【正文】 IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的功能。這里采用瑞士LEM 公司生產(chǎn)的霍爾效應(yīng)磁場(chǎng)補(bǔ)償式電流傳感器來(lái)進(jìn)行電流的檢測(cè)。因SA4828的SET TRIP端為高電平有效,所以應(yīng)加上一個(gè)反相器,使其反相后輸出高電平。因此故障自診斷功能就是由單片機(jī)控制發(fā)出各種等效故障信號(hào)，檢測(cè)對(duì)應(yīng)的保護(hù)電路是否動(dòng)作，若動(dòng)作則說(shuō)明保護(hù)電路正常，反之說(shuō)明保護(hù)電路本身有故障，應(yīng)停機(jī)對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行檢查，直到顯示器顯示正常為止。動(dòng)作值整定為輸入電壓的85%。當(dāng)取樣電壓低于設(shè)定值時(shí)(欠壓情況下)，比較器輸出低電平，光耦器件導(dǎo)通，輸出低電平保護(hù)信號(hào)。運(yùn)放接成比較器的形式。欠壓保護(hù)電路的原理與過(guò)壓保護(hù)電路類似。欠電壓導(dǎo)致逆變器開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)功率不足而燒壞開關(guān)器件。 欠壓產(chǎn)生的原因有兩種：一是輸入的交流電壓長(zhǎng)時(shí)間低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。當(dāng)取樣電壓高于設(shè)定值時(shí)(異常情況下)，比較器輸出高電平，光耦器件導(dǎo)通，輸出低電平保護(hù)信號(hào)。過(guò)壓設(shè)定值從電位器上取出。 過(guò)電壓保護(hù)電路它直接對(duì)直流側(cè)電壓進(jìn)行檢測(cè)。因此有必要對(duì)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)輸入電壓過(guò)低時(shí)，雖不會(huì)對(duì)主回路元件構(gòu)成直接威脅，但太低的輸入電壓很可能使控制回路工作不正常，而使系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致SA4828輸出錯(cuò)誤的觸發(fā)脈沖，造成主回路直通短路而燒壞IGBT。當(dāng)輸入電源電壓過(guò)高，將使直流側(cè)電壓過(guò)高。通用變頻器輸入電源電壓允許波動(dòng)的范圍一般是額定輸入電壓的士10%。當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，進(jìn)行各種必要的處理[12]。RS：寄存器選擇端。ZPPR：零相位脈沖輸出端。以上引腳都是標(biāo)準(zhǔn)TTL輸出，每一個(gè)輸出都有12mA的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)光耦。（2）輸出類管腳說(shuō)明RPHB、YPHB、BPHB：這些引腳通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的R、Y、B相的下臂開關(guān)管。VDD：供電電源正端(+5V)。、：Intel(Motorola)總線控制write、read信號(hào)。當(dāng)MUX為高電平時(shí)，使用地址和數(shù)據(jù)共用的總線，這時(shí)，地址/數(shù)據(jù)管腳RS不用；當(dāng)MUX為低電平時(shí)，使用地址和數(shù)據(jù)分開的總線，這時(shí)，地址鎖存器ALE接低電平，RS引腳要與一條地址線相連，來(lái)區(qū)分輸入的字節(jié)是地址（低電平），還是數(shù)據(jù)（高電平），通常先地址后數(shù)據(jù)。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。SET TRIP：通過(guò)該引腳，可以快速關(guān)斷全部SPWM信號(hào)輸出，高電平有效。下圖給出了其引腳排列示意圖和原理框圖[11]。 SPWM波生成芯片特點(diǎn)和引腳功能全數(shù)字控制，兼容Intel等多系列單片機(jī)，輸入調(diào)制波頻率范圍0～4kHz，16位調(diào)速分辯率，載波頻率最高可達(dá)24kHz，內(nèi)部ROM 固化3種可選波形，最小脈寬和延時(shí)時(shí)間可調(diào)，可單獨(dú)調(diào)整各相輸出以適應(yīng)不平衡負(fù)載，具備看門狗定時(shí)器功能等。在本設(shè)計(jì)中選用SA4828。若用單片機(jī)直接產(chǎn)生SPWM信號(hào)，由于需要通過(guò)計(jì)算確定正弦脈寬調(diào)制波的寬度，使SPWM信號(hào)的頻率及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)都較慢。 SPWM波生成方法采用模擬電路的優(yōu)點(diǎn)是完成三角波與正弦波的比較并確定輸出脈沖寬度的時(shí)間很短，幾乎瞬間完成。第三代絕緣柵雙極型晶體管IGBT的工作頻率可達(dá)30KHz，用IGBT作為逆變開關(guān)管，載波頻率可以大幅度提高，從而使正弦脈寬調(diào)制波更接近正弦波。提高載波(三角波)的頻率，是減小SPWM調(diào)制波中諧波分量的有效方法。當(dāng)調(diào)制波的幅值大于載波的幅值時(shí)，開關(guān)器件導(dǎo)通，當(dāng)調(diào)制波的幅值小于載波的幅值時(shí)，開關(guān)器件關(guān)斷。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔最?。划?dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，那么這樣的電壓脈沖系列就可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，這種調(diào)制方式稱為正弦波脈寬調(diào)制[9]。脈寬調(diào)制指的是通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要的波形(含形狀和幅值)。若采用等脈寬PWM調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)變頻與變壓，由于輸出矩形波中含有較嚴(yán)重的高次諧波，會(huì)危害電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。實(shí)際工程中目前主要采用的PWM技術(shù)是正弦PWM(SPWM)，這是因?yàn)樽冾l器輸出的電壓或電流波形更接近于正弦波形。由于場(chǎng)控自關(guān)斷器件的不斷涌現(xiàn)。脈寬調(diào)制技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。以下將介紹SPWM技術(shù)工作原理和設(shè)計(jì)中所選用能產(chǎn)生SPWM波芯片SA4828的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。設(shè)計(jì)控制電路如下： 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的作用是逆變器中的逆變電路換流器件提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 EXB840組成的驅(qū)動(dòng)電路4 控制回路設(shè)計(jì)控制回路是為變頻器的主電路提供通斷信號(hào)的電路，其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器開關(guān)元件的開關(guān)控制。其中ERA3410是快速恢復(fù)二極管。EXB840引腳定義如下:引腳1用于連接反偏置電源的濾波電容,引腳2和9分別是電源和地,引腳3為驅(qū)動(dòng)輸出,引腳4用于連接外部電容器,防止過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)作(一般場(chǎng)合不需要這個(gè)電容),引腳5為過(guò)流保護(hù)輸出,引腳6為集電極電壓監(jiān)視端,引腳14和15為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端,其余引腳不用。其中輸入隔離電路由高速光電耦合器組成,可隔離交流2500V的信號(hào)。對(duì)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(guò)大，器件的開關(guān)速度降低，開關(guān)損耗增大，也會(huì)降低其工作效率和對(duì)其安全運(yùn)行造成危險(xiǎn)，所以柵極電阻的上限受到開關(guān)損耗的限制。柵極電阻對(duì)IGBT的開關(guān)時(shí)間有直接的影響。當(dāng)IGBT高頻運(yùn)行時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)功率也是不小的，因此，驅(qū)動(dòng)電路必須能提供足夠的驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路需要提供動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電流。一般柵極反向電壓取為(5～0)V。為了縮短器件的關(guān)斷時(shí)間，關(guān)斷過(guò)程中應(yīng)盡快放掉柵極輸入電容上的電荷。IGBT的柵極等效為一電容負(fù)載，所以驅(qū)動(dòng)信號(hào)源的內(nèi)阻要小。此時(shí)，柵極電壓可取為13V。通常，正向柵極電壓取15V。正向柵極驅(qū)動(dòng)電壓幅值的選取應(yīng)同時(shí)考慮在額定運(yùn)行條件下和一定過(guò)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(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須大于其開啟電壓。為防止柵極過(guò)壓，可采用穩(wěn)壓管作保護(hù)。(3)隨著柵極串聯(lián)電阻增加，將使IGBT的開通和關(guān)斷時(shí)間增加，從而使IGBT開關(guān)損耗增加；而減小，則又將使增大，從而使IGBT在開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生較大的電壓或電流尖峰，降低IGBT運(yùn)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，通態(tài)壓降隨集電極電流增大而增大，開通損耗隨結(jié)溫升高而增大。IGBT是壓控器件，柵極輸入阻抗高，所需要驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)較為容易。并且，隨著IGBT技術(shù)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(guān)電源設(shè)備中的地位越來(lái)越重要，如UPS、電焊機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、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(dǎo)通電壓低的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是開關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，有二次擊穿現(xiàn)象以及控制功率大。眾所周知，構(gòu)成IGBT的MOSFET和BJT各有其優(yōu)缺點(diǎn)。制動(dòng)電阻粗略計(jì)算為～=～擊穿電壓：當(dāng)線電壓為380V時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選1000V。上述分析說(shuō)明，通過(guò)6個(gè)開關(guān)的交替工作可以得到一個(gè)三相交流電，只要調(diào)節(jié)開關(guān)的通斷速度就可調(diào)節(jié)交流電頻率，當(dāng)然交流電的幅值可通過(guò)的大小來(lái)調(diào)節(jié)。②各相的開關(guān)順序以各相的“首端”為準(zhǔn)，互差電角度。根據(jù)該規(guī)律可得、 所示。用同樣的方法得：當(dāng)、同時(shí)閉合和、同時(shí)閉合，得到,同時(shí)閉合和、同時(shí)閉合，得到。圖33中，～組成了橋式逆變電路，這6個(gè)開關(guān)交替地接通、關(guān)斷就可以在輸出端得到一個(gè)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(guò)改變開關(guān)通斷的速度來(lái)調(diào)節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓幅值。由于開關(guān)～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(zhuǎn)換為交流電的過(guò)程稱為逆變。 變頻器主電路設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shí)，該電阻又會(huì)阻止電容的充電，為了解決這個(gè)矛盾，在電阻兩端并聯(lián)二極管（），使電容充電時(shí)避開電阻，通過(guò)二極管充電。當(dāng)逆變管開通時(shí)，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(guò)逆變管放電，這將加速電流的增長(zhǎng)率，造成IGBT的損壞。由于開關(guān)管在開通和關(guān)斷時(shí)，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(guò)緩沖電路進(jìn)行緩解。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，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(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(shí)，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(shí)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(jì)選用整流管組成三相整流橋，對(duì)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）。3變頻器主電路設(shè)計(jì) 主電路的工作原理變頻調(diào)速實(shí)際上是向交流異步電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)頻率可控的電源。由上式可知磁極對(duì)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越慢，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速要慢一點(diǎn)，所以稱為異步電動(dòng)機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率表示： （28）在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，=0，這時(shí)=1；啟動(dòng)后的極端情況=，則=0，即在0～1之間變化，一般異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下的 =1%～6%。電機(jī)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用表示： （27）式中：為三相交流電源頻率，一般是50Hz；為磁極對(duì)數(shù)。交流調(diào)速是通過(guò)改變電定子繞組的供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。交流異步電動(dòng)機(jī)是電氣傳動(dòng)中使用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)類型。 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理交流異步電動(dòng)機(jī)是電氣傳動(dòng)中使用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)類型。特別是研究變頻后的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，、就顯得尤其重要。由知：越小，越大，機(jī)械特性就越硬。、根據(jù)式（2－3）用求極值的辦法求出，即：由＝0，可得：　　　 　　　　　　　 　 （2－4）　 　 （2－5）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，需要有一定的過(guò)載能力，一般用表示，即＝ （26）普通電動(dòng)機(jī)的＝～，而對(duì)某些特殊用電動(dòng)機(jī)，其過(guò)負(fù)載能力可以更高一些。臨界點(diǎn)Ｋ是一個(gè)非常重要的點(diǎn)，它是機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)的分界點(diǎn)。對(duì)應(yīng)這一點(diǎn)的轉(zhuǎn)速＝0（ｓ＝1），電磁轉(zhuǎn)矩稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)是帶負(fù)載的能力一般用起動(dòng)倍數(shù)來(lái)表示，即。，在這點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行（=0），其電磁轉(zhuǎn)矩T=0。異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓、額定頻率下，由電動(dòng)機(jī)本身固有的參數(shù)所決定的曲線，叫做電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性。（3）電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 = （24）式中 ——磁極對(duì)數(shù)； ——電源的相電壓； ——電源頻率。 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（1）電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式 （22）式中 的單位為KW；的單位是；Ｔ的單位是。可以得到電動(dòng)機(jī)的T形等效電路圖，由于交流異步電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱，所以現(xiàn)只取A相進(jìn)行計(jì)算分析。由于定子、轉(zhuǎn)子回路的頻率、繞組、匝數(shù)不同，故必須進(jìn)行折算。由電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)可知：轉(zhuǎn)子回路的頻率 ，與轉(zhuǎn)差率成正比，所以轉(zhuǎn)子回路中的各電量也都與轉(zhuǎn)差率成正比。、轉(zhuǎn)子圖：——定子的相電壓；——定子的相電流； ——定子每相繞組的電阻和漏抗；、分別是轉(zhuǎn)子電路產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、電流、漏電抗；——每相定子繞組反電動(dòng)勢(shì)，它是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生的。2交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 三相異步電機(jī)工作的基本原理 異步電機(jī)的等效電路異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能量是通過(guò)電磁感應(yīng)而得來(lái)的。 選用電動(dòng)機(jī)原始參數(shù)在這次設(shè)計(jì)中，采用中等容量的電動(dòng)機(jī)，具體數(shù)據(jù)如下：額定功率：；額定電壓：；額定電流：；額定轉(zhuǎn)速：；效 率：；功率因數(shù)：cosφ=；過(guò)載系數(shù)：λ=；電壓波動(dòng)：177?？刂齐娐罚翰捎?051單片機(jī)和SPWM波生成芯片SA4828，控制電路的主要功能是接受各種設(shè)定信息和指令，根據(jù)這些指令和設(shè)定信息形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的信號(hào)。在設(shè)計(jì)中采用三相橋逆變，開關(guān)器件選用全控型開關(guān)管IGBT。濾波電路：因在本設(shè)計(jì)中采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。在本設(shè)計(jì)中采用三相不可控整流。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用中等容量的電動(dòng)