三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） </p><p>　　題 目 三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程122

2、2 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　系 （部） 電氣信息工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師(職稱(chēng)) </p><p>

3、;　　完成時(shí)間 2014 年 5 月 25 日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　題目 三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p>

4、<p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　采用資源合適的單片機(jī)與專(zhuān)用電路設(shè)計(jì)三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速SPWM發(fā)生器，并選擇滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的功率器件。設(shè)計(jì)過(guò)程中，注意并完善驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，考慮管子死區(qū)問(wèn)題，建立PWM變頻系統(tǒng)仿真模型并完成仿真分析。</p><p><b>　　基本要求：</b></p>&

5、lt;p>　　1、掌握SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)；</p><p>　　2、構(gòu)建個(gè)模塊電路并完成相應(yīng)功能建模；</p><p>　　3、完成逆變器與控制對(duì)象的集成統(tǒng)一建模，并完成仿真分析；</p><p>　　4、完成對(duì)仿真結(jié)果的分析</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)：</b></p&

6、gt;<p>　　[1] 郭天祥.單片機(jī)教程[M].電子工業(yè)出版社，2009.1.</p><p>　　[2]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)（第五版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[3] 謝瑤.單片機(jī)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)[J].武漢海闊 科技有限公司，2011（5）</p><p>　　完 成 期 限：</p>

7、;<p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b&g

8、t;</p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2研究目的以及意義1</p><p>　　1.3變頻調(diào)速的發(fā)展條件2</p><p>　　2三相交

9、流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3</p><p>　　2.1變頻調(diào)速原理及控制方式分析3</p><p>　　2.2變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2.1三相電壓型逆變電路.................................................................................. 6<

10、/p><p>　　2.2.2整流電路......................................................................................................... 8</p><p>　　2.3 SPWM逆變技術(shù) 8</p><p>　　2.3.1靜止式SPWM間接變壓變頻裝置...

11、.......................................................8</p><p>　　2.3.2 SPWM調(diào)制變頻技術(shù)..................................................................................9</p><p>　　2.3.3單極性SPWM法......

12、..................................................................................10</p><p>　　2.3.4雙極性SPWM法........................................................................................ 11</p>

13、;<p>　　2.3.5 SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法.................................................................. 12</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</b></p><p>　　3.1控制器的選擇14</p><p>　　3.2控制信號(hào)產(chǎn)生電

14、路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.3驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.3.1驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的介紹19</p><p>　　3.3.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.4電流檢測(cè)電路23</p><p>　　4系統(tǒng)建模與仿真分析25</p><p>

15、;　　4.1MATLAB編程環(huán)境25</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)仿真的作用25</p><p>　　4.1.2 MATLAB簡(jiǎn)介25</p><p>　　4.2系統(tǒng)的建模26</p><p>　　4.3仿真結(jié)果分析30</p><p><b>　　結(jié)術(shù)語(yǔ)35</b></p

16、><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p>　　三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文首先介紹了異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

17、特性，變頻調(diào)速有多種方法，對(duì)目前研究領(lǐng)域相當(dāng)活躍的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)的變頻調(diào)速作了一定的研究，從而展開(kāi)介紹SPWM變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)。包括變頻調(diào)速控制思想的由來(lái)，控制方法的可行性。變頻調(diào)速的控制算法也有許多，本文對(duì)目前大部分通用變頻器所采用的控制算法——恒壓頻比控制，給出了完整的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)包括主電路和控制電路，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

18、交流電（逆變）。整流部分用的是三相橋式整流電路，逆變電路采用的是三相橋式逆變電路。本文采用了Intel80C196MC十六位單片機(jī)作為控制電路的CPU，采用該單片機(jī)的控制系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的硬件核心部分。因此本文先簡(jiǎn)單的介紹此單片機(jī)與該設(shè)計(jì)相關(guān)的特性，繼而介紹本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。建立PWM開(kāi)環(huán)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，利用Matlab/Simulink仿真，并完成仿真分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī)/M

19、atlab/SPWM/變頻調(diào)速</p><p>　　THE DESIGN OF THE THREE-PHASE AC MOTOR VARIABLE FREQUENCY SPEED CONTROL SYSTEM AND SIMULATION</p><p><b>　　ABSTRACT </b></p><p>　　This paper firs

20、t introduces the speed regulating characteristics of asynchronous motor, frequency control of motor speed, there are many ways for the present study quite active in the field of sinusoidal pulse width modulation (SPWM) m

21、ade a certain study of frequency control of motor speed, thus introduce the theoretical basis of SPWM inverter. Including the origin of the frequency control of motor speed control concepts, the feasibility of the contro

22、l method. Frequency control of motor speed co</p><p>　　KEY WORDS scm,matlab,spwm, frequency control of motor speed</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀</p

23、><p>　　隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及電力電子器件的更新?lián)Q代，變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。有關(guān)資料顯示，現(xiàn)在有90%以上的動(dòng)力來(lái)源來(lái)自電動(dòng)機(jī)。我國(guó)生產(chǎn)的電能60%用于電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分，所以要對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有足夠的重視。我們都知道，動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)是可以相互轉(zhuǎn)化的，從這個(gè)意義上說(shuō)電動(dòng)機(jī)也是最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)源，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的最有效方式是對(duì)運(yùn)動(dòng)源的控制。因此，常常通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)

24、運(yùn)動(dòng)控制。實(shí)際上國(guó)外已將電動(dòng)機(jī)的控制改名為運(yùn)動(dòng)控制</p><p>　　對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制可以分為簡(jiǎn)單控制和復(fù)雜控制兩大類(lèi)。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類(lèi)控制可以通過(guò)繼電器，可編程器件和開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)距，電壓，電流等物理量進(jìn)行控制。而且有時(shí)往往需要非常精確的控制。以前，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制的應(yīng)用較多，但是，隨著現(xiàn)代化步伐的前進(jìn)，人民對(duì)自動(dòng)化的需求也越

25、來(lái)越高。使電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。在軍事和雷達(dá)天線(xiàn)，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對(duì)太陽(yáng)的控制等。工業(yè)方面的各種加工中心，專(zhuān)用加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，塑料機(jī)械，繞線(xiàn)機(jī)，泵和壓縮機(jī)，軋機(jī)主傳動(dòng)等設(shè)備的控制。計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，繪圖儀，打印機(jī)，復(fù)印機(jī)等的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，冰箱空調(diào)，電扇等的控制，我們統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)其為電動(dòng)機(jī)的控制?？刂七^(guò)程應(yīng)用單片

26、機(jī)已成為了一種不可抗拒的趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 研究目的以及意義</p><p>　　在電力拖動(dòng)領(lǐng)域，解決好電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速問(wèn)題有著十分重要的意義，電機(jī)調(diào)速性能的提高可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度、工藝水平以及工作效率，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量;對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載，如果采用調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電效率可達(dá)20%-60%。</p><p>　　眾

27、所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在很長(zhǎng)的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域基本上被直流電機(jī)調(diào)速所壟斷，這是和實(shí)際中交流電機(jī)的廣泛使用是一對(duì)存在的矛盾，許多應(yīng)用交流電機(jī)的設(shè)備為了達(dá)到調(diào)節(jié)被控對(duì)象的目的，只能采用物理的方法，例如采用風(fēng)門(mén)，閥門(mén)控制流量等，這樣浪費(fèi)能源的問(wèn)題就很突出，費(fèi)用大。而且在采用直流調(diào)速的方面由于直流電機(jī)固有的缺點(diǎn)—換相器和電刷的存在，使得維修工作量大，事故率高，電機(jī)的大容量使用受到限制，在易燃易爆的場(chǎng)合無(wú)

28、法使用，因此開(kāi)發(fā)交流調(diào)速勢(shì)在必行。</p><p>　　1.3 變頻調(diào)速的發(fā)展條件</p><p>　　（1）電力電子器件的發(fā)展是變頻調(diào)速發(fā)展的必要條件：在變頻調(diào)速中主要有交一交變頻和交一直一交變頻，目前應(yīng)用的最為廣泛的是交一直一交變頻，它的基本電路是:先將電源的三相(或單相)交流電經(jīng)整流橋整流成直流電，又經(jīng)逆變橋把直流電逆變成頻率任意可調(diào)的三相交流電。實(shí)現(xiàn)逆變的逆變橋就是變頻主電路的關(guān)

29、鍵部件，它由六個(gè)開(kāi)關(guān)器件組成，逆變的過(guò)程是這六個(gè)開(kāi)關(guān)器件按一定的規(guī)律不停的導(dǎo)通和截止，這也就是實(shí)現(xiàn)變頻的過(guò)程。</p><p>　　自從1957年第一支晶閘管(SCR)的發(fā)明，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，力電子學(xué)，取得了驚人的進(jìn)步，70年代出現(xiàn)了大功率晶體管(GTR)，90年代出現(xiàn)了大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGBT)，它們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。逆變橋由使用半控型器件發(fā)展為使用全控型器件[1]。</p>&l

30、t;p>　　（2）變頻調(diào)速控制方式的發(fā)展促進(jìn)了變頻技術(shù)的應(yīng)用與推廣：本世紀(jì)70年代以后，電氣傳動(dòng)各相關(guān)領(lǐng)域?qū)W科相繼取得了巨大的突破，交流調(diào)速的控制方式發(fā)展因之突飛猛進(jìn)，采用交流調(diào)速的場(chǎng)合正愈來(lái)愈多。</p><p>　　最初的變頻調(diào)速是采用恒壓頻比控制方式，它根據(jù)異步電機(jī)簡(jiǎn)化等效電路確定的電壓V和頻率F的比值進(jìn)行變頻調(diào)速，電壓是指基波的有效值。后來(lái)增加了電流環(huán)，稱(chēng)它為轉(zhuǎn)差頻率控制，改善了性能并且已經(jīng)實(shí)用化。

31、但是系統(tǒng)只是從穩(wěn)態(tài)公式推導(dǎo)出的平均值控制，完全不考慮過(guò)渡過(guò)程，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性、啟動(dòng)及低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)存在難以克服的不足。為了提高低頻時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不足，通常采用提升電壓以及隨負(fù)載變化補(bǔ)償定子繞組電壓降的辦法，用以增加變頻調(diào)速的調(diào)速范圍。</p><p>　?。?）PWM技術(shù)的應(yīng)用也加快了變頻技術(shù)的發(fā)展：通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度和脈沖占空比來(lái)調(diào)節(jié)平均電壓的方法，稱(chēng)為脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，如果脈沖寬度和占空比的大

32、小按正弦規(guī)律變化，便是正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為SPWM技術(shù)。PWM技術(shù)是伴隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，目前己趨于成熟。PWM技術(shù)適應(yīng)于很多技術(shù)領(lǐng)域，如直流斬波、諧波吸收、無(wú)功補(bǔ)償和變頻裝置等。</p><p>　　PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低諧波并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。同時(shí)也簡(jiǎn)化了變頻器的結(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)。</p><p>　　2

33、三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速概述</p><p>　　2.1 變頻調(diào)速原理及控制方式分析</p><p>　　變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變它的同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻可以調(diào)速這個(gè)概念，可以說(shuō)是交流電動(dòng)機(jī)“與生俱來(lái)”的。同步電動(dòng)機(jī)和異步電機(jī)，</p><p>　　它們的轉(zhuǎn)速都是取決于同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速)的：</p><p>

34、　　(2-1) </p><p>　　式中：n——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位m/min</p><p>　　n0——電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，單位r/min</p><p>　　s——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s=(n1-n)/n1=△n/n1</p><p>　　同步轉(zhuǎn)速則主要取決頻率</p><p>

35、<b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中：f——輸入頻率，單位為Hz</p><p>　　p——電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)</p><p>　　由式（2-1）和式（2-2）可以知道變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：</p><p><b>　　(2-3)</b>

36、;</p><p>　　由式（2-3）可知，在電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)不變的情況下，從而可以通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，通常需要考慮到的一個(gè)重要因素是，希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值，并且保持其不變。如果磁通太弱的話(huà)，則電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)欠勵(lì)磁的想象，從而將會(huì)影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，由公式（2-4）</p><p><b>　　(2-4)</b>

37、</p><p>　?。ㄊ街蠺m：電磁轉(zhuǎn)矩，Kt：比例系數(shù)，：主磁通，I2：轉(zhuǎn)子電流，:轉(zhuǎn)子回路功率因素)，可知，電機(jī)磁通的減小，勢(shì)必會(huì)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小。</p><p>　　由于在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的磁通常處于接近飽和值，如果進(jìn)一步增大磁通，將使電動(dòng)機(jī)鐵心出現(xiàn)飽和，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)中流過(guò)很大的勵(lì)磁電流，增加電動(dòng)機(jī)的鐵損耗和銅損耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)。因此，在改變電動(dòng)機(jī)的頻率

38、時(shí)，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以維持電動(dòng)機(jī)磁通的恒定。而在本設(shè)計(jì)中我用到的用來(lái)改變電動(dòng)機(jī)電壓的是SPWM，它輸出的波形很接近與正弦波，在下文中我將會(huì)對(duì)其進(jìn)行比較詳細(xì)的說(shuō)明[2]。</p><p>　　在基頻(額定頻率)以下調(diào)速時(shí)，由于E1的大小不易從外部加以控制，而定子繞組的阻抗壓降(U=，為定子繞組的阻抗壓降，包括電阻和漏磁電抗)在電壓較高時(shí)可以忽略，所以可以認(rèn)為電動(dòng)勢(shì)和電源相電壓近似相等即有U1E1，因此

39、作為一種可行的方案是在電源電壓較高時(shí)用電源相電壓U1代替電動(dòng)勢(shì)E1，當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降所占比重加大，不可以忽略，所以要人為的補(bǔ)償，這是一種近似的恒磁通控制，這種控制方式常用于恒轉(zhuǎn)矩控制，如下圖2-1。</p><p>　　在基頻以上調(diào)速時(shí)由于電壓U,受額定電壓的限制不能升，因此在頻率升高時(shí)，迫使主磁通變小，進(jìn)入弱磁變頻調(diào)速，屬于近似恒功率控制，如圖2-1，但是用恒壓頻比代替恒電動(dòng)勢(shì)頻率

40、比的一個(gè)重要缺點(diǎn)是在速度降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的帶載能力也同時(shí)下降轉(zhuǎn)矩利用率下降，從圖2-2的a，b可以看出a圖的臨界轉(zhuǎn)矩點(diǎn)隨著速度的降低也減小，而b圖則沒(méi)有變化，然而要達(dá)到b圖的效果就要保持E1/f1的比值為恒值而不僅是保持U1/f1比值為恒值了。</p><p>　　基于上述原因，在變頻調(diào)速的基本控制方式下，改變頻率的同時(shí)必須改變電壓，所以稱(chēng)之為VVVF(Variable voltage Variable Frequ

41、ency)控制。</p><p>　　0 f1n n</p><p>　　圖2-1 異步電機(jī)變頻調(diào)速的控制特性</p><p>　　2.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路是交一直一交電壓源型，單相220V工頻交流供電，

42、采用不可控的二極管整流橋，大電容濾波，采用大功率晶體管IGBT作為輸出SPWM波形的開(kāi)關(guān)器件。目前的大功率開(kāi)關(guān)器件都是以集成的大功率場(chǎng)效應(yīng)管IGBT為主流，另外系統(tǒng)中設(shè)置了保護(hù)電路，包括過(guò)壓、過(guò)流的保護(hù)等。</p><p>　　該主電路由二極管三相整流橋向電壓型逆變器提供恒定的直流電壓，變頻器的變壓、變頻均在逆變器內(nèi)進(jìn)行。逆變器由六只IGBT管組成三相橋式逆變電路，并輔以吸收電路構(gòu)成。平波電容器C起中間能量存儲(chǔ)作

43、用，使逆變器與交流電網(wǎng)去耦，并可以向電機(jī)提供無(wú)功功率。由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的途徑，所以一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過(guò)IGBT兩端并聯(lián)的續(xù)流二極管D向電容C充電，當(dāng)中間直流回路電壓升高到一定限制值時(shí)，通過(guò)電壓限制電路將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻R上。</p><p>　　圖2-4 主電路結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　逆變(D

44、C／AC)技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分，是把直流電變成交流電的過(guò)程，完成逆變功能的電路稱(chēng)為逆變電路逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱(chēng)為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱(chēng)為電流型逆變電路。它們也分別被稱(chēng)為電壓源型逆變電路和電流源型逆變電路。</p><p>　　電壓型逆變電路在直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗的特點(diǎn)。</p><

45、p>　　2.2.1 三相電壓型逆變電路</p><p>　　三相交流負(fù)載需要三相逆變器，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為可控元件的電壓型三相逆變電路如圖2-5所示，可以看出電路由三個(gè)半橋組成。</p><p>　　電壓型三相逆變橋的基本工作方式與單相逆變橋相同，也是導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相(同一半橋)上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的

46、時(shí)間依次相差。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。可能是上面一個(gè)臂，下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此，也被稱(chēng)為縱向換流。</p><p>　　圖2-5 三相逆變電路</p><p>　　用T記為周期，只要注意三相之間互隔T／3(T是周期)就可以了，即B相比A相滯后T／3，C相又比B相滯后T／3。</p>

47、<p>　　具體的導(dǎo)通順序如下：</p><p>　　第1個(gè)T／6：V1，V6，V5導(dǎo)通，V4，V3，V2截止：</p><p>　　第2個(gè)T／6：Vl，V6，V2導(dǎo)通，V4，V3，V5截止：</p><p>　　第3個(gè)T／6：V1，V3，V2導(dǎo)通，V4，V6，V5截止：</p><p>　　第4個(gè)T／6：V4，V3，V2導(dǎo)通，

48、V1，V6，V5截止：</p><p>　　第5個(gè)T／6：V4，V3，V5導(dǎo)通，V1，V6，V2截止：</p><p>　　第6個(gè)T／6：V4，V6，V5導(dǎo)通，V1，V3，V2截止。</p><p>　　下面來(lái)分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形。</p><p>　　對(duì)于A相輸出來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋臂l導(dǎo)通時(shí)，</p><p>

49、;<b>　　當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，</b></p><p>　　因此，的波形是幅值為的矩形波。B，C兩相的情況和A相類(lèi)似，的波形形狀和相同，只是相位依次相差。三相逆變電路輸出電壓波形如圖2-6：</p><p><b>　　U</b></p><p>　　A A T</p>

50、<p><b>　　U</b></p><p><b>　　B</b></p><p>　　B B T </p><p><b>　　U </b></p><p>　　C C

51、 </p><p>　　C T</p><p>　　圖2-6 三相逆變電路輸出電壓波形</p><p>　　2.2.2 整流電路</p><p>　　整流電路是把交流電變換為直流電的電路。目前在各種整流電路中，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式全控整流電路，三相橋式全控整流電

52、路每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)二極管導(dǎo)通，而且這兩個(gè)二極管一個(gè)是共陰極組，一個(gè)是共陽(yáng)極組，只有它們能同時(shí)導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路。</p><p>　　2.3 SPWM逆變技術(shù)</p><p>　　2.3.1 靜止式SPWM間接變壓變頻裝置</p><p>　　SPWM間接變壓變頻裝置先將工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，再經(jīng)過(guò)逆變器將直流電變換成可控頻率和幅值的交流電，故又稱(chēng)

53、為交一直一交變壓變頻裝置。其系統(tǒng)原理框圖如圖2-8所示在這類(lèi)裝置中，用不控器件整流，而逆變部分用SPWM變頻器調(diào)壓調(diào)頻一次完成，整流器無(wú)需控制，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu);而且由于以全波整流代替了相控整流，所以提高了輸入端的功率因數(shù)，減小了諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。此外，因輸出波形由方波改進(jìn)為SPWM 波，減少了諧波，從而解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，也降低了電動(dòng)機(jī)的諧波損耗和噪聲。</p><p>　　AC

54、 DC AC</p><p><b>　　50KHZ</b></p><p>　　CVCF VVVF </p><p><b>　　調(diào)壓調(diào)

55、頻</b></p><p>　　圖2-8 SPWM間接變壓變頻裝置</p><p>　　SPWM逆變器輸出諧波減少的程度取決于逆變器件的開(kāi)關(guān)頻率，而開(kāi)關(guān)頻率則受器件開(kāi)關(guān)時(shí)間的限制。采用IGBT時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)l0kHz以上，其輸出電流已非常逼近正弦波。所以，這種裝置己成為當(dāng)前最有發(fā)展前途的一種裝置形式。</p><p>　　2.3.2 SPWM調(diào)制

56、變頻技術(shù)</p><p>　　SPWM調(diào)制技術(shù)是PWM多脈沖可變脈寬調(diào)制技術(shù)的一種，即所謂的正弦波脈寬調(diào)制.其輸出波形是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。如果把一個(gè)正弦半波分作n等份，然后把每一等份的正弦曲線(xiàn)與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來(lái)代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等份的中點(diǎn)相重合，這樣，由n個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就

57、與正弦波的半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法與一系列負(fù)脈沖波等效。如圖2-9所示。</p><p>　　設(shè)由整流器提供的直流恒值電壓為Us，并設(shè)電機(jī)繞組中點(diǎn)與直流電壓中點(diǎn)相連，則SPWM脈沖序列波的幅值為。令第i個(gè)矩形脈沖的寬度為，其中心點(diǎn)相位角為，則根據(jù)面積相等的等效原則，可寫(xiě)成：</p><p>　　== (2-5

58、) </p><p>　　當(dāng)n的數(shù)值較大時(shí)近似的認(rèn)為sin/(2n)=/(2n)，于是</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　上式表明第i個(gè)矩形脈沖的寬度與該處正弦波值近幣以成正比。因此，與半個(gè)周期正弦波等效的SPWM波是兩側(cè)窄、中間寬、脈寬按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形。相比于其它各種變頻變壓調(diào)制方式，

59、這樣的脈沖系列可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近于正弦波的輸出電壓波形，可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。由于電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1，大大提高了系統(tǒng)的整體性能。一般的，SPWM分單極性和雙極性?xún)煞N調(diào)制方式。 </p><p><b>　　T</b></p><p>　　圖2-9 SPWM的輸出波形</p><p>　　2.3

60、.3 單極性SPWM法</p><p>　　單極性SPWM法輸出的每半個(gè)周期中，被調(diào)制成的脈沖電壓只有一種極性，正半周為十U和零，負(fù)半周為一U和零，其調(diào)制波形如圖2-10a)所示。曲線(xiàn)1是正弦調(diào)制波um，其周期決定于所需要的調(diào)制比kf。曲線(xiàn)2是采用等腰三角波的載波uc，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值.每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同，都是單極性。</p><p&g

61、t;　　調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖間的間隔寬度，所得的脈沖系列如圖2-10中的uc所示.由圖知，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。</p><p>　　單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)是:每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷的工作，另一個(gè)完全截至;而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反。流經(jīng)負(fù)載的便是正、負(fù)交替的交變電流（如圖2-10)所示</

62、p><p>　　圖2-10 單極性SPWM調(diào)制圖</p><p>　　2.3.4 雙極性SPWM法</p><p>　　上面所說(shuō)的單極性SPWM 逆變器主電路每相只有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件反復(fù)通斷。如果讓同一橋臂上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正”和“負(fù)”之間變化，就得到了雙極性的SPWM波形。</p><p>　　雙極性SPWM法的

63、調(diào)制波u仍為正弦波，其周期決定于今，振幅決定于氣，如圖2-11中的曲線(xiàn)</p><p>　　圖2-11 雙極性SPWM調(diào)制圖</p><p>　　其中：載波比——載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比N，既N=fc/fr</p><p>　　調(diào)制度――調(diào)制波幅值A(chǔ)r與載波幅值A(chǔ)c之比，即Ma＝Ar/Ac</p><p>　　同步調(diào)制——N等于常

64、數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步?；就秸{(diào)制方式，fr變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱(chēng)；為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱(chēng)，N應(yīng)取奇數(shù)；fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除；fr很高時(shí)，fc會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。異步調(diào)制——載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式。通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比N是變化的；在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波

65、的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱(chēng)，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱(chēng)；當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生的不利影響都較小；當(dāng)fr增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱(chēng)的影響就變大。</p><p>　　2.3.5 SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法</p><p>　　生成SPWM脈沖的方法有很多種，大致分為兩大類(lèi):第一類(lèi)是完全由模擬

66、電路生成;第二類(lèi)是由專(zhuān)用集成芯片生成.本設(shè)計(jì)采用數(shù)字控制方式。</p><p>　　(1)SPWM的模擬控制:原始的SPWM是由模擬控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2-12是SPWM模擬控制電路原理框圖。三相對(duì)稱(chēng)的參考正弦電壓調(diào)制信號(hào)，，由參考信號(hào)發(fā)生器提供，其頻率和幅值都是可調(diào)的。三角載波信號(hào)由三角波發(fā)生器提供，各相共用。它分別與每相調(diào)制信號(hào)在比較器上進(jìn)行比較，給出正或零的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波，，，作為變壓變頻器功

67、率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。</p><p>　　圖2-12 SPWM波模擬控制電路</p><p>　　本方法原理簡(jiǎn)單而且直觀。但是，由于正弦波調(diào)制和三角載波由硬件電路生成，硬件開(kāi)銷(xiāo)大，系統(tǒng)可靠性差。并且當(dāng)控制電路的直流電源電壓有波動(dòng)或有噪聲干擾時(shí)，都將引起SPWM脈沖寬度的變化，從而影響到變頻器輸出頻率和電壓的穩(wěn)定性。整個(gè)系統(tǒng)受溫漂和時(shí)漂的影響大，當(dāng)輸出頻率低、調(diào)制深度很小時(shí)，噪聲干擾尤其

68、嚴(yán)重，輸出頻率精度很差。由于以上缺點(diǎn),SPWM的模擬控制電路現(xiàn)已很少應(yīng)用，但它的原理往往是其他控制方法的基礎(chǔ)。</p><p>　　(2)SPWM的數(shù)字控制:數(shù)字控制是SPWM目前常用的控制方法?？梢圆捎梦C(jī)存儲(chǔ)預(yù)先計(jì)算好的SPWM數(shù)據(jù)表格，控制時(shí)根據(jù)指令調(diào)出;或者通過(guò)軟件實(shí)時(shí)生成SPWM波形;也可以采用大規(guī)模集成電路專(zhuān)用芯片產(chǎn)生SPWM信號(hào)。</p><p>　　分析生成SPWM波形的實(shí)

69、現(xiàn)方式,模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。傳統(tǒng)的模擬控制在逆變器中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，控制性能優(yōu)良，但模擬控制也存在一些缺陷：元件眾多，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，調(diào)試復(fù)雜，不易管理維護(hù)等。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到電力電子與電力傳動(dòng)控制領(lǐng)域中來(lái)，逆變器的數(shù)字控制逐漸成為研究熱點(diǎn)。</p><p>　　由于微型技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制回路均以單片微機(jī)和SPWM脈寬調(diào)制共同完成。

70、由于微機(jī)的高度集成化和很強(qiáng)的運(yùn)算功能，用于PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行直接數(shù)字控制，可得到高度的穩(wěn)定性、高度可靠性以及小型化和便于維修、節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量等應(yīng)用效果。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出一些專(zhuān)門(mén)用于發(fā)生控制信號(hào)的集成電路芯片，配合微處理器進(jìn)行控件生成SPWM信號(hào)方便得多。國(guó)內(nèi)制的電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)，大多采用8031，8098等。由于這些芯片并非為電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)的，為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)控制的某些功能，

71、不得不增加較多的外器件必須以多片集成電路方能構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)。</p><p>　　近年，國(guó)外著名半導(dǎo)體集成電路廠(chǎng)商為滿(mǎn)足高性能電動(dòng)制需要，推出了一些電動(dòng)機(jī)控制專(zhuān)用單片微處理器。它們可頻驅(qū)動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)、采用斬波器驅(qū)動(dòng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)控制也可用于UPS電源等。其中較有代表性的就是Intel公司的MCS-96系列16位單片機(jī)中的80C196MC[3]。本文所述系統(tǒng)就是利80C196MC單片機(jī)的波形發(fā)生器

72、WFG產(chǎn)生六路雙極性的SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路的IGBT進(jìn)行逆變的。由于單片機(jī)運(yùn)算速度極快(采用16M晶振)，完全可以實(shí)現(xiàn)雙極性SPWM控制。</p><p>　　變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)電路主要以80C196MC為控制主題，由芯片產(chǎn)生SPWM波形，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT逆變，實(shí)現(xiàn)雙極性SPWM控制[4]。</p><p>　　同時(shí)，按照不同的具體運(yùn)用，變頻器可能還會(huì)出現(xiàn)各種不同的分

73、類(lèi)。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路以及保護(hù)電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1a, b, c</p><p><b>　　a控制電路框圖</b></p><p><b>　　b驅(qū)動(dòng)電路框圖</b><

74、;/p><p><b>　　C主電路方框圖</b></p><p>　　圖3-1 硬件電路方框圖</p><p>　　控制電路以80C196MC為核心，輸出六路互補(bǔ)SPWM波形，輸入和電位器模擬輸入兩種輸入方式，可以用鍵盤(pán)數(shù)字電流檢測(cè)以及測(cè)速碼盤(pán)的接入口在控制電路中全都預(yù)留有接口。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路是控制電路和

75、主電路之間的接口電路，主要完成SPWM波形的隔離、放大，然后驅(qū)動(dòng)主電路[5]。</p><p>　　3.1 控制器的選擇</p><p>　　8XC196MC單片機(jī)是Intel公司專(zhuān)門(mén)為電機(jī)高速控制設(shè)計(jì)的一種16位微控制器，其后綴MC正是電機(jī)控制(Motor Controller)的縮寫(xiě)，它己被廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在各種電器的電機(jī)控制中。8XCI96

76、MC根據(jù)片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器的區(qū)別可以分為:80C196MC(無(wú))、83C196MC (ROM)，87CI96MC (EPROM)，它們的外部引腳，指令集完全一樣，其82腳PLCC封裝形式的引腳圖如圖3-2所示。本系統(tǒng)采用8OC196MC設(shè)計(jì)，控制電路同樣適用于87C196MC和83C196MC[6]。</p><p>　　8OC196MC的基本結(jié)構(gòu)主要包括算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件RALU，寄存器集，內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，P

77、WM發(fā)生器，事件處理陣列EPA，三相互補(bǔ)5PWM輸出發(fā)生器以及看門(mén)狗、時(shí)鐘、中斷控制邏輯等，如圖3-2：</p><p>　　XTAL EXTINT NMI</p><p>　　5根6根 2根</p><p>　　圖3-2 80C196MC基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　在本系統(tǒng)

78、中，單片機(jī)主要資源分配如下：</p><p><b>　　片內(nèi)外設(shè):</b></p><p>　　P0.0——速度給定輸入。</p><p>　　P1.0——啟動(dòng)/停止命令輸入。</p><p>　　P2.0-P2.6——三位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示值輸出</p><p>　　P3口、P4口—外擴(kuò)展ROM地

79、址/數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn).</p><p>　　P5.0,P5.3—外擴(kuò)展ROM控制信號(hào)線(xiàn)。</p><p>　　P6.7,P6.6,P2.7—三位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示位選擇輸出.</p><p>　　P6.0-P6.5-WFG六路SPWM信號(hào)輸出.</p><p>　　EXTINT——過(guò)壓、過(guò)流中斷信號(hào)輸入。</p><p><

80、;b>　　片內(nèi)RAM:</b></p><p>　　OOOOOH- 00017H---CPU專(zhuān)用寄存器，直接尋址。</p><p>　　OIFOOH- OIFFFH一內(nèi)部專(zhuān)用寄存器，CPU專(zhuān)用寄存器窗口尋址。</p><p><b>　　片外ROM:</b></p><p>　　02000H-07FFF

81、H—監(jiān)控、計(jì)算程序及數(shù)據(jù)表。</p><p>　　80C196MC有64K存貯空間，除了OOOOH-OIFFH,IFOOH-IFFFH,2000H-207FH三個(gè)專(zhuān)用區(qū)，以及表明“保留”的單元以外，其它都可以由用戶(hù)任意安排作為程序存貯區(qū)、數(shù)據(jù)存貯區(qū)或存貯區(qū)映射的外設(shè)區(qū)，但是系統(tǒng)復(fù)位后，程序由2080H單元開(kāi)始執(zhí)行，因此與2080H相鄰的區(qū)域必須配置成程序存貯區(qū)。</p><p>　　80C

82、196MC的片內(nèi)寄存器陣列共包括512個(gè)字節(jié)，分為低256字節(jié)和高256字節(jié)，低256字節(jié)中的最低的24字節(jié)為特殊功能寄存器SFR, RALU在運(yùn)算過(guò)程中，不象其它的單片機(jī)那樣只使用一個(gè)累加器，而是把這256個(gè)寄存器都當(dāng)作累加器，這樣就避免了使用單個(gè)累加器所產(chǎn)生的“瓶頸效應(yīng)”，高256字節(jié)寄存器雖然不能象低256字節(jié)的寄存器那樣直接當(dāng)累加器用，但是它們可以通過(guò)80C196MC的窗口技術(shù)，切換成具有累加器功能的256字節(jié)，因此使得編程容易

83、，執(zhí)行速度更快。</p><p>　　8OC196MC的特殊功能寄存器SFR除了24個(gè)在寄存器集低端以外，大部分在存儲(chǔ)空間的1FOOH-1FFFH中，在使用這些特殊功能寄存器時(shí)為了加快操作速度，通常使用窗口技術(shù)把它們映射到低256字節(jié)寄存器區(qū)[7]。</p><p>　　3.2 控制信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)</p><p>　　片內(nèi)波形發(fā)生器WFG(WaveForm Ge

84、nerator)是80C196MC獨(dú)具的特點(diǎn)之一。這一外設(shè)裝置大大簡(jiǎn)化了用于產(chǎn)生SPWM波形的控制軟件和外部硬件，特別適應(yīng)于控制三相交流感應(yīng)電機(jī)。</p><p>　　外 外部中斷請(qǐng)求</p><p>　　各載波周期 外部中斷輸入 </p><p>　　中斷請(qǐng)求

85、 </p><p>　　圖3-3 波形發(fā)生器框圖</p><p>　　三相SPWM波形是由U，V,W三個(gè)單相SPWM波形生成器構(gòu)成的，其中一相電路的原理圖如圖3-3所示，它由脈寬發(fā)生，死區(qū)脈寬發(fā)生，脈沖合成及保護(hù)電路等單元電路構(gòu)成。WFG可以產(chǎn)生獨(dú)立的三對(duì)PWM波形，但它們有共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作方式一旦啟動(dòng)之后，WFG只要求CPU在改變PW

86、M的占空比時(shí)加以干預(yù)。</p><p>　　波形發(fā)生器WFG有三個(gè)同步的PWM模塊，每個(gè)模塊包含一個(gè)相位比較器、一個(gè)無(wú)信號(hào)時(shí)間發(fā)生器和一對(duì)可編程的輸出。WFG可以有獨(dú)立的占空比，但它們有共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作方式，一旦啟動(dòng)之后，WFG只要求CPU在改變PWM的占空比時(shí)加以干預(yù)，因此使用方便，快速性好。WFG的每個(gè)模塊產(chǎn)生一對(duì)互補(bǔ)的PWM波。無(wú)信號(hào)時(shí)間是為防止功率器件同一橋臂直通而損壞功率器件必須的。該芯

87、片的無(wú)信號(hào)時(shí)間可以由用戶(hù)自己設(shè)計(jì)，具體參數(shù)的選擇見(jiàn)后面的無(wú)信號(hào)時(shí)間寄存器的介紹。</p><p>　　從功能上看波形發(fā)生器可以分為三個(gè)部分，時(shí)基發(fā)生器、相位驅(qū)動(dòng)通道和控制電路。</p><p>　　時(shí)基發(fā)生器為PWM建立載波周期，該周期取決于WG_RELOAD寄存器的值和操作方式.時(shí)基發(fā)生器的核心是一個(gè)16位雙向計(jì)數(shù)器WG_ COUNT，可工作于四種不同的方式，產(chǎn)生中心對(duì)準(zhǔn)或邊沿對(duì)準(zhǔn)的PW

88、M波，中心對(duì)準(zhǔn)PAM方式所造成的諧波小，因此在三相交流感應(yīng)電機(jī)時(shí)，就采用這種方式，本系統(tǒng)就采用這種方式工作。</p><p>　　相位驅(qū)動(dòng)通道決定PWM波的占空比。共有三對(duì)獨(dú)立的相位驅(qū)動(dòng)通道，每個(gè)通道的電路是相同的。</p><p>　　控制電路部分包括一些用來(lái)確定工作模式和其它配置信息的寄存器。一個(gè)可編程的保護(hù)電路可監(jiān)視EXTINT輸入腳，若檢測(cè)到一次有效的事件，就產(chǎn)生一次中斷，禁止波形

89、輸出。</p><p>　　波形發(fā)生器的專(zhuān)用寄存器的設(shè)置直接影響系統(tǒng)的工作方式，因此有必要簡(jiǎn)單介紹一下。</p><p>　　雙向計(jì)數(shù)寄存器WG_COUNT，它是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，是3對(duì)輸出信號(hào)的時(shí)基發(fā)生器，它的時(shí)鐘頻率是晶振的兩分頻，它是一個(gè)只讀的寄存器。</p><p>　　重裝載寄存器WG_RELOAD，對(duì)該寄存器寫(xiě)入的值也就是半載波周期的值寄存器是可讀寫(xiě)的

90、。</p><p>　　相位比較寄存器WG_COMPX。共有3個(gè)，分別控制三相值就是要求改變占空比的值，它是一個(gè)可讀寫(xiě)的寄存器，信號(hào)也是向CPU申請(qǐng)中斷的信號(hào)。</p><p>　　波形控制寄存器WG_CON，它是一個(gè)16位寄存器其定義見(jiàn)表3-1</p><p>　　表3-1 WG-CON寄存器</p><p>　　15 14

91、13 12 11 10 9-0</p><p>　　0 0 CS EC D9-D0</p><p>　　其中D15,D14是保留位，必須寫(xiě)0</p><p>　　，是 方式控制位M,Mo=00,01,10,11時(shí)分別對(duì)應(yīng)方式0,1 ,2,3</p><p>　　CS是

92、計(jì)數(shù)器狀態(tài)位CS=1，向上計(jì)數(shù)，C5=0，向下計(jì)數(shù)</p><p>　　EC是計(jì)數(shù)器允許位EC=1，允許計(jì)數(shù)，EC=O,禁止計(jì)數(shù)</p><p>　　WG-CON 寄存器的低10位D9-DO，是3個(gè)10位無(wú)信號(hào)時(shí)間(dead_time)</p><p>　　發(fā)生器的重裝載寄存器，所產(chǎn)生的無(wú)信號(hào)時(shí)間由D9-DO決定，單位是狀態(tài)周期，在16M晶振時(shí)，每個(gè)狀態(tài)周期是125

93、ns。</p><p>　　波形輸出控制寄存器WG-OUT，該寄存器用于選擇輸出引腳的輸出信號(hào)方式，具體定義見(jiàn)表3-2</p><p>　　表3-2 波形輸出寄存器WG-OUT</p><p>　　15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0</p><p>　　P

94、H PH PH PH PH PH PH PH PH</p><p>　　OP1 OP0 SYNC PE7 PE6 3.2 2.2 1.2 P7 P6 3.1 3.0 2.1 2.0 1.1 1.0</p><p>　　其中OP1=1 WG1, WG2, WG3高有效</p><p>　　OP1=0 WG1,WG2,WG3低有效<

95、/p><p>　　OPO =1 、,高有效</p><p>　　OPO =O ,,,低有效</p><p>　　SYNC= 1與重置觸發(fā)同步</p><p>　　SYNC=O立即裝入</p><p>　　PE7, PE6, P7, P6用于控制CPU兩個(gè)PWM的輸出信號(hào)</p><p>　　PH 1

96、.2 ,P H1.1,PH1.0 用于控制和WG1</p><p>　　PH2.2 ,P H2.1,PH2.0用于控制和WG2</p><p>　　PH3.2 ,PH 3.1,PH3.0用于控制和WG3</p><p>　　此項(xiàng)設(shè)計(jì)是波形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，通過(guò)此寄存器的設(shè)置可以靈活的達(dá)到所要求的方式，波形輸出選擇高有效還是低有效，直接與硬件的邏輯電平有關(guān)，要根據(jù)具體電

97、路設(shè)置，本設(shè)計(jì)按要求采用低有效。</p><p>　　波形保護(hù)控制寄存器WG_PROTECT，它可以靈活的設(shè)定外部中斷EXTINT的中斷請(qǐng)求信號(hào)的方式，外部中斷一般用于保護(hù)電路。</p><p>　　其中ES選通采樣電路位，ES=1靠電平采樣觸發(fā)保護(hù)/中斷</p><p>　　ES=O靠邊沿觸發(fā)保護(hù)/中斷</p><p>　　IT中斷形式控制

98、位，IT=1上升沿或高電平觸發(fā)</p><p>　　IT=O下降沿或低電平觸發(fā)</p><p>　　DP禁止/允許保護(hù)電路，DP=l禁止保護(hù)電路</p><p>　　DP=O允許保護(hù)電路</p><p>　　ED允許/禁止輸出位，EO=1允許輸出</p><p><b>　　EO=0禁止輸出</b>

99、;</p><p>　　80C196MC內(nèi)部的保護(hù)電路對(duì)應(yīng)的外部引腳為EXTINT，當(dāng)有一個(gè)有效的輸入信號(hào)加在EXTINT管腳上時(shí)，該信號(hào)觸發(fā)保護(hù)電路，于是波形輸出被禁止，同時(shí)產(chǎn)生WG中斷?？梢?jiàn)在不需要軟件干預(yù)的情況下，8OC196MC就可以快速、可靠的完成保護(hù)功能，保證主電路中功率器件的安全，在EXTINT中斷服務(wù)程序中，可以判斷故障類(lèi)型，以便相應(yīng)的處理[8]。</p><p>　　3.

100、3 驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的介紹</p><p>　　驅(qū)動(dòng)芯片IR21l0是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開(kāi)關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單，其特點(diǎn)是：設(shè)置了自舉浮動(dòng)電源，使用單電源來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離驅(qū)動(dòng)，具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道，只用一路電源可同時(shí)驅(qū)動(dòng)上、下橋臂m1。芯片的外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需要少量的元器件，還具有短路保護(hù)、欠壓

101、保護(hù)等。</p><p>　　它包括邏輯輸入、電平轉(zhuǎn)換、保護(hù)、上橋臂輸出和下橋臂輸出幾個(gè)部分。</p><p>　　邏輯輸入端采用施密特觸發(fā)電路，以提高抗干擾能力。輸入邏輯電路與TTL、C0MS電平兼容，其輸入引腳閥值與電源成比例，為電源電壓的10％。低壓通道和高壓通道兩個(gè)通道相對(duì)獨(dú)立，LIN和HIN分別為低壓側(cè)通道和高壓側(cè)通道的輸入端，LO和H0分別為低壓側(cè)通道和高壓側(cè)通道的輸出端[9]

102、。</p><p>　　IR2110還設(shè)有保護(hù)功能SD端(1l腳)。只有當(dāng)SD端輸入為邏輯高電平時(shí)，控制信號(hào)才有效。</p><p>　　3.3.2 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398過(guò)壓保護(hù)(OVP)器件用于保護(hù)后續(xù)電路免受甩負(fù)載或瞬間高壓的破壞。器件通過(guò)控制外部串聯(lián)在電源線(xiàn)上的n溝道MOSFET實(shí)

103、現(xiàn)。當(dāng)電壓超過(guò)用戶(hù)設(shè)置的過(guò)壓門(mén)限時(shí)，拉低MOSFET的柵極，MOSFET關(guān)斷，將負(fù)載與輸入電源斷開(kāi)。 過(guò)壓保護(hù)(OVP)器件數(shù)據(jù)資料中提供的典型電路可以滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的需求。然而，有些應(yīng)用需要對(duì)基本電路進(jìn)行適當(dāng)修改。本文討論了一種應(yīng)用：增大電路的最大輸入電壓，在過(guò)壓情況發(fā)生時(shí)利用輸出電容存儲(chǔ)能量。</p><p>　　如果再使用80C196MC的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器可快速完成電流電壓的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換，從而節(jié)省了外

104、圍A/D轉(zhuǎn)換硬件電路。PTS提供了5種操作模式：一次傳送模式、塊傳送模式、A/D模式、HIS模式、HSO模式。本文采用了PTS－A/D模式。其工作過(guò)程為： A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)采用中斷方式，即由軟件定時(shí)器按采樣周期定時(shí)，產(chǎn)生中斷后進(jìn)入中斷子程序。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后影射到PTS通道，可以使PTS工作于A/D模式。在這種模式下，第一次A/D轉(zhuǎn)換完成后將自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)定的下次A/D轉(zhuǎn)換，并把先前結(jié)果放到存儲(chǔ)器內(nèi)的表格中，而且這種模式還可設(shè)定循環(huán)次

105、數(shù)，完成若干次A/D通道的轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入PTS中斷周期可執(zhí)行PTS中斷子程序。</p><p>　　MAX6495–MAX6499系列小型、低電流過(guò)壓保護(hù)電路適用于汽車(chē)和工業(yè)等應(yīng)用中的大電壓跳變系統(tǒng)。這些器件監(jiān)視輸入電壓，在出現(xiàn)輸入過(guò)壓時(shí)，控制外部n溝道MOSFET開(kāi)關(guān)，隔離輸出負(fù)載。MAX6495–MAX6499可工作在較寬的+5.5V至+72V供電電壓范圍內(nèi)。</p><p>　　當(dāng)監(jiān)

106、控輸入低于用戶(hù)設(shè)置的過(guò)壓門(mén)限時(shí)，n溝道MOSFET柵極被驅(qū)動(dòng)為高。集成的電荷泵電路提供一個(gè)10V柵極-源極電壓，完全導(dǎo)通n溝道MOSFET。當(dāng)輸入電壓超過(guò)用戶(hù)設(shè)置的過(guò)壓門(mén)限時(shí)，迅速拉低MOSFET的柵極，將負(fù)載與輸入斷開(kāi)。在某些應(yīng)用中，不希望將負(fù)載和輸出斷開(kāi)。在這些情況下，保護(hù)電路可配置為電壓限幅器，GATE輸出齒波來(lái)限制負(fù)載電壓(MAX6495/MAX6496/MAX6499)。</p><p>　　MAX64

107、96支持較低的輸入電壓，通過(guò)外部串聯(lián)p溝道MOSFET替換外部電池反接保護(hù)二極管來(lái)降低功率損耗。MAX6496產(chǎn)生合適的偏置電壓，確保p溝道MOSFET在正常工作時(shí)打開(kāi)導(dǎo)通。出現(xiàn)拋負(fù)載情況時(shí)，柵極-源極電壓被嵌箝位，電池反接時(shí)p溝道MOSFET被關(guān)斷。</p><p>　　MAX6497/MAX6498具有一個(gè)開(kāi)漏、通用比較器，在輸出低于設(shè)置門(mén)限時(shí)，可通知系統(tǒng)。MAX6497保持MOSFET開(kāi)關(guān)閉鎖，直至輸入電源

108、重新上電或者刷新/SHDN引腳為止。當(dāng)VOVSET降至130mV以下時(shí)，MAX6498將會(huì)自動(dòng)重啟。</p><p>　　這些器件采用小尺寸、熱增強(qiáng)的型6引腳和8引腳TDFN封裝，工作在-40°C至+125°C溫度范圍。</p><p>　　額定電壓為380V，變頻范圍3—100Hz。3—50HZ為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50—100Hz為恒功率調(diào)速。</p><

109、;p>　　風(fēng)機(jī)型號(hào)VEC—V6—132F3，風(fēng)機(jī)功率：132KW，額定電壓：380V，額定電流：245A，轉(zhuǎn)速2980轉(zhuǎn)/分，運(yùn)行電流：120A～180A；風(fēng)量：12776m3/h；風(fēng)壓：21995Pa控制方式 鍵盤(pán)調(diào)速+鍵盤(pán)運(yùn)行。</p><p>　　2 上限頻率 50HZ</p><p>　　4 加速時(shí)間 112</p><p><b>　　5

110、減速時(shí)間 80</b></p><p><b>　　6 轉(zhuǎn)矩提升 17</b></p><p><b>　　7 載波頻率 5</b></p><p>　　9 上升/下降控制 有效</p><p>　　10 自由停車(chē)功能 有效</p><p>　　11 電流限幅功能

111、 有效</p><p>　　圖3-5 過(guò)電壓保護(hù)電路</p><p>　　工作過(guò)程如下：兩個(gè)輸出通道(上通道H0及下通道LO)通過(guò)邏輯電路與輸入信號(hào)HIN和LIN相對(duì)應(yīng)，當(dāng)保護(hù)輸入端SD為高電平時(shí)，施密特觸發(fā)器反相器的輸出端為低電平，兩個(gè)RS觸發(fā)器的置位信號(hào)無(wú)效，則兩或非門(mén)的輸出跟隨HIN及LIN變化，控制信號(hào)有效；當(dāng)SD端輸入低電平時(shí)，因施密特觸發(fā)器的輸出端為高電平，兩個(gè)RS觸發(fā)器置位