【正文】 二、展望伴隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代控制理論在電氣控制技術(shù)工程等方面的不斷滲透，多種新型控制理論、技術(shù)和方法的不斷涌現(xiàn)，交流電動機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)將展現(xiàn)出更廣闊的前景（社會效益和經(jīng)濟(jì)效益）。本文就礦用電源主要做了以下的工作： 詳細(xì)地描述了變頻電源基礎(chǔ)：（1） 、整流電路基礎(chǔ)；（2） 、逆變電路基礎(chǔ)；（3） 、濾波電路基礎(chǔ)；（4） 、變頻控制電路基礎(chǔ)。 所示，為系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框。主要部分包括整流電路、逆變電路、IGBT 驅(qū)動電路、電壓電流采樣電路以及 DSP2407 外圍電路和保護(hù)電路等。為進(jìn)一步減小脈動系數(shù)，通常采用如圖3所示的л型RC濾波電路。但在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生很大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”，同時，因負(fù)載電流太大，電容器放電的速度加快，會使負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路只使用于負(fù)載電流較小的場合。,b.在整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián)一只大容量的電容，如圖2a，即可構(gòu)成最簡單的電容濾波器。整流電路輸出的直流電壓脈動較大，一般不能滿足實際需要，必須用濾波電路濾除交流分量，得到平滑的直流電壓。圖5逆變電路當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載連接時，稱為無源逆變。降壓斬波主電路圖. 逆變電路分析設(shè)計 逆變電路的作用是將直流電壓轉(zhuǎn)換成梯形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾波后，從而使負(fù)載上得到的實際電壓為正弦波，逆變電路是由4個IGBT管（VTVTVTVT4）組成的全橋式逆變電路組成，如圖2所示。在V關(guān)斷時，為了給負(fù)載中電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。它是一種降壓型變換器，其輸出電壓平均值U，總是小于輸入電壓Ud。在電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路稱為主電路。保護(hù)電路是用來保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過電流、過電壓和欠電壓等現(xiàn)象損害電路設(shè)備。電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在IGBT控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。圖1來完成整個系統(tǒng)的功能。電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。 變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為 (1)：可見，α角的移相范圍為180。α=180176。整流電壓平均值為：α=0時，Ud=電阻負(fù)載主電路主電路原理圖如下：(4) 整流電路參數(shù)的計算整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號的作用下動作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。輸入的信號經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過載或短路故障時，不至于傷害到晶閘管和負(fù)載。(2) 設(shè)計方框圖此電路對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。 (1) 設(shè)計方案及原理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?？墒钱?dāng)逆變管關(guān)斷時，該電阻又會阻止電容的充電，為了解決這個矛盾，在電阻兩端并聯(lián)二極管（），使電容充電時避開電阻，通過二極管充電。當(dāng)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。由于開關(guān)管在開通和關(guān)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，因此要通過緩沖電路進(jìn)行緩解。另外，當(dāng)電動機(jī)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。　　直交電路設(shè)計:選用逆變開關(guān)管組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電，逆變管在這里選用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量。因此維修時，要等指示燈熄滅后進(jìn)行。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(dāng)充電到一定程度，使閉合，將限流電阻短路。濾波電容濾除整流后的電壓波紋，并在負(fù)載變化時保持電壓平穩(wěn)。　　 電壓型交直交變頻調(diào)速主電路. 主電路各部分的設(shè)計選用整流管組成三相整流橋，對三相交流電進(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?整流，濾波)，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。圖2. 主電路分析設(shè)計 .主電路的工作原理變頻調(diào)速實際上是向交流異步電動機(jī)提供一個頻率可控的電源。電路原理框圖如圖2示。另一片單片機(jī)實現(xiàn)電壓電流頻率功率檢測和相應(yīng)的保護(hù)以及人機(jī)交換。這種功率模塊是將輸出功率元件IGBT和驅(qū)動電路、多種保護(hù)電路集成在同一模塊內(nèi)，與普通IGBT相比，在系統(tǒng)性能和可靠性上有進(jìn)一步的提高，而且由于IPM通態(tài)損耗和開關(guān)損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故使整個系統(tǒng)尺寸減小。Power考慮到全控型器件的動靜態(tài)特性和安全性，我們采用智能功率模塊IPM。逆變電路采用全控型電力電子器件，控制電路使用AT89C51單片機(jī)。第三章 變頻電源分析設(shè)計 電源方案設(shè)計采用單相橋式整流電路完成交流電變換成直流電任務(wù)。在圖1點劃線內(nèi)，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。如圖1所示，控制電路由以下電路組成檢測和控制電路如圖4所示。交流電流檢測也是通過交流電流互感器得到幅值較小的電壓信號，通過整流濾波后，得到直流電壓信號。頻率檢測電路通過交流電流互感器得到小信號交流電然后經(jīng)過阻容濾波后得到與原信號同頻率的信號，再經(jīng)過過零比較器后輸出為規(guī)則變化的高低電平，即一個周期有兩個電平變化信號，這些信號可以為單片機(jī)所識別。改變輸出狀態(tài)，改變輸出電壓頻率。波形圖. 變頻控制電路基礎(chǔ)控制電路主要由單片機(jī)和檢測電路構(gòu)成。；當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將經(jīng)由DD4提供。電感濾波電路(3)電感濾波電路）外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=。一種是用鋸齒波近似表示，即工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。波曲線中的3。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小, 需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。 所以，在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。在超過90176。所以剛過90176。在剛過90176。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2電容濾波電路如圖，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L. 濾波電路基礎(chǔ)(1) 濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。逆變器每個橋臂由兩個 IGBT 串聯(lián)和兩個續(xù)流二極管反并聯(lián)而成；其中每兩個 IGBT 中點通過箝位二極管與直流側(cè)兩個電容中點連接，并要求直流側(cè)的兩個電容 C1=C2。換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。有時人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。出現(xiàn)換相重疊角γ，整流輸出電壓平均值Ud降低。時ud出現(xiàn)為零的點。時工作情況ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。期間，ia波形的形狀也與同時段的ud波形相同，但為負(fù)值。變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點：在VT1處于通態(tài)的120176。時的工作情況從wt1開始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號等仍符合表21的規(guī)律區(qū)別在于：晶閘管起始導(dǎo)通時刻推遲了30176。（4）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種方法是雙脈沖觸發(fā)（常用）。（2） 三相橋式全控整流電路的工作情況a 帶電阻負(fù)載時的工作情況b 阻感負(fù)載時的工作情況 三相橋式全控整流電路的特點：（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。時（如a=60176。變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量晶閘管的電壓波形.b 阻感負(fù)載 特點：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直： a≤30176。時的工作原理分析假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電路。同時，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗單相橋式半控整流電路的另一種接法相當(dāng)于把圖24a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實現(xiàn)?；蛴|發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud