的 IGBT 的典型應用電路如圖 所示 [8]。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。它主要由輸入隔離電路，驅動放大電路,過流檢測急保護電路以及電源電路組成。 EXB840 的內部結構基于以上的驅動要求，在設計中采用 EXB840,它是一種高速驅動集成電路,最高使用頻率為 40KHz 驅動 150A/600V 或者 75A/1200V 的 IGBT,驅動電路信號延遲小于 ,采用單電源 20V 供電。當出現(xiàn)過流時，無論此時有無輸入信號，都應無條件地，二極管的反向恢復、分布電容及關斷吸收電路等都會在ditdit交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計25IGBT 開通時造成尖峰電流，驅動電路應具備抑制這一瞬時過流的能力，在尖峰電流過后，應能恢復正常柵壓，保證電路的正常工作。在雜散電感的作用下，過高 會產生過高的電壓尖峰，使 IGBT 承受不住而損壞。(9)當 IGBT 處于負載短路或過流狀態(tài)時，能在 IGBT 允許時間內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。這一方面能夠減少系統(tǒng)響應滯后，另一方面能提高保護的快速性。采用光耦器件隔離時，應選用高的共模噪聲抑制器件，能耐高電壓變化率。在許多設備中，IGBT 與工頻電網有直接電聯(lián)系，而控制電路一般不希望如此。對eI于 1200V 的 IGBT 器件，柵極的電阻值可取相同電流額定值的 600V 器件阻值的一半。柵極電阻過大，器件的開關速度降低，開關損耗增大，也會降低其工作效率和對其安全運行造成危險，所以柵極電阻的上限受到開關損耗的限制。柵極電阻 對 IGBT 的開關時間有直接的影響。當 IGBT 高頻運行時，柵極驅動電流和驅動功率也是不小的，因此，驅動電路必須能提供足夠的驅動電流和功率。(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。一般柵極反向電壓取為(5～0)V。為了縮短器件的關斷時間，關斷過程中應盡快放掉柵極輸入電容上的電荷。IGBT 的柵極等效為一電dit交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計24容負載，所以驅動信號源的內阻要小。此時，柵極電壓可取為 13V。通常，正向柵極電壓取 15V。正向柵極驅動電壓幅值的選取應同時考慮在額定運行條件下和一定過載情況下器件不退出飽和的前提，正向柵極電壓越高，則通態(tài)壓降越小，通態(tài)損耗也就越小。要使器件導通，驅動信號必須大于其開啟電壓。為防止柵極過壓，可采用穩(wěn)壓管作保護。(3)隨著柵極串聯(lián)電阻 增加，將使 IGBT 的開通和關斷時間增加，從而使 IGBTGR開關損耗增加；而 減小，則又將使 增大，從而使 IGBT 在開關過程中產生較大的電壓或電流尖峰，降低 IGBT 運行的安全性和可靠性。(1)隨著柵極正向電壓 的增加，通態(tài)壓降減小， 固定GEUGEU?不變時，通態(tài)壓降隨集電極電流增大而增大，開通損耗隨結溫升高而增大。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。并且，隨著 IGBT 技術的發(fā)展，其性能不斷得到改善和提高，使得 IGBT 在大功率開關電源設備中的地位越來越重要，如 UPS、電焊機、電機驅動、特種工業(yè)電源等都使用 IGBT 模塊。BJT 屬于雙極型器件，具有耐壓水平高、電流大、導通電壓低的優(yōu)點，缺點是開關時間長，有二次擊穿現(xiàn)象以及控制功率大。眾所周知，構成 IGBT 的 MOSFET 和 BJT 各有其優(yōu)缺點。dU制動電阻粗略計算為 ～ = ～?擊穿電壓：當線電壓為 380V 時，根據(jù)經驗值選 1000V。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，只要調節(jié)開關的通斷速度就可調節(jié)交流電頻率，當然交流電的幅值可通過 的大小來調節(jié)。1S2交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計22②各相的開關順序以各相的“首端”為準，互差 電角度。根據(jù)該規(guī)律可得 、 、VUu?WUu? 所示。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 。圖33中， ～ 組成了橋式逆變電路，這6個開關交替地接通、關斷就可以在1S輸出端得到一個相位互相差 的三相交流電壓。因此交流電的周期（頻率）可以通過改變開關通斷的速度來?調節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓幅值 。1S4abU2S3abU由于開關 ～ 的輪番通斷，從而將直流電壓 逆變成了交流電壓 。將直流電轉換為交流電的過程稱為逆變。 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。這種緩沖電路的缺點是增加了損耗，所以適用于中小功率變頻器。可是當逆變管關斷時，該電阻又會阻止電061R?容的充電，為了解決這個矛盾，在電阻兩端并聯(lián)二極管（ ） ，使電容充電時061VD?交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計20避開電阻，通過二極管充電。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。061R?061C?061VD?由于開關管在開通和關斷時，要受集電極電流 和集電極與發(fā)射極間的電壓 的沖擊，cI ceV因此要通過緩沖電路進行緩解。另外，當電動機制動時，續(xù)流二極管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。選用逆變開關管 組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調的交流電，逆61V?變管在這里選用 IGBT。為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉， 和 的作用就是消耗掉這部分能BRV量。因此維修時，要等指示燈熄滅后進行。LS電源指示燈 HL 除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。當 充電到一定程度，使 閉合，將限流電阻短路。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)。 電壓型交直交變頻調速主電路 主電路各部分的設計交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計19選用整流管 組成三相整流橋，對三相交流電進行全波整流。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交直交方式，先將交流電轉變?yōu)橹绷麟?整流，濾波)，再將直流電轉變?yōu)轭l率可調的交流電（逆變） 。VfVfVf Vf交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計18第 3 章 變頻器主電路設計 主電路的工作原理變頻調速實際上是向交流異步電動機提供一個頻率可控的電源。由于 控制是轉速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負載可以是通用標準異步電機，所以這種控制方法通用性強、經濟性好，是目前通用變頻器產品中使用較多的一種控制方式。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。直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系Vf VfVf Vf交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計17統(tǒng)結構、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。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。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調速的動態(tài)性能。矢量控制變頻調速的做法是：將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流 、aI、 通過三相——兩相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流 、 ，再通bIc 1???過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流 、 （ 相當mt1m于直流電動機的勵磁電流； 相當于與轉矩成比例的電樞電流） ，然后仿效直流電動機1t?的控制方法，求得直流電動機控制量，經過相應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。它是解決 控制靜態(tài)性能較差的一種有效方法。另一方面原因是低速時逆變器橋臂上、下開關元件的導通時間相對較短，電壓下降，而且它們的互鎖時間也造成了電壓降低，從而引起轉矩脈動，在一定條件下這將會引起轉速、電流的振蕩，嚴重時會導致變頻器不能運行。恒 轉 矩 調 速 恒 功 率 調 速()vU()nT?Nn10U21Nf1()ZfHn?2n10 1f2f 50nZfH?2T1nT12nf?交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計16 整個頻率調速的特性曲線注：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。磁通量的下將使電動機的轉矩下降，造成電動機m?1f的機械特性變軟。造成這種現(xiàn)象的原因是：當頻率 升高時，電源電壓不可能相應升高。變頻后的機械特性如圖 所示。VfV1NU10ba1Nf1fn01n2 50nZfH?10nT交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計15 補償后的機械特性曲線 在基頻以上調速時，頻率可以從額定頻率 向上增高，但是電壓卻不能超出額定Nf電壓 ，由式（210）可知，這將迫使磁通與頻率