【正文】 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (N若交流輸入電壓為 U，則交流峰值為 AtU 2 U 2 380 V 537 V? ? ? ? （ ） 直流側(cè)平均電壓值近似為： 2 3o f M333U U s in td t 5 3 7 V 5 1 3 V??? ? ? ? ? ???? （ ） 為了保證整流元件滿足最大負(fù)載，則環(huán)節(jié)平均功率經(jīng)驗算式為 Paf = P M （ ） 其中 Kti = ， 、諧波損耗時的裕量系數(shù)。 考慮到電網(wǎng)電壓的波動，則整流元件的反向電壓額定應(yīng)滿足 D V W MU K K U? （ ） 其中 WK 為電網(wǎng)波動系數(shù)，取其等于 A1A211 Y 121 Y 23Vs41 A 151 E N61 A 27G N D8V c c92 A 1102 A 2122 E N112 Y 1132 Y 214S E N 215U5D4D3D1D2C 1 020C920+ 5 V+ 1 2 V+ 1 2 VR14 7 0R25KR45KR34 7 012R54 7 012J1P 2 .7P 2 .6P 2 .5邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 VK 為電壓安全 裕量，一般在 ～ ，視為開合閘電壓跳動系數(shù)，則： D V W MU K K U? =2380=1182V （ ） 選擇其為 1200V。 至于電容耐壓的選擇可按下式來定： CD C W MU K K U? （ ） CK 是耐壓安全系數(shù)，考慮到電網(wǎng)波動范圍內(nèi)直流電壓在無過大脈動， CK 一般取～ 。同時當(dāng)電容值過大時在電路開通瞬間充電電流也會過大對整流二極管造成沖擊，而且大電容的體積也 大，價格也高。 另外當(dāng)電機由高速運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低速狀態(tài)，即進入制動狀態(tài) (包括反轉(zhuǎn)階段的減速過程 )。電機轉(zhuǎn)子動能一部分轉(zhuǎn)化為電阻的焦耳熱，一部分回饋電源。若能量回輸?shù)倪^快、過大，泵升電壓將會高很多，會危及主電路的功率器件的安全。 逆變主電路設(shè)計 [21] （ 1）電壓的選擇 由表 ，選用額定電壓 UCE為 1200V的 IGBT。器件的開關(guān)速度快的特點將引起如下問題： (1) 由于電路雜散電感的存在，當(dāng)快速關(guān)斷器件時，容易引起關(guān)斷器件上產(chǎn)生尖峰脈沖和高頻震蕩； (2) 在器件快速關(guān)斷的 過程中，通過密勒效應(yīng)容易造成器件在關(guān)斷的過程中重新導(dǎo)通的現(xiàn)象，而可能引起逆變橋臂的瞬間短路； (3) 器件在快速關(guān)斷的過程中所出現(xiàn)的電壓快速上升可能造成寄生晶體管的導(dǎo)通，即鎖定現(xiàn)象，而造成關(guān)斷的失?。? (4) 在某種工作條件下，同一橋臂上的一管導(dǎo)通初期，將會流過另一管反并聯(lián)整流管的反向恢復(fù)電流，形成導(dǎo)通初期的電流尖峰，則器件的溫升增加，嚴(yán)重時還會損壞器件。因此，選擇柵極電阻必須很小心，較大的阻值可以減小 浪涌電流但開關(guān)損耗增加同時開關(guān)速度變慢。另外，柵極電阻要緊挨著 IGBT的柵極，驅(qū)動電路到柵極的引線要盡量短，并采用絞線或同軸線。考慮 IGBT的快速開關(guān)的特點，要使驅(qū)動電路能安全可靠的切斷故障電流，驅(qū)動電路應(yīng)具有下列功能 : ① 具有降低故障電流峰值的作用，減少故障時的損耗 ； ② 對于工作時不可避免的出現(xiàn)瞬時的電流尖峰 (如二極管的反向恢復(fù)電流 )或偶然干擾引起的極短的瞬態(tài)尖峰電流，驅(qū)動電路保護環(huán)節(jié)不應(yīng)起作用 : ③ 延時關(guān)斷 :在 柵極電壓為 15V時，其短路承受能力為 5微妙，為了保護 IGBT保護電路必須在 2微妙內(nèi)動作。若延時后短路依然存在則關(guān)斷 IGBT；否則把柵極電壓恢復(fù)正常。因此，可以采用集成驅(qū)動應(yīng)用電路 EXB840。其應(yīng)用電路如圖 ?？梢詫崿F(xiàn) +15V的低開通電壓和5V的關(guān)斷電壓。 圖 TLP250 驅(qū)動應(yīng)用電路 但是由于從成本的角度來考慮，本次課題沒有使用 EXB840[23]，使用比較經(jīng)濟的 TLP250,TLP250是一種適合于驅(qū)動 IGBT或 MOSFET的高速光電隔離器件。 PWM脈沖波輸入到 TLP250驅(qū)動器的“ IN端。 TLP250驅(qū)動器不僅實現(xiàn)了控制電路和主電路在電位上的嚴(yán)格隔離，還起到了功率放大的作用。在 IGBT的門極驅(qū)動輸 出上并接了兩個串聯(lián)反接的穩(wěn)壓器，起到限壓保護的作用。沒有一套完整可靠的過流、過壓、欠壓、對地短路及缺相運行等故障的保護電路，逆變器就無法向電機提供高質(zhì)量的驅(qū)動電源，實現(xiàn)安全運行。其接線如圖 。 圖 霍爾電流傳感器 霍爾傳感器有如下特點： ① 傳感器的輸入和輸出間具有良好的電隔離性，其絕緣耐壓大于 3KV； ② 傳感器是個人閉環(huán)系統(tǒng)，可以不失真的傳遞自直流到 100KHz頻帶內(nèi)的任何波形的電流； ③ 因為是補償式測量，所以具有良好的精確度 (1%)和線性度 (≤ % 額定電流 )； ④ 傳感器磁 路幾乎是零磁通工作，動態(tài)變化又是快速補償，所以傳感器是無電感性器件。 圖 過電流保護電路 其工作原理是 :霍爾元件所檢測到的電流信號經(jīng)由電阻變?yōu)殡妷盒盘柡碗娙莸臑V波，送到比較器 LM324的反向輸入端。若直流側(cè)過流現(xiàn)象發(fā)生，則反向輸入端的電壓高于正向輸入端，所以比較器的輸出變?yōu)榈碗娖?，由于比較器的輸出接到TMS320F2407的外中斷口。 （ 3）直流側(cè)過電壓和欠壓 直流側(cè)過電壓和欠壓保護電路如圖 ，圖中上半部分為欠壓保護電路，下半部分為過電壓保護。 ① 直流側(cè)電壓信號是直接從主電路電位器上取得，所以比較器 N2A,N2C和電流保護電路中的是不共地 ，它們的地是主電路的主母線地； ② 為了把控制電路和主電路隔離，使用了光隔 ISOI； ③ 由于過壓和欠壓的一般持續(xù)較長的時間，所以無須信號保持和鎖定。 控制電路 本設(shè)計所用控制電路的核心是 TMS320F2407，控制部分是調(diào)速系統(tǒng)的核心，控制算法和控制策略都是通過控制部分來實現(xiàn)的， TMS320F2407簡介 與 MCS51單片機產(chǎn)品兼容， 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器， 1000次擦寫周VCC234+A1R 2 11C 110 KR 1電流信號輸出信號邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 期， 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz，三級加密程序存儲器， 32個可編程 I/O口，線三個 16位定時器 /計數(shù)器，八個中斷源，全 雙工 UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識符。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 TMS320F2407具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字 節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 片內(nèi)波形發(fā)生器 WGA (Wavef ormg enerator)是 TMS320F2407獨具的特點之一。 TMS320F2407的波形發(fā)生器從功能上可分成三部分 :時基發(fā)生器、相位驅(qū)動通道和控制電路。在邊沿脈寬調(diào)制輸出的工作方式下，波形發(fā)生器的最高頻率可達 。該周期取決于WGesR ELOAD寄存器的值和操作方式。用戶程序可以在任何時候通過寫入重置寄存器的方法改變載波周期。一般情況下，波的占空比是由控制寄存器 (WGON)、相位比較寄存器 (WG_COMPX) 和重裝載寄存器 (WG_RE LOAD)這三者決定的。 10位的死區(qū)時間發(fā)生器 使程序能夠?qū)λ绤^(qū)時間進行設(shè)置，它和重置寄存器有相同的時鐘頻率。由于本實驗所用的直流電動機導(dǎo)通方式是兩兩導(dǎo)通，上下橋臂的 IGBT導(dǎo)通時間相差一個邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 狀態(tài)周期，所以不存在同時導(dǎo)通的危險，也就是說不用設(shè)定死區(qū)時間。輸出寄存器對管腳的輸出進行設(shè)置，確定輸出 極性 (高電平有效或低電平有效 )，以及控制對寄存器的立即改變還是由事件驅(qū)動同步進行數(shù)據(jù)更新。這個外部事件還會產(chǎn)生一次 EXINT中斷。 在本系統(tǒng)中，它接保護電路的輸出。在邊沿對準(zhǔn)方式中，載波周期 Tc的計算公 式為： ? ?2c te lW G LO A D sT F ???? （ ） 其中： WGLOAD — 16位值 ， Ftel — XTAL1管腳上的晶振頻率（ MHZ） 不考慮死區(qū)時間，輸出有效的時間 Toutput可用下式計算： ? ?2o u tp u t telW G LO A D sT F ???? （ ） 因此 ，改變 WG RELOAD的值不僅會改變 PWM的載波周期，而且也會改變PWM的占空比。 TMS320F2407的 P2口是一個雙向口，具有 CMOS斯密特觸發(fā)器輸入和 CMOS電平輸出。實現(xiàn)何種功能靠有關(guān)的專用寄存器來選擇，且可以每個引腳獨立的選擇。 控制電路 （ 1）鍵盤部分 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 本次所用的鍵盤是獨立式鍵盤，這種鍵盤有著結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)速度快的優(yōu)點。 K0是開始鍵， K1是加速鍵， K2是減速鍵， K3是停止鍵， K4是急加速鍵， K5是急減速鍵。電阻為限流電阻。所用到的顯 示位數(shù)是四位。 圖 顯示部分 5324167VC CD AT AA 345439101112131514543109782l 3l edvcc16ABCDEFGHABCDLDPHBIabcdefg121 1 1 1 12 2 2 2 2K 0 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5LED顯示R 1 R2 R 3R 4 R 5 R6邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 3 軟件設(shè)計 初始化程序 初始化程序包括 DSP 和單片機各自的初始化程序，主要完成各自系統(tǒng)時鐘的設(shè)定、中斷向量的定義、 I/O 端口的初始化、控制寄存器的設(shè)置以及各功能模塊的初始化等。 圖 軟件主程序框圖 首先初始化 DSP，配置所要用到的寄存器，定義并初始化變量，開啟捕獲中斷和A/D 中斷，其中 A/D 中斷是通 過定時器周期中斷來啟動的，設(shè)置周期為 40μs，也就是 40μs 啟動一次 A/D 中斷，讀取電流，進行電流環(huán)調(diào)節(jié)。一旦啟動，主程序就進入了等待死循環(huán)。當(dāng)周期中斷到來時，立刻啟動 A/D 中斷，在子程序中，首先判斷速度環(huán)計數(shù)器的值來決定是否進行速初 始 化 D S P寄 存 器初 始 化軟 件 變 量設(shè) 置 C A P 1 C A P 3為 I O 口 功 能判 斷 轉(zhuǎn) 子 位 置開 始恢 復(fù) C A P 1 C A P 3 的 捕獲 功 能開 A D C 中 斷 和 捕 獲中 斷中 斷 服 務(wù)子 程 序是 否 中 斷Y N邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 度調(diào)節(jié)，設(shè)置速度環(huán)周期為 60ms(所以計數(shù)器的周期為 1500)。如果計數(shù)器等于 1500，則首先利用單神經(jīng)元自適應(yīng) PDI 算法進行速度調(diào)節(jié)，然后再調(diào)節(jié)電流。 圖 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 總體框圖 DSP 程序 DSP 程序是整個系統(tǒng)軟件的核心組成部分，主要負(fù)責(zé)電機的起動、電機的轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)控制的實現(xiàn)、系統(tǒng)的監(jiān)控和故障處理功能等。進行各種反饋信號的檢測是構(gòu)成雙閉環(huán)控制的前提。電流采樣時間的選取對系統(tǒng)的性能有著重要的影響，本系統(tǒng)為實現(xiàn) 20kHz 的電流環(huán)，每 50μs 對電流采樣一次。為提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度，本系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)采用 PI 控制算 法、系 統(tǒng) 上 電初 始 化 程 序啟 動 程 序電 流