煤礦提升機(jī)畢業(yè)論文

1、1畢業(yè)設(shè)計專題題目_礦山提升機(jī)_摘要本文介紹了礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，對設(shè)計中的一些技術(shù)問題進(jìn)行了討論，實(shí)現(xiàn)了 轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，并且輸出轉(zhuǎn)矩大，再生能量能夠回饋電網(wǎng)。本設(shè)計采用in tel公司的低功耗16位單片機(jī)N87C196M（作為主控芯片，其內(nèi)部集成了三相波形發(fā)生器，非常適合三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速。功率器件采用EUPEC公司（歐派克）的第三代IGBT（FF400R12KE3）,導(dǎo)通壓降低1.7V,使功率器件的自身功耗大幅度降低。 控制信號采用光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)了高壓部分和低壓部分的隔離，提高了抗干擾能了。關(guān)鍵詞：礦山提升機(jī) 變頻調(diào)速系統(tǒng)能量回饋2Abstract:The paper introd

2、uces mine hoist variable frequency speed regulation system, some technicalproblems in the design is discussed, the continuous adjustable speed and torque, renewable energy tobe able to give back to the grid.This design USES the Intel company low-power 16-bit single chip N87C196MC as control chip,its

3、 internal integration of the three-phase waveform generator, very suitable for three-phaseasynchronous motor inverter. Power devices using EUPEC company (the third generation ofEuropean parker) FF400R12KE3), IGBT (conduction pressure, reducing power components and 1.7 Vof their consumption greatly r

4、educed. By using optical fiber transmission control signals, and lowvoltage isolation, improve the partial interference.Keywords : mine hoist speed-adjusted system energy feedback3目錄1礦山提升機(jī) , , , 71.1引言 , 71.2礦山提升機(jī)對變頻器的要求 , 72提升機(jī)變頻器主電路 , , , 82.1功率器件 ,82.2變頻調(diào)速的原理 ,92.3主回路原理圖 ,122.4逆變單元并聯(lián) ,143提升機(jī)變頻器的制

5、動 , , 163.1直流制動 ,163.2能耗制動 ,163.3能量回饋 ,164外圍硬件電路 ,194.1 IGBT 驅(qū)動電路 ,194.2 光纖接受電路 ,224.3 過欠壓及死機(jī)保護(hù)電路 ,234.4 短路、過流及溫度保護(hù) ,244.5 交流接觸器延時 自充電延時板 ,265微機(jī)電路 ,295.1 交直變換部分 ,295.2 能耗電路部分 ,305.3 直交變換部分 ,305.4 緩沖電路 , , , 306參考文獻(xiàn) ,327致 謝 ,33第一章礦山提升機(jī)1.1 引言交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)已在泵類、風(fēng)機(jī)類負(fù)載上得到廣泛應(yīng)用，并且還在大面積的推4廣。但大多數(shù)礦山提升機(jī)還在沿用著傳統(tǒng)的繞線

6、式異步電動機(jī)，用轉(zhuǎn)子串電阻的方法調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，能量處理不利，運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，故障率高。礦山生產(chǎn)是24小時連續(xù)作業(yè)，即使段時間停機(jī)維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。礦山對提升機(jī)的技術(shù)改造 要求迫切，迫在眉睫。那么，為什么變頻調(diào)速未能及時搶占這塊市場呢？這是因?yàn)榈V山提 升機(jī)對變頻器的要求確實(shí)難了些，不可能把風(fēng)機(jī)、水泵用的變頻器直接用到提升機(jī)上。1.2 礦山提升機(jī)對變頻器的要求主井絞車的主要任務(wù)是向上提煤，提升方式采用一噸標(biāo)準(zhǔn)式礦車串車提升，一次提升量為6噸，根據(jù)絞車的工作狀況，對配用的變頻器用如下要求：1、礦山電壓波動大，要求變頻器在380 +20%能正常工作。2、 運(yùn)行平穩(wěn)，盡量減少

7、運(yùn)行中的機(jī)械沖擊。3、 能夠四象線運(yùn)行。4、 要求變頻器在整個工作過程中提供所需的力矩特性：4啟動力矩要大， 特別是當(dāng)?shù)V車停在井筒中間時， 要求啟動力矩比額定力矩大的多， 若力矩不足，可能出現(xiàn)啟動時礦車下滑的現(xiàn)象。啟動力矩大于2倍額定力矩，低速力矩要求在6HZ寸大于1.6額定力矩。(2)運(yùn)行中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時，應(yīng)能給出大的制動力矩。1.%2當(dāng)下放絞車或減速時，電動機(jī)有可能處于發(fā)電狀態(tài)，這時變頻器應(yīng)能把再生能量回饋導(dǎo)電網(wǎng)。2.%2提升機(jī)一個提升周期約為4分鐘，一天提升250次左右，頻繁啟動、頻繁加減速， 要求變頻器具有很高的靈活性和可靠性。(5)過載能力：1、160%額定電流，允許

8、1分鐘2、220%額定電流，允許1.5秒三種制動方式：(1)直流制動(2)回饋制動，帶有能量回饋單元，將制動時產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)。(3)能耗制動，用好能電阻絲消耗再生能量安全保護(hù)功能要求變頻器具有過壓、欠壓、過載、短路、溫升等多種保護(hù)功能。5第二章提升機(jī)變頻器主電路2.1 功率器件電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)，計算機(jī)技術(shù)和自動控制理論是變頻器發(fā)展的支柱。電力電子器件由最初的半控器件SCR發(fā)展為全控器件GTO晶閘管、GTR MOSFETIGBT,到今年研制出的IPM，單個器件的電壓值和電流值的定額越來越大，工作速度越來越高， 驅(qū)動功率和管耗越來越小。變頻技術(shù)的核心控制由單片機(jī)完成，這些新

9、技術(shù)和自動控制理論 使變頻器的容量越來越大，功能越來越強(qiáng)。本設(shè)計采用EUPE(公司的第三代IGBT。下面簡單談一下IGBTIGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)全名絕緣柵極晶體管，它具有MO和BJT雙重功效。它是八十年代中期發(fā)展起來的一種新型復(fù)合器件。由于它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，從輸入上看，IGBT具有MOSFE的輸入特性：輸入阻抗高，屬電壓控制元件，因而驅(qū)動簡單，速度快、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，從輸出側(cè)看，它具有BJT的輸出特性：通態(tài)電壓低耐壓高的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快，倍受歡迎，在電機(jī)驅(qū)動、中頻和開關(guān)電源以及要求快速、 低損耗的領(lǐng)域，IGBT有取

10、代MOSFE和GTR的趨勢?，F(xiàn)在IGBT耐壓有1200V,1700V,3300V級， 電流可達(dá)幾百安，上千安，開關(guān)頻率十幾K,這些技術(shù)指標(biāo)均可滿足變頻器的要求。FF400R12KE內(nèi)部封裝了兩個串聯(lián)的IGBT，額定電壓為1200V,額定電流為400A,導(dǎo)通壓降 為1.7V。內(nèi)部電路如下圖：6X1：12B2091IOfi.4外部俯視圖柵極驅(qū)動電壓IGBT開通時，正向柵極電壓的值應(yīng)該足夠令I(lǐng)GBT產(chǎn)生完全飽和，并使通態(tài)損耗減至最小，同時也應(yīng)限制短路電流和它所帶來的功率應(yīng)力。在任何情況下，開通 時的柵極驅(qū)動電壓，應(yīng)該在1220 V之間。當(dāng)柵極電壓為零時IGBT處于斷態(tài)。但是， 為了保證IGBT在集電

11、極發(fā)射極電壓上出現(xiàn)dv/dt噪聲時仍保持關(guān)斷，必須在柵極上施加一個反向關(guān)斷偏壓，采用反向偏壓還減少了關(guān)斷損耗。反向偏壓應(yīng)該在5 15 V之間。2.2 變頻調(diào)速的原理(1)VVVF變壓變頻變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。提升機(jī)變頻器采用VVVF(Variable Voltage Variable Frequency )調(diào)速異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p s=( n1- n)/n1P:電動機(jī)極對數(shù)n1:同步轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n,由三種方法：3)變p,只可跳變，不能連續(xù)調(diào)速，有局限性4)變s,調(diào)速范圍越寬，系統(tǒng)效率越低5)變f,可連續(xù)大范圍調(diào)速，轉(zhuǎn)差率小，效率高n與f

12、成正比，通過改變f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)f在0-50hz范圍變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。7但僅改變頻率，電機(jī)將被燒壞，尤其當(dāng)頻率降低時，問題更突出。 三相異步電動機(jī)每相繞組的反電動勢公式：E=4.44f*N*K*=c*E/f與V/F成比例其中：E:為每相定子繞組的反電動勢N:為每相定子繞組的匝數(shù)K:為系數(shù)為了保持 磁通不變，故必須保持V/F恒比。如果磁通太弱就等于沒有充分利用電動機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，過大的勵磁電流會使繞組過熱而損壞電動機(jī)。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變f的同時，也改變U.5在

13、頻率低于供電的額定電源頻率時屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。變頻器設(shè)計時為維持電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，必須維持每極氣隙磁通不變，從公式可知，也就是要使E/f=常數(shù)。這是在忽略定子漏阻抗壓降的前提下，可以認(rèn)為供給電機(jī)的電壓U與頻率f按相同比例變化，即U/f=常數(shù)。但是在頻率較低時，定子漏阻抗壓降已不能忽略，從而導(dǎo)致主磁通和輸出轉(zhuǎn)矩下降，因此要人為地提高定子電壓U,以作漏抗壓降的補(bǔ)償，維持E/f常數(shù)，保證主磁通 基本不變。因此這種方法被稱為電壓補(bǔ)償(轉(zhuǎn)矩提升)。此時變頻器輸出U/f關(guān)系如下圖中的曲線2,而不再是曲線1。1U心常數(shù)2E/常數(shù)屮6控制方式SPWM微機(jī)控制的SPWM算法有多種，常用的有自然取樣法和規(guī)則取樣法。

14、自然取樣法圖(a)采用計算的方法尋找三角載波a與參考正弦波UR的交點(diǎn)作為開關(guān)值以確定SPWM的脈沖寬度，這種方法誤差小、精度高，但是計算量大，難以做到實(shí)時控制，用查表法將占用大量8內(nèi)存，調(diào)速范圍有限，一般不采用。規(guī)則取樣法圖(b)采用近似求和UR交點(diǎn)的方法，通過兩個三角波峰之間中線與UR的交點(diǎn)作水平線與兩個三角波分別交于A和B點(diǎn)，由交點(diǎn)確定SPWM勺脈寬，這種方法計算量相對自然取樣法小的多，但存在一定誤差。本設(shè)計采用 第二種方法。1.2等效面積法把一個正弦半波分為N等分，每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相同的等高矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合，這樣，

15、由N個等幅而不等寬的矩形脈沖所構(gòu)成的波形就與正弦半波等效，顯然這一系列脈沖波形的寬的和開關(guān)時刻可以嚴(yán)格地用數(shù)學(xué)方法計算得到。如圖2所示，在區(qū)間t , t+t，正弦波面積為S1,則有：Xi =M x Us+Arsin靜曲V |=x (A cos ty? - cos ty(/ 4- Af)陽式中M為調(diào)制深度，Us為直流電源電壓。對應(yīng)圖中脈沖面積S2=3*Us/2將正弦信號的正半周N等分，則每份為n/N弧度，由圖知脈沖高度為，設(shè)脈沖寬度為2/SU冷，則第K份正弦波面積與對應(yīng)的第K個SPW嘛沖面積相等，解得:如下圖所示，IGBT的開關(guān)時間按如下計算:IGBT開啟時刻：9Ton=(t-Sk)/2=1/(

16、2Fn)-Sk/2IGBT關(guān)斷時刻：Toff=(t+Sk)/2=1/(2Fn)+Sk/22.3 主回路原理圖根據(jù)直流濾波環(huán)節(jié)的不同，交-直-交調(diào)速可以分為電壓型和電流型。直流環(huán)節(jié)10g g 濾渡濾渡回慣回慣主回路原理圖(1)交-直-交變頻器的主回路先把工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電送入到逆變電路，由于剛上電時，電解電容兩端的電壓為零，所以直流回路和回饋輸出部分都串有限流電阻，防止 充電電流過大損壞電解電容和整流二極管，延時一段時間后并聯(lián)在限流電阻兩端的交流接 觸器會降其短接。變頻器主電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)，逆變幾部分組成，而提升機(jī) 變頻器多了回饋部分。 整流部分為三相

17、橋式不可控整流電路，逆變部分為IGBT三相逆變器，輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)采用電解電容濾波，直流儲能和緩沖無功功率當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，這時逆變電路的與IGBT反并聯(lián)的續(xù)流二極管在完成續(xù)流的同時，又起到了三相全波整流的作用，使得再生能 量能夠倒灌，為電解電容充電，使母線電壓升高，但升高到一定程度時，回饋電路工作， 把再生能量回饋導(dǎo)電網(wǎng)。制動電阻：再生制時，雖然回饋電路工作把再生能量回饋導(dǎo)電網(wǎng)， 但并不能保證完全回饋，如果母線電壓繼續(xù)上升，這時對IGBT和電解電容都非常危險。因此，須將再生到直流電路的能量消耗掉電阻上，使母線電壓不至于過高，這樣提高了提

18、升 機(jī)變頻器的安全。主回路IBGT吸收電路，其中圖3A是由一個無感電容組成，適用于小功率設(shè)計，用作對 瞬變電壓有效吸收而低成本的控制。隨著功率級別的增大，這種緩沖電路可能會同母線寄 生電感作減幅振蕩，此時采用如圖3B所示的電路結(jié)構(gòu)，使用快恢復(fù)二極管箝住瞬變電壓，從而抑制諧振的發(fā)生。i h整流整流濾波濾波剎車剎車逆妾逆妾111)直流電抗器二極管鎮(zhèn)流器雖然是全波整流，但由于其輸出端有濾波電容的存在，只有當(dāng)交流電壓大 于電容兩端的電壓時，才有電流流通，交流電壓低于電容兩端的電壓時，電流終止，因此 輸入程脈沖波形，加輸入電抗器功率因數(shù)提升65%-75%而直流電抗器可提升90%電抗器的阻抗Z=JwL=J

19、2刃*L/T電抗器的阻抗壓降U=2刃*f*L*I因?yàn)槭请妷盒偷淖冾l器，所以要求電抗器的阻抗壓降U=2刃*f*L*I3%*母線電壓。2.4 逆變單元并聯(lián)由于提升機(jī)變頻器輸出功率大，工作電壓為380V,這就要求提升機(jī)變頻器有很大的輸出電流的能力。因此本設(shè)計采用逆變單元并聯(lián)的方式。四個相同的逆變單元并聯(lián)輸出，輸出 通過均流電抗器進(jìn)行均流。四單元并聯(lián)接線如下圖：逆變單元逆變單元14均就電抗器均就電抗器12四單元并聯(lián)接線圖L/WVWWiAAAAAAAAU1piAA/WWWWWVWri/vwvwwvwwwwvwvwwwww均流電抗器的連接圖U2WVWWWVWWWU3kAA/WWWVWWWU413由于均流電

20、抗器的作用，強(qiáng)制四個逆變單元的電流限等。這種方法與功率器件的直接 并聯(lián)得到大容量輸出相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：1功率器件直接并聯(lián)運(yùn)行，要求并聯(lián)的器件參數(shù)一致性好，同時對于裝配工藝要求特別高，而采用單元并聯(lián)，由于均流電抗器的作用，可以不要求器件選配。只要均流電抗器選的合適，可以很容易將均流誤差限制在5%之內(nèi)，這是功率器件直接并聯(lián)難以達(dá)到的結(jié)果。2、器件直接并聯(lián)的總?cè)萘颗c個器件容量的總和并不相等，即功率器件直接并聯(lián)時必須 降額使用，并聯(lián)數(shù)目越多，降額約大，但并聯(lián)數(shù)量達(dá)到一定程度是之后，增加并聯(lián)器件的 數(shù)量，對增加容量的作用甚小。即使說，器件直接并聯(lián)器最大容量值是有限制的。第三章提升機(jī)變頻器的制動(2)直流

21、制動直流制動是以pwm方式向電機(jī)的某一繞組施加一定占控比得直流脈沖，使電機(jī)氣隙 磁場維持某一恒定方向不變，對運(yùn)動中的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動力矩而起到剎車作用主令控制器給出“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”命令后，如果沒有給出“松閘”信號，變頻器 會在電機(jī)上施加直流制動轉(zhuǎn)矩，確保松開制動閘過程中重車不下滑。在給出“松閘”信號 后，變頻器開始運(yùn)行。制動油泵開啟后，若不小心松開制動閘觸動“松閘”行程開關(guān)，變 頻器接收到“松閘”信號，同時在電機(jī)上施加直流制動轉(zhuǎn)矩，確保重車不下滑。當(dāng)重車在 井筒中間停車時，變頻器由高速至停機(jī)后，隨之施加直流制動轉(zhuǎn)矩使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，當(dāng)機(jī) 械制動起作用后，方去掉直流制動，使重車靠機(jī)械抱閘的作用停止，

22、同時，由于直流制動 提供的制動力矩能夠平穩(wěn)的對負(fù)載制動，緩沖了機(jī)械制動對閘皮的磨損。如下圖，制動時 可以向V13.2 能耗制動ZLK _L1.T 2Tc IKUVW14電阻R2位耗能電阻，當(dāng)回饋單元不能完全把再生能量回饋到電網(wǎng)時，母線電壓過高會威 脅功率器件IGBT和電解電容的安全，這時微機(jī)板會根據(jù)母線電壓的上升的情況輸出占空比 可調(diào)的剎車信號，把多余的來不及回饋的能量消耗在電阻上。電阻R2、C及二極管能量回饋(1)能量回饋控制方式實(shí)現(xiàn)15要實(shí)現(xiàn)能量回饋，須保持與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同頻同相，若保持同頻同相，則電抗上電壓只要保持90的相位差，V2及V1 V2的相位角和功率的關(guān)系，就能實(shí)現(xiàn)很好的回饋, 調(diào)整

23、這些參數(shù)的依據(jù)由母線電壓的高低來決定。（2）回饋電路的實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的相位檢測，三相輸入正弦波互差120共有六個交點(diǎn)，交點(diǎn)的相位3090150210270330是確定的，從第一個交點(diǎn)開始計數(shù)，則任一時刻的相位差就能計 算出。電網(wǎng)電壓相位關(guān)系如下圖由于電源電壓不一定是正弦波，它含有尖峰、毛刺、及諧波，造成交點(diǎn)不確定，則同步相位也不確定，于是，電路增加了帶通濾波器，電路如下:10KVL差162) .母線幅值檢測此電路分兩部分差分放大器電壓鉗位調(diào)整R7可以調(diào)整母線電壓，使顯示值與實(shí)際值相一致。3) .輸入電源幅值檢測壓與顯示值相一致4)同步電源的產(chǎn)生1234T9T7 -T9:T-K18 6T7、T8、

24、T9三個同步變壓器輸入與輸出相差30,輸入為角接，輸出為星接，星點(diǎn)為控R7 7 5.1K-1 2V(IN 414 8) X2U UR97(10uF -50 V )X21 0KR 985. 1K此電路分三部分運(yùn)算放大器取絕對值電壓鉗位調(diào)整R98可以調(diào)整輸入電源電R762R9 5R89V 20 IN 414 8寧TN4 BV21LM 321 09 0IN 41 00 uF -2 5V0K1 0KC78200 J7R9 1N4A1L M 312 V4+5VR78R791 K131K+12V2 KR57X4:2(IN 414 8)X2-1 2V17制電路的地線，這樣可以直接對電網(wǎng)進(jìn)行跟蹤。18第四章外

25、圍硬件電路IGBT 驅(qū)動電路(1) 概述本驅(qū)動單元主要是作為功率模塊IGBT柵極的功率信號驅(qū)動。此電路以M57959L驅(qū)動模塊為核心，加上外圍電路組成能滿足IGBT工作的驅(qū)動單元。它主要是將87C196MC芯片給出的SPWM!號，其信號為0V或5V的數(shù)字信號，經(jīng)過功率放大后作為IGBT模塊的柵極控制信號，其輸出為+15 V或-10V。同時具有檢測IGBT管的工作狀態(tài)的功能。(2)工作原理低壓中大功率變頻器的驅(qū)動板采用磁環(huán)供電，經(jīng)橋式整流管整流、電容濾波后的電壓 接入驅(qū)動模塊M57959L的電源端。N1( (2)8V31V1(19)V2(20)I( (10)3.3-0.5 WV6b(1)R25.

26、1KC7 (I 8)102(21)V4 (22)BA1 59X2R4V8 (2 5)191 ）高速輸入輸出隔離，絕緣強(qiáng)度高2500VAC/min;（2）輸入輸出電平與TTL電平兼容，適于單片機(jī)控制；（3）內(nèi)部有定時邏輯短路保護(hù)電路,同時具有延時保護(hù)特性；（4）具有可靠通斷措施（采用雙電源）； （5） 驅(qū)動功率大， 可以驅(qū) 動200A/600V或100A/1200V的IGBT模塊。M57959L是單列直插式封裝，從左至右依次編號，其中912為空端。1端和2端為故障檢測輸入端；4端：接正電源+15VDC 5端：驅(qū)動信號輸出端；6端：接負(fù)電源-10VDC左右；8端：故障信號輸出；13端和14端：驅(qū)動

27、信號輸入端，主要接收的SPWM!號。M57959L的內(nèi)部原理框圖如下圖:M57959L外圍應(yīng)用電路如圖二所示。圖所示實(shí)際應(yīng)用電路具有IGBT過流過壓保護(hù)功能。當(dāng)檢測到輸入1端的電壓為某一電平時，模塊判定為電路短路，立即通過光藕輸出關(guān) 斷信號，從而使其5端輸出低電平將IGBT的GE兩端置于負(fù)向偏置，可靠關(guān)斷。同時，輸 出誤差信號使故障輸出端8端為低電平，從而驅(qū)動外接的保護(hù)電路工作。M57959L內(nèi)部電路組成及其特點(diǎn):87C196MC芯片送出Detect CirutTimer snTReset CJFCUTBlock Dkaq掃尸3a濡SutdcwiQrcyit20Test Circuit當(dāng)短路時

28、，Vce(sat)急劇上升，設(shè)定一個Vref，一旦VCe(sat)大于Vref時，保護(hù)電路動作，注意的時檢測工作必須用快恢復(fù)二極管。其實(shí)有多種技術(shù)可用來避免IGBT受到短路的破壞,其中最基本的技術(shù)便是在10us內(nèi)關(guān)斷IGBT。由于IGBT要求的驅(qū)動功率大，單靠M57959L的輸出功率不能滿足要求，通常的做法是采用PNP和NPN寸管推挽輸出，即在M57959L的輸出端接入一個互補(bǔ)跟隨器。電阻R4、R3是輸出限流電阻，防止電流過大損壞IGBT柵極。穩(wěn)壓管1N4745和1N4741分別采用對接的形式，主要是對輸出信號進(jìn)行鉗位，使IGBT的驅(qū)動信號不超過規(guī)定的幅度，從而保證驅(qū)動信號的可靠性。21開通時

29、的柵極驅(qū)動電壓不能超過12V20V的范圍，開通時最佳柵極正向偏置電壓為15V10%,15V驅(qū)動電壓足夠使IGBT完全飽和導(dǎo)通，并使通態(tài)損耗減至最小，同時也限制了 短路電流和它所帶來的功率應(yīng)力。當(dāng)柵極電壓為0時，IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)。但是，為了保 證IGBT在集電極-發(fā)射極電壓上出現(xiàn)dv/dt噪聲時仍能保持關(guān)斷，必須在柵極上施加一個關(guān)斷偏壓，這樣還可減少關(guān)斷損耗。反偏壓應(yīng)在(-5)V(-15)V，一般取10V。選擇適當(dāng)?shù)臇艠O串聯(lián)電阻對IGBT柵極驅(qū)動相當(dāng)重要。因?yàn)镮GBT的開通和關(guān)斷是通過柵極電路的充放電來實(shí)現(xiàn)的，柵極電阻值對其動態(tài)特性產(chǎn)生極大地影響。數(shù)值較小的電阻 使柵極電容的充放電較快，從而

30、減小開關(guān)時間和開關(guān)損耗，而且較小的柵極電阻還可避免dv/dt帶來的誤開通，但與此同時，它只能承受較小的柵極噪聲，并導(dǎo)致柵極-發(fā)射極電容 同柵極驅(qū)動導(dǎo)線的寄生電感產(chǎn)生振蕩問題，而且較小的柵極電阻會使得IGBT開通的di/dt變大，導(dǎo)致較高的dv/dt，增加IGBT反并聯(lián)二極管恢復(fù)時的浪涌電壓。柵極驅(qū)動布線對防止?jié)撛诘恼袷?、減慢柵極電壓的上升、減少噪聲損耗、降低柵極電源電壓或減少柵極保護(hù)電路的動作次數(shù)有很大的影響。因此布線時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：4.2 光纖接受電路驅(qū)動板不能與IGBT控制端子直接相連時，應(yīng)采用雙股絞線(2轉(zhuǎn)/cm),且距離盡 量小。驅(qū)動器與屏蔽板放置要合理，以防止功率電路和控制電路之間

31、的電感耦合；(4)為了提高柵極抗干擾能力，一般在柵源之間并聯(lián)電阻或雙向箝位穩(wěn)壓管(約為18V),柵極箝位保護(hù)電路必須按低電感布線，并盡量放置于IGBT模塊的柵極發(fā)射極控制端子及附近。224.3 過欠壓及死機(jī)保護(hù)電路母線過壓保護(hù)、死機(jī)保護(hù)、中線不平衡保護(hù)保護(hù)電路圖如下：過欠壓及中向不平衡保護(hù)電路圖死機(jī)保護(hù)： 只要變頻器投入運(yùn)行,電路就開始檢測主控板上的PWM輸出，檢測的 結(jié)果送PLC進(jìn)行處理，在正常操作運(yùn)行中，PWM 信號一旦停止輸出，PLC立即動作，輸出一 信號去起動安全回路，系統(tǒng)斷電進(jìn)行機(jī)械制動，將卷筒抱住，避免溜車。母線過壓保護(hù)： 它是檢測母線電壓的，若回饋或剎車任一電路出故障，造成制動力

32、拒不夠，母線電壓會急劇上升，造成設(shè)備損害，甚至?xí)斐墒鹿省Ｖ芯€不平衡保護(hù) ：它是針對三點(diǎn)平電路而言，若由于某種原因造成中點(diǎn)電位偏移，若 偏移量超過極限，會造成功率器件的損壞，于是增加了這部分電路。它是一個窗口比較器， 它以負(fù)母線為基準(zhǔn)，當(dāng)檢測到的電位高于某一個或低母線過壓保護(hù)、失機(jī)保護(hù)、中線不平衡死機(jī)保護(hù)電路圖23于某一個極限時，電路都會輸出一個PLC能識別的信號，變頻器急停，從而保護(hù)了變頻器。4.4 短路、過流及溫度保護(hù)(1)短路保護(hù)電路原理短路保護(hù)是立即保護(hù)，要求的信號是瞬態(tài)值。短路保護(hù)的取樣信號來自正、負(fù)電源母線上的電流傳感器，當(dāng)變頻器正、負(fù)母線上電流瞬間超過額定電流的180%寸，這時，

33、電流傳感的輸出電壓值已達(dá)到74HC00的輸入門電壓，會立即翻轉(zhuǎn)輸出一脈沖信號至單片機(jī)87C196的中斷腳84腳，經(jīng)單片機(jī)對信號的處理、識別后，然后發(fā)出控制指令。短路保護(hù)電路圖如下圖:短路保護(hù)電路圖(1)過電流保護(hù)電路原理過電流保護(hù)信號的取樣是由電流傳感器從變頻調(diào)速器三相輸出中的兩相中取得的，每一路取樣都采用單獨(dú)的放大器進(jìn)行放大。由于過電流取樣是對電流150%有效值的取樣，它不是一個瞬態(tài)值，單片機(jī)87C196對此過流信號的識別時間為1min，在1min內(nèi)，過流取樣 值不變時，就視為變頻調(diào)速器輸出過流并發(fā)出指令信號。過電流保護(hù)電路如下圖：24過電流保護(hù)電路圖過載部分采用6N541光耦進(jìn)行隔離。信號

34、經(jīng)過電阻取樣后，送入74HC14與非門，當(dāng)輸入信號發(fā)生變化時，超過與非門的輸入電平時，74HC14輸出信 號到光耦6N541輸入端， 在輸出端可得到一與輸入信號變化相同的信號。信 號經(jīng)光纖傳送至主控板上，依次再將信號傳送至主CPU從而起到保護(hù)模塊的作用。過熱保護(hù)電路原理過熱保護(hù)取樣是采用熱繼電器完成的，在正常工作狀態(tài)下，熱繼電器的觸點(diǎn)是閉合的，當(dāng)變頻調(diào)速器的溫度達(dá)到繼電器的動作溫度(772C)時，繼電器觸點(diǎn)斷開，單片機(jī)87C196的27腳的電位由高電平變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)拾取這一信號后進(jìn)行處理、識別，然后發(fā)出停 機(jī)指令信號。還有一種情況就是在大功率的提升機(jī)變頻器中，因溫度傳感器走線太長，靠近主電

35、路或電磁感應(yīng)較強(qiáng)的地方，造成干擾，此時應(yīng)采取抗干擾措施。如采用繼電器隔離254.5 交流接觸器延時自充電延時板由于剛上電時，電解電容兩端的電壓為零，所以直流回路和回饋輸出部分都串有限流 電阻，防止充電電流過大損壞電解電容和整流二極管，延時一段時間后并聯(lián)在限流電阻兩 端的交流接觸器會降其短接。延時電路如下圖，電源通過全波整流后，然后經(jīng)過12V三端穩(wěn)壓器N1輸出穩(wěn)定的直流電壓，12V電壓通過電阻R1給接在三極管基極的電容C3充 電，當(dāng)電容上的電位足以使三級管導(dǎo)通時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈帶電，（1）功率激勵電路原理功率激勵單元主要是為變頻調(diào)速器驅(qū)動單元電源變壓器，提供一個高頻的供電電源。它 能產(chǎn)生

36、并輸出一個高頻的矩形脈沖功率信號。功率激勵單元由函數(shù)發(fā)生器、電流放大器、 阻抗匹配變壓器、前置驅(qū)動級、功率放大級和輸出變壓器組成。220V市電經(jīng)過整流、斬波、穩(wěn)壓輸出一對穩(wěn)定的+35V和-35V直流電壓（開關(guān)電源完成）， 再由一個高頻振蕩器得到幅度穩(wěn)定的高頻信號，由一系列高頻變壓器及相應(yīng)的整流、濾波 送到各單元的控制及驅(qū)動電路。 控制系統(tǒng)電源獨(dú)立的好處是：1）電源通過高頻變壓器給各單元供電，容易實(shí)現(xiàn)高壓隔離。2）主電路有故障時，控制系統(tǒng)供電依然正常，能保證IGBT開關(guān)次序不亂。3）主電路不加電、不加載的情況下，可以對整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，此時各點(diǎn)波形與主電路加電、加載時完全一繼電器常開點(diǎn)閉合，控制信號

37、由此送出。782 4X1 :1X1 :326樣，只是輸出電壓幅度小。這對設(shè)備調(diào)試、檢修和操作人員的培訓(xùn)十分方便。220V 50Hz整流濾波穩(wěn)壓頻-振器(2)電路結(jié)構(gòu)及原理萬案一+35V41N414V1226C328126C3281R27R32R42UC4 105JR9-R11R14R285.1K10(20(334J/630VU(10W-10)X20V10V13g26A13021J.2K-35V功率放大器5CACAC1+1R45.1K輸出變壓器丄C2105J器壓變離隔器生發(fā)數(shù)函R810(rR12R2V6j_nrA1011JV*3(YA1011V51/1N4148X26A1302功率激勵單元電路工

38、作原理為:1)由自激式函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生三角波和矩形波輸出。振蕩頻率是正比于密勒積分器的時間27常數(shù)R4.C1。改變電阻R4和R5的阻值可以改變振蕩頻率。N1輸出三角波，N2輸出矩形波2)N3和VI、V2組成一個前置放大器，主要是增大其驅(qū)動功率。從N1輸出的三角波信號經(jīng)N3進(jìn)行電壓放大的同時，由于VI、V2接成了一個互補(bǔ)的射極跟隨器，N3的輸出電壓反饋是從V1、V2接成的互補(bǔ)射極跟隨器輸出端反饋的，因而也進(jìn)行了電流放大。為了使前置級與功放級的輸入阻抗相匹配，在前置級和功放輸入級之間加入一個隔離 變壓器，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的要求。4)功放級采用二級互補(bǔ)跟隨器作為驅(qū)動級和二級并聯(lián)的互補(bǔ)跟隨器作為功率輸出級。

39、 功放級的電壓輸出幅度取決于隔離變壓器的次級電壓值，本級主要對電流進(jìn)行放大。 為了與負(fù)載相匹配和防止負(fù)載上的信號對功放級的影響，采用了變壓器做隔離輸出。功率激勵單元電路工作原理為：由AT89C2051產(chǎn)生并輸出25KHZ方波振蕩信號，分別送入兩個電壓比較器進(jìn)行信號 放大，經(jīng)晶體管組成的相應(yīng)互補(bǔ)跟隨器進(jìn)行電流放大后作為功放級的推動級。為了使前置級與功放級的輸入阻抗相匹配，在前置級和功放輸入級之間每一路增加 了一個隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的要求。功放級采用IGBT功率模塊組成互補(bǔ)跟隨器作為功率輸出級。功放級的電壓輸出幅 度取決于IGBT功率模塊供電電源電壓值，本級主要對電流進(jìn)行放大。為了提高其帶負(fù)

40、載能 力，輸出信號采用了電容隔直和LC濾波。28第五章微機(jī)電路交交- -亙變換亙變換能耗電路能耗電路圖圖1：交交一畝一一畝一交孌頻器主電路交孌頻器主電路5.1 交直變換部分1、VDLVD6組成三相整流橋，將交流變換為直流。如三相線電壓為UL,則整流后的直流電壓UD為：UD=1.35UL2、 濾波電容器G作用：(1)濾除全波整流后的電壓紋波；當(dāng)負(fù)載變化時，使直流電壓保持平衡。因?yàn)槭茈娙萘亢湍蛪旱?，濾波電路通常由若干個電容器并聯(lián)成一組，又由兩個電 容器組串聯(lián)而成。如圖中的CF1和CF2o由于兩組電容特性不可能完全相同，在每組電容組上 并聯(lián)一個阻值相等的分壓電阻FC1和FC2o3、 限流電阻FL和

41、開關(guān)SLR-作用：變頻器剛合上閘瞬間沖擊電流比較大，其作用就是在合上閘后的一段時間內(nèi),電流流經(jīng)R, *沖擊電流，將電容G的充電電流*在一定范圍內(nèi)。SL作用：當(dāng)G充電到一定電壓，SL閉合，將R.短路。一些變頻器使用晶閘管代替 虛線所示)。4、 電源指示HL作用：除作為變頻器通電指示外，還作為變頻器斷電后，變頻器是否有電的指示 滅后才能進(jìn)行拆線等操作)。5.2 能耗電路部分1、 制動電阻FB主電路如圖1所示:Rk直直- -交變換交變換(如(燈SLRC22SII29變頻器在頻率下降的過程中，將處于再生制動狀態(tài)，回饋的電能將存貯在電容CF中,使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到十分危險的程度。FB的作用就是將

42、這部分回饋能量消耗掉。一些變頻器此電阻是外接的，都有外接端子(如DB-，DB)。2、 制動單元也由GTF或IGBT及其驅(qū)動電路構(gòu)成。其作用是為放電電流IB流經(jīng)R提供通路。5.3 直交變換部分1、 逆變管ViV6組成逆變橋，把VDVD整流的直流電逆變?yōu)榻涣麟姟＿@是變頻器的核心部分。常用的逆變管見：變頻器常用的逆變管。2、 續(xù)流二極管VDVD2作用：(1)電機(jī)是感性負(fù)載，其電流中有無功分量，為無功電流返回直流電源提供“通道”；(2)頻率下降，電機(jī)處于再生制動狀態(tài)時，再生電流通過VDVD2整流后返回給直流電路；V1V6逆變過程中， 同一橋臂的兩個逆變管不停地處于導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。 在這 個換相過程中， 也需要VD7VD12提供通路。5.4 緩沖電路緩沖電路如圖2所示。逆變管在導(dǎo)通和判斷的瞬間，其電壓和電流的變化率是比較大的，可能全逆變管受到損害。因此，每個逆變管旁邊還就接入緩沖電路，其作用就是減緩電壓和電流的變化率。1、C01Co6逆變管VM每次由導(dǎo)通到截止的判斷瞬間， 集電極C和發(fā)射極E間的電壓將迅速地 由0V上升為直流電壓UD。過高的電壓增長率將導(dǎo)致逆變管的損壞。C01C06的作用就是減 小逆變管由導(dǎo)通到截止時過高的電壓增長率，防止逆變損壞。2、R)1R)6逆變管ViVs由導(dǎo)通到截止的瞬間，C01C06所充的