【正文】 基波電壓；而幅值則與功率因數(shù)角的大小有關(guān)。由于 =f(t)與 =f(t)相位不同，所以用圖 3． 1 所示的向量圖求得它們合成的逆變器實(shí)際輸出 的 基波向量 A0u 。 當(dāng)功率因數(shù)角為妒時(shí)，理想基波為： ? ? 1 1= A sin tU ? 由死區(qū)產(chǎn)生的偏差電壓基波為：? ?e 2 1U = A si n t ? ?式中， A1 與 A2 分別為基波幅值和死區(qū)偏差電壓基波的幅值。以 BJT 和 IGBT 為例，前者的死區(qū)時(shí)間大約是后者的 3～ 4 倍，但前者的載波比卻僅為后者的 ～ ，因此后者的死 區(qū) 相對(duì)較大，偏差電壓的基波值也大一些。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 15 頁 根據(jù)傅氏級(jí)數(shù)分析可得偏差電壓以，的基波分 量幅值為： dse f. 1 e f 12 2 T U N22U = U = T? ? () 上式表明，在一定的直流側(cè)電壓與變壓變頻其 輸出頻率下，偏差電壓基波值與死區(qū)時(shí)間 和載波比 N 的乘積成正比。 3． 2 死區(qū)效應(yīng)對(duì) PWM 變壓變頻器的影響 3． 2． 1 死區(qū)對(duì)輸出電壓基波的影響 為了討論死區(qū)對(duì)變壓變頻器輸出電壓的影響， 設(shè)定偏差電壓為 UEF，它與每個(gè)周期高為 sU 的矩形電壓脈沖相等效。死區(qū)時(shí)間的設(shè)置方式有兩種： (1)單邊不對(duì)稱設(shè)置 欲關(guān)斷的功率管與理想波形同時(shí)關(guān)斷，欲開通 的功率管延遲 TD 后開通。死區(qū)時(shí)間的引入使得逆變器主電路不能精確再現(xiàn)由 PWM 波形發(fā)生器所產(chǎn)生的理想 PWM 波形．影響了PWM 方案的應(yīng)用效果，所有這些影響統(tǒng)稱為死區(qū)效 應(yīng)。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 14 頁 3 變頻系統(tǒng)死區(qū)效應(yīng)分析及其補(bǔ)償 3． 1 死區(qū)效應(yīng)原理 在具體實(shí)現(xiàn) PWM 控制方案時(shí)，其應(yīng)用效果往往不如預(yù)期的那么 理想，重要原因之一是 PWM 逆變器主電路中的功率 開 關(guān)元件本身不是理想開關(guān)。其中 ～ 是非零矢量，幅值相等相位互差 ／ 3 電角度，狀態(tài)矢量 ， 為零矢量。導(dǎo)通型逆變器來說三相橋臂的開關(guān)只有 8 種工作狀態(tài)，包括 6 個(gè)非零矢量和 2 個(gè)零矢量。本文采用一種改進(jìn)的查表法，可以方便的實(shí)現(xiàn) SVPWM。 (2) SVPWM 的實(shí)現(xiàn)方法 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 12 頁 SVPWM 的常規(guī)實(shí)現(xiàn)方法有磁鏈圓軌跡法、電壓矢量合 成法等。磁通是電壓的時(shí)間積分，磁通矢量也是一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)矢量，比電壓矢量滯后 /2? ，其半徑為： mpr = 2 / 3U / 2 f?。 按照合成電壓矢量的定義： 2+23d a b c U = ( U U + U )?? () aU 、 bU 、 cU 為電壓空間矢量 dU 在 Α， Β軸上的投影； 23je ??? 為 PARK 算子。該方法把逆變器和電機(jī)看成一個(gè)整體， 所得模型簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí)時(shí)控制，并且具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、 噪聲低、電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此在開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)脈沖電壓對(duì)三角載波的對(duì)稱性， 1T 和 3T 等， 則 有 ? ?C2re1eC rmTt U24 = = M sin w tT U4 () 由式 ()可得脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間分別為： ? ?? ?C2 1 eTT = 1 + M s in w t2 () ? ?121 3 C 2t = t = T t () 式 ()、 ()便是實(shí)時(shí)計(jì)算 SPWM 波形脈寬時(shí)間的基本公式。在實(shí)際使用中 考慮最小脈沖限制， M 總是小于 1 的。即 /RM CMU U M? 稱為調(diào)制度。設(shè)三角載波的幅值 CMU 保持不變，正弦調(diào)制波為 ? ?si nR R M R IU U S T?? 其中 RMU 和 RI? 分別是正弦調(diào)制波的幅值和角頻率。 CU 和 CT 是三角載波及其周期， RU 是正弦調(diào)制波， ET 時(shí)刻采樣值為 REU 。規(guī)則采樣法主要有兩種，規(guī)則采樣法電壓水平線與三角載波的 高點(diǎn)都處于正弦調(diào)制波的同一側(cè)，因此所得的脈沖寬度明顯偏小，控制誤差較大。 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)主要分為自然采樣法和規(guī)則采樣法 。 D1D4D3D6D5D2T4 T6 T2T1 T3 T5L1U V WC1C2 圖 PWM 逆變器原理圖 SPWM 控制技術(shù)是從電機(jī)供電電源的角度出發(fā)，著眼 于如何生成可調(diào)頻調(diào)壓的三相對(duì)稱正弦波電源。 2． 3 SPWM 技術(shù)原理 通過 PWM 控制方式對(duì)異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主電路進(jìn)行控 制，是進(jìn)行能量控制并實(shí)現(xiàn) VVVF 控制思想的有效手段。如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電機(jī)都能在溫升允許的條件 下長(zhǎng)期運(yùn)行。 F i n F1U10恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速Ф 1 NФMФ M = 1 / f 1 圖 異步電機(jī)變頻調(diào)速控制特性 (2)基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從基頻往上升， 但是端電壓以不能繼續(xù)上升，只能維 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 9 頁 持在額定值，這將迫使磁通與頻率成反比地下 降，相當(dāng)于直流電機(jī)的弱磁升速的情況。如果對(duì)定子電阻壓降進(jìn)行 補(bǔ)償，在低頻時(shí)可適當(dāng)提高逆變器的輸出電壓 ，使 SE /f 為恒定值。如果仍然按照 Vf一定來控制，就不能保持電機(jī)磁通恒定。 然而繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng) 定子頻率 f 較高時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值也較大，因此可以忽略定子阻抗壓降，認(rèn)為定 子相電 壓 SU ≈ SE ，則得： Sm SU= K = co n sE? () 改變定子側(cè)的輸入電壓，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的頻 率，這就是恒壓頻比 (Vf)控制方。但電機(jī)出現(xiàn)欠勵(lì) 磁時(shí)，不能充分利用電機(jī)鐵心，將會(huì)影響電機(jī) 的輸出轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)帶負(fù)載能力下降。不變，那么由式 ()可知，電機(jī)的磁通將增大。當(dāng)電機(jī)的頻率變化時(shí)，若繼續(xù)保持電機(jī)端電壓不變，那么 電機(jī)的磁通就會(huì)出現(xiàn)飽和或欠勵(lì)磁的情況。 由式 ()可見， m? 的值是由 SE 和 f 共同決定的，對(duì) SE 和 f 進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，就可以使氣隙磁?m? 保持額定值不變。電機(jī) 定子每相感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的有效值為： mS S N SE = K ? () 其 中 ： SE ： 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)有效值 (V)； f ： 定子頻率 (HZ)； N ： 定子每相繞組串連匝數(shù)； NSK ——基波繞組系數(shù)； m? ——每極氣隙磁通 (WB)。 2． 2 變壓變頻 (VVVF)控制原理 根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是由 電源頻率和電機(jī)極對(duì)數(shù)決定的，在改 變供電電源頻率時(shí)，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也相應(yīng)的 改變。當(dāng)反組處于整流狀態(tài)而正組封鎖時(shí)， U 為上 ()下 (+)兩組交 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 7 頁 替工作就使負(fù)載上得到交流電壓，如圖 3)所示，其輸出頻率即為兩組整流器的交替工作切換頻率。 當(dāng)正組工作在整流狀態(tài)時(shí)，反組封鎖。如圖 所示。這種變頻器基本單元是由三相可逆整流裝置所構(gòu)成，每相裝置 均為兩個(gè)反并聯(lián)的三相整流器，變頻器容量就由它們來分擔(dān)，因此在不采用元件串、并聯(lián)的 條件下，可將交 交變頻器容量做得很大，使這種變頻器在大容量低速同步電機(jī)的無齒系 傳動(dòng)、大型線繞異步電機(jī)的超同步雙饋調(diào)速，以及新型交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中得 到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 +U0 Z正組 反組L L+U0 Z正組 反組U0 U 0wt正觸通反觸通（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ） 1)電流源型 2)電壓源型 3)輸出電壓波形 圖 交 交變頻器原理圈 交 交變頻裝置可直接將電網(wǎng)頻率交流電變成頻率 可調(diào)交流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，從而可提高整個(gè)變頻裝置的變換效率。 2． 1． 2 交 交變壓變頻裝置 交 交變頻裝置只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，就可以把恒壓 恒頻 (CVCF)的交流電源變換成 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 6 頁 VVVF 電源。 (2)不可控整流器整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻 方式。目前以間接變頻器應(yīng)用較為廣泛，本文所設(shè)計(jì)的變頻系統(tǒng)也屬于這 一類。間接變頻器先 將工頻交流電整流成電壓大小可控的直流電，再經(jīng)過逆變器變換成可變頻率的交流電。給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)全文。 (5)用匯編語言編制程序?qū)崿F(xiàn) SVPWM 脈寬調(diào)制，生成 PWM 波實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的變 頻調(diào)速，用匯編語言編制程序?qū)崿F(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示以及故障中斷處理等功能。系統(tǒng)主電路采用 交 直 交電壓型變頻裝置，核心控制器件采用智能功率模塊 6MBPL50RAL20。 (3)分析了死區(qū)對(duì)逆變器輸出電壓、轉(zhuǎn)矩的影響， 并提出了一種新型的死區(qū)補(bǔ)償方法，該方法軟硬件結(jié)合，硬件成本低廉，軟件 實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，對(duì)死區(qū)帶來的影響進(jìn)行了有效的補(bǔ)償。分析了恒壓頻比控制和 SVPWM 技術(shù)的原理，并提出 SVPWM 波查表方法。 本文的主要內(nèi)容： (1)閱讀參考了大量文獻(xiàn)，在分析對(duì)比各種交流調(diào) 速技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了目前技 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 4 頁 術(shù)成熟的變壓變頻 (VVVF)控制和空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) (SVPWM)，縮短了 開 發(fā)時(shí)間，同時(shí)降低了系統(tǒng)的成本，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性 。 系統(tǒng)化作為發(fā)展趨勢(shì)，通用變頻器從模擬式、 數(shù)字式、智能化、多功能向集中型發(fā)展。專用化 通用變頻器中出現(xiàn)專用型產(chǎn)品是近年來的事。 小型化變頻器的小型化 除了出自支撐部件的實(shí)裝技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大 規(guī)模集成化以外，功率器件發(fā)熱的改善和冷卻技術(shù)的發(fā)展 己成為小型化的重要原因。中小功率變頻技術(shù)方面，國(guó)產(chǎn)大部分產(chǎn)品都是普通的恒 Vf控制，控制芯片采用的大都是單片機(jī)，難以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的算法，只有小部分的產(chǎn)品采用數(shù) 字信號(hào)處理器 (DSP)來控制。在大功率交交變頻調(diào)速、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面， 國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國(guó)外有相當(dāng)差距。 (6) 邏輯運(yùn)算能力強(qiáng) 容易實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄等功能，是變頻裝 置可靠性、使用性大大提高。適當(dāng)?shù)男薷能?件即可改變系統(tǒng)功能或提高其性能。 (3) 可靠性高 數(shù)字控制采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)中所用的 元件大大減少，相應(yīng)的故障率大大降低。數(shù)字控制具有如下特點(diǎn)： (1) 精度高 在數(shù)字控制系統(tǒng)中，以微處理器作為整個(gè)系統(tǒng) 的控制核心，將復(fù)雜的控制 電路用軟件實(shí)現(xiàn)。 1． 1． 4 數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用 隨著各類高性能的微處理器和微控制器的出現(xiàn) ，數(shù)字控制技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬控制已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。 1． 1． 3 交流調(diào)速的控制方法 在各種類型的異步電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻 調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。 PWM 技術(shù)用于變頻器的控制可以明顯改善變頻器的輸出波形，降低電機(jī)的諧波損耗，并減小 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)還簡(jiǎn)化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能 。所謂 PWM 技術(shù)就是利用半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流 電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)變壓變頻并有效地 控制和消除諧波的一門技術(shù)。 1． 1． 2 PWM 技術(shù)及其發(fā)展 交流電機(jī)調(diào)速性能的不斷提高在很大程度上是 由于 PWM 技術(shù)的不斷進(jìn)步。第四代IGBT 的應(yīng)用使變頻器的性能有了更大的提高 。 IGBT 集射電壓 V。在交流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)控制中，應(yīng)用最多的功率 器件有 GTO、 GTR、 IGBT 以及 IPM。死區(qū)是變頻設(shè)計(jì)中必須解決的問題，本文分析 了功率因數(shù)角、載波頻率、死區(qū)時(shí)間、調(diào)制比與死區(qū)效應(yīng)的關(guān)系，提出了一種新型的 軟硬件結(jié)合的死區(qū)補(bǔ)償方法，該方法硬件成本低，實(shí)時(shí)性高，有效改善了死區(qū)引起 的電流 畸變。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 I 頁 基于 DSP 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本文分析了變頻器的工作原理和異步電機(jī)各種 控制策略，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選用了先進(jìn)的 SVPWM 技術(shù)，該技術(shù)控制模型簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí) 時(shí)處理，能夠減少逆變器輸出電流的諧波，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 提高