SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計說明

1、. . . . 課程設(shè)計名稱：電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計 題 目：SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)： 自動化 課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2、 設(shè)計任務(wù)1）要求采用SPWM控制方式，整個系統(tǒng)要求采用雙閉環(huán)系統(tǒng)。2）設(shè)計思路清晰，給出整體設(shè)計框圖；3）單元電路設(shè)計，給出具體設(shè)計思路和電路；4）分析各部分電路的工作原理，給出必要的波形分析。5）繪制總電路圖, 寫出設(shè)計報告；三、設(shè)計計劃1. 主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化結(jié)構(gòu)。2. 使用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無關(guān)而接近1。3. 逆變器在調(diào)頻的同時實現(xiàn)調(diào)壓，而與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)

2、無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。 4. 可獲得比常規(guī)六拍階梯更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負載電機可在近似正弦波的交變電壓下運行，轉(zhuǎn)矩脈動小。5詳細分析正弦波SPWM型變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計過程。四、設(shè)計要求1.根據(jù)題目要求，分析誰并確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和調(diào)整系統(tǒng)的組成；2.調(diào)整系統(tǒng)主電路元部件的確定與其參數(shù)計算器；3驅(qū)動控制電路的造型設(shè)計； 4.繪制電氣原理總圖 指 導(dǎo) 教師： 教研室主任： 時 間: 摘 要變頻調(diào)速是交流調(diào)速中的發(fā)展方向，有多種方法可以實現(xiàn)變頻調(diào)速，變頻調(diào)速也有多種方法，本文對目前研究領(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，并進行了實踐。本

3、設(shè)計首先對變頻調(diào)速的對象交流電動機的變頻調(diào)速原理進行了介紹，并展開介紹SPWM變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)。其次介紹了調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計思想以與詳細設(shè)計思路，并給出了完整的硬件電路設(shè)計，變頻調(diào)速的控制算法也有許多，本文對目前大部分通用變頻器所采用的控制算法恒壓頻比控制。在硬件電路設(shè)計中，本文采用了SA868調(diào)制芯片產(chǎn)生SPWM信號，比傳統(tǒng)的模擬電路產(chǎn)生SPWM波具有電路簡單、控制性能優(yōu)良與高可靠性等特點。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 SPWM SA868調(diào)制芯片目 錄1. 緒論11.1變頻調(diào)速的發(fā)展11.2變頻調(diào)速的優(yōu)點11.3 SPWM變頻調(diào)速的優(yōu)點12. 交流電動機變頻調(diào)速原理13. SPWM變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)

4、23.1 SPWM的概念23.2 SPWM調(diào)制原理23.2.1 重要理論基礎(chǔ)面積等效原理23.2.2 SPWM調(diào)制信號的產(chǎn)生34. 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計44.1 調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計思想44.2主電路設(shè)計54.2.1 主電路設(shè)計54.3 SA868電路設(shè)計54.3.1 SA868芯片簡介54.3.2 外部引腳與部原理框圖54.3.3 工作原理與控制74.3.4 SA868的保護電路94.3.5 SA868基本外圍電路設(shè)計95. 驅(qū)動和隔離電路設(shè)計106. 結(jié)論117. 參考文獻1121 / 251. 緒論1.1變頻調(diào)速的發(fā)展二十世紀(jì)末以來,電力電子技術(shù)與大規(guī)模集成電路有了飛速的發(fā)展，在此技術(shù)背景下SP

5、WM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。眾所周之早期的交-直-交變壓變頻器說輸出的交流波形都是矩形波或六拍階梯波，這是因為當(dāng)時逆變器只能采用半控式的晶閘管，會有較大的低次諧波，使電動機輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。為了改善交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，在出現(xiàn)了全控式電力電子開關(guān)器件之后，科技工作者在20世紀(jì)80年代開發(fā)應(yīng)用PWM技術(shù)的逆變器，由于它的優(yōu)良技術(shù)性能，當(dāng)今國外生產(chǎn)的變壓變頻器都已采用這種技術(shù)。PWM技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達到改變電

6、壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達到變壓和變頻的目的。在變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于PWM斬波（DCDC變換），后者主要應(yīng)用于PWM逆變（DCAC變換）。PWM控制技術(shù)有許多種，并且還在不斷發(fā)展中。但從控制思想上分，可把它們分成四類，即等脈寬PWM法、正弦波PWM法（SPWM）、磁鏈跟蹤PWM法（SVPWM）和電流跟蹤PWM法等。本課題設(shè)計主要介紹正弦波SPWM的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本一樣.,

7、通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。1.2變頻調(diào)速的優(yōu)點（1）系統(tǒng)穩(wěn)定且平滑性好，調(diào)速圍廣；（2）變頻器容量不斷擴大，結(jié)構(gòu)小型化，逐漸多功能化和高效性化；（3）在故障率方面，由于直流電動機本身的弱點，變頻調(diào)速系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢；（4）在工作特性方面，靜態(tài)特性和動態(tài)特性都能做到和直流調(diào)速系統(tǒng)不相上下的程度。1.3 SPWM變頻調(diào)速的優(yōu)點基于集成SPWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1） 結(jié)構(gòu)簡單。（2） 運行可靠。（3） 節(jié)能效果顯著。（4） 性價比高。2.變頻調(diào)速原理2.1交流電動機變頻調(diào)速原理對于籠型異步電動機來說，要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以通過改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。

8、而同步速與頻率有如下關(guān)系：其中：-極對數(shù)-供電頻率-同步速由上式可知，當(dāng)頻率連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步速也連續(xù)可調(diào)。又因為異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是比同步轉(zhuǎn)速略低，所以，當(dāng)連續(xù)可調(diào)時，也連續(xù)可調(diào)?？梢姡淖冸娫吹墓╇婎l率可以改變電機的轉(zhuǎn)速。2. 2 SPWM變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)2.2.1 SPWM的概念采樣定理的一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時，其效果基本一樣，沖量即是脈沖的面積。在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小，反之，當(dāng)正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可

9、以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制(SPWM).2.2.2 SPWM調(diào)制原理3.2.1 重要理論基礎(chǔ)面積等效原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本一樣。沖量窄脈沖的面積效果基本一樣環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本一樣用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，如圖所示：Out>對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為：根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實際應(yīng)用中更為廣泛。3恒壓頻比控制的SPWM變頻系統(tǒng)的分析3.1變頻調(diào)速控制方式分析在基頻(額定頻率)以下調(diào)速時，由于E

10、1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)在電壓較高時可以忽略，所以可以認為電動勢和電源相電壓近似相等即有U1E1，因此作為一種可行的方案是在電源電壓較高時用電源相電壓U1代替電動勢E1，當(dāng)頻率較低時，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. 在基頻以上調(diào)速時由于電壓U,受額定電壓的限制不能升，因此在頻率升高時，迫使主磁通變小，進入弱磁變頻調(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勢頻率比的一個重要缺點是在速度降低

11、時，電動機的帶載能力也同時下降轉(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)矩點隨著速度的降低也減小，而b圖則沒有變化，然而要達到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?；谏鲜鲈颍谧冾l調(diào)速的基本控制方式下，改變頻率的同必須改變電壓，所以稱之為VVVF(Variable voltage Variable Frequency)控制。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速0n圖2-1 異步電機變頻調(diào)速的控制特3.2 靜止式SPWM間接變壓變頻裝置SPWM間接變壓變頻裝置先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)過逆變器將直流電變換成可控頻率和幅值的交流電，故又稱為交一

12、直一交變壓變頻裝置。其系統(tǒng)原理框圖如圖2-3所示在這類裝置中，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，整流器無需控制，簡化了電路結(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)，減小了諧波對電網(wǎng)的影響。此外，因輸出波形由方波改進為SPWM 波，減少了諧波，從而解決了電動機在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動問題，也降低了電動機的諧波損耗和噪聲。3.3 SPWM調(diào)制變頻技術(shù)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。如果把一個正弦半波分作n等份，然后把每

13、一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點與正弦波每一等份的中點相重合，這樣，由n個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半周等效。同樣，正弦波的負半周也可用一樣的方法與一系列負脈沖波等效。如圖2-4所示。設(shè)由整流器提供的直流恒值電壓為Us，并設(shè)電機繞組中點與直流電壓中點相連，則SPWM脈沖序列波的幅值為。令第i個矩形脈沖的寬度為，其中心點相位角為，則根據(jù)面積相等的等效原則，可寫成：= （2-3） 當(dāng)n的數(shù)值較大時，近似的認為sin/(2n)=/(2n)，于是 （2-4）相比于其它各種變頻變壓調(diào)制方式，這樣的脈沖系列可獲得比常

14、規(guī)六拍階梯波更接近于正弦波的輸出電壓波形，可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，因而轉(zhuǎn)矩脈動小。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分單極性和雙極性兩種調(diào)制方式。 T圖2-2 SPWM的輸出波形3.3.1單極性SPWM法單極性SPWM法輸出的每半個周期中，被調(diào)制成的脈沖電壓只有一種極性，正半周為十U和零，負半周為一U和零，其調(diào)制波形如圖2-5a)所示。曲線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時正弦調(diào)制波的振幅值.每半周期所有三角波的極性均一樣，都是單極性。調(diào)制波和載波的交

15、點，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2-5a)中的uc所示.由圖知，每半周期的脈沖系列也是單極性的。單極性調(diào)制的工作特點是:每半個周期，逆變橋同一橋臂的兩個逆變器件中，只有一個器件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷的工作，另一個完全截至;而在另半個周期，兩個器件的工況正好相反。流經(jīng)負載的便是正、負交替的交變電流（如圖25b)所示。1 20wt0wt圖2-3a 單極性SPWM調(diào)制圖 圖2-3b 單極性調(diào)制的工作特點圖 3.3.2雙極性SPWM法上述的單極性SPWM 逆變器主電路每相只有一個開關(guān)器件反復(fù)通斷。如果讓同一橋臂上、下兩個開關(guān)器件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正

16、”和“負”之間變化，就得到了雙極性的SPWM波形。雙極性SPWM法的調(diào)制波u仍為正弦波，其周期決定于今，振幅決定于氣，如圖2-4a)中的曲線1.曲線2載波uc為雙極性的等腰三角形，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于k=1時正弦調(diào)制波振幅值。調(diào)制波與載波的交點決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，如圖2-4b)所示。但是，由相電壓合成為線電壓時，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的，如圖2-4c) 所示。雙極性調(diào)制的工作特點是:逆變橋在工作時，同一橋臂的兩個逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息。而流過負載凡的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流，如圖2-4 d

17、)所示。A)1 2 wtB) wtC) wtD) wt ZLZL圖24 雙極性SPWM調(diào)制圖3.4 SPWM控制信號的產(chǎn)生方法 (1)SPWM的模擬控制原始的SPWM是由模擬控制來實現(xiàn)的。圖2-7是SPWM模擬控制電路原理框圖。三相對稱的參考正弦電壓調(diào)制信號，由參考信號發(fā)生器提供，其頻率和幅值都是可調(diào)的。三角載波信號由三角波發(fā)生器提供，各相共用。它分別與每相調(diào)制信號在比較器上進行比較，給出正或零的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波，作為變壓變頻器功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號。參考信號發(fā)生器驅(qū)動V1-V6SPWM波形三角波發(fā)生器圖2-7 SPWM波模擬控制電路 (2) SPWM的數(shù)字控制數(shù)字控制是SPW

18、M目前常用的控制方法?？梢圆捎梦C存儲預(yù)先計算好的SPWM數(shù)據(jù)表格，控制時根據(jù)指令調(diào)出;或者通過軟件實時生成SPWM波形;也可以采用大規(guī)模集成電路專用芯片產(chǎn)生SPWM信號。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出一些專門用于發(fā)生控制信號的集成電路芯片，配合微處理器進行控件生成SPWM信號方便得多。國制的電動機微機控制系統(tǒng)，大多采用8031, 8098等。由于這些芯片并非為電動機控制設(shè)計的，為了實現(xiàn)電動機控制的某些功能，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)。4. 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計4.1 調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計思想本系統(tǒng)主要由主電路、SPWM信號產(chǎn)生芯片外圍電路、隔離電路組成。其結(jié)構(gòu)框圖如

19、圖：整流與濾波電路功率變換器負載系統(tǒng)交流電源隔離電路隔離電路SA868調(diào)制芯片速度大小輸入控制電壓檢測電流檢測其中，主電路由整流濾波電路和功率變換器組成，系統(tǒng)通過調(diào)制芯片產(chǎn)生控制波控制逆變器的開關(guān)器件的通斷，從而產(chǎn)生SPWM波調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。4.2主電路設(shè)計4.2.1 主電路設(shè)計電路圖如下：4.3 SA868電路設(shè)計4.3.1 SA868芯片簡介SA868是英國Mitel公司推出的三相SPWM波形發(fā)生器，設(shè)驅(qū)動器，可直接驅(qū)動光耦，實現(xiàn)隔離，其載波頻率可達24kHz，以利實現(xiàn)靜音運行，同時其調(diào)制頻率圍可達04kHz，它采用工廠掩膜編程，無須CPU部采用的雙極性調(diào)制、脈沖取消時間和脈沖延遲時間均可依

20、據(jù)需要調(diào)節(jié)設(shè)置，而加速時間和減速時間可由外接電阻設(shè)置。采用SA868構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)具有低成本、電路簡單、控制性能優(yōu)良與高可靠性等特點。SA868芯片因其無須外接微處理器就可以輸出變頻的PWM波形而簡化電路，降低系統(tǒng)成本，同時可不用開發(fā)軟件，縮短研制周期。SA868調(diào)制波形有正弦型、增強型、高效型波形，同時接口簡單，容易構(gòu)成實用的變頻調(diào)速專用控制系統(tǒng)。4.3.2 外部引腳與部原理框圖SA868外部引腳圖如下：圖中主要引線端介紹如下：RESET：復(fù)位端，低電平有效，當(dāng)其輸入為低時，完成下述功能：a.所有PWM輸出置零；b.所有部計數(shù)器置零；c.瞬時頻率置零，方向選擇位置1 DIR：方向設(shè)置端，

21、該位輸入為高，且部信號允許時，為正方向旋轉(zhuǎn)；該位輸入為低時，反方向旋轉(zhuǎn).SET1SET4：速度設(shè)置端，通過改變這四位數(shù)值可設(shè)置新的目標(biāo)頻率. Vmonitor、Imonitor：逆變器輸入電壓、電流監(jiān)控端. Raccel、Rdecel：加速、減速速率設(shè)置端，外接電阻、電容. XTAL1、XTAL2：時鐘輸入、輸出端. RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB：逆變橋臂控制輸出.SET TRIR：輸出關(guān)閉設(shè)置端，當(dāng)其輸入為高時，經(jīng)過 34 個主時鐘周期的延時仍為高，PWM輸出信號被禁止，該禁止?fàn)顟B(tài)可通過 RESET消除. TRIP：關(guān)閉狀態(tài)指示端，低電平有效，指示已關(guān)閉 PWM

22、信號.該端可直接驅(qū)動LED.SA868的部原理框圖如下：4.3.3 工作原理與控制（1）速度控制原理由圖可知，用戶需要的轉(zhuǎn)速值，通過速度設(shè)置端SET1SET4鍵入，該值經(jīng)地址譯碼器譯碼，就可得出速度查尋表上相應(yīng)轉(zhuǎn)速的地址，從而將該轉(zhuǎn)速輸出，該速度查尋表由16*18位ROM組成，每18位確定一個特定的設(shè)置速度，共有16種速度，即16檔，在這18位數(shù)據(jù)中，B0B15低16位確定轉(zhuǎn)速。查尋表18位中高二位和方向設(shè)置端DIR一起確定旋轉(zhuǎn)方向，即由三者譯碼輸出一個需要的方向，如表所列。（2）加速/減速控制原理加速/減速控制主要通過 16 位幅值比較器和 17 位加/減計數(shù)器組成.加/減計數(shù)器的時鐘由加速

23、振蕩器和減速振蕩器提供.加速速率設(shè)置端的外接電阻、電容確定加速振蕩器頻率；減速速率設(shè)置端的外接電阻、電容確定減速振蕩器頻率，加速/減速時間可由下式給出：其中，通過確定合適的就可設(shè)置所需加速/減速速率。16 位幅值比較器將查尋表給出的 16 位目標(biāo)頻率和加/減計數(shù)器輸出的實際瞬時頻率相比較，結(jié)果由UP和DOWN 兩位輸出，如表所列.表的兩位輸出由電壓監(jiān)控 VMONITOR、電流監(jiān)控 IMONITOR、需要的旋轉(zhuǎn)方向，17 位加/減計數(shù)器最高位輸出共同確定，是需要加速還是需要減速，必須遵循下述原則： 1) 假如 UMONITOR> UDDA/2 (UDDA: 模擬電源電壓)，禁止任何加速和減

24、速，其目的主要防止超過減速速率，產(chǎn)生太大的再生功率，反饋給功率電路，從而引起過壓. 2）假如IMONITOR> UDDA /2，不管幅值比較器輸出 UP和 DOWN為何值，均按預(yù)設(shè)的減速率減少，瞬時輸出頻率，假若瞬時頻率已降低至零，而IMONITOR仍大于 UDDA/2 ，則關(guān)閉 PWM輸出，以防止電機在靜止?fàn)顟B(tài)下過熱.用來防止出現(xiàn)太高的加速速率，從而引起功率級開關(guān)過流、過溫現(xiàn)象出現(xiàn). 3）假如UMONITOR, IMONITOR均在正常圍，則是否加減速由下表確定：（3）幅值控制原理為了獲得對電機磁通的滿意控制，SA868在各種頻率下一直控制電機電壓，如圖所示. 由圖可知，當(dāng)頻率為零時，

25、提供一個可變的基礎(chǔ)電壓 UB.用以克服電阻壓降，在此之后，電壓隨頻率成比例線性增加直至選擇的基本頻率 fB，該頻率通常為50Hz 或 60Hz，也可以是頻率圍以的其它頻率.在達到基本頻率之前電機工作在恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，達到基本頻率以后，由于幅值一直保持最大，當(dāng)頻率繼續(xù)增大時，必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩下降，于是電機工作在恒功率圍. 4.3.4 SA868的保護電路因沒有微處理器用于完成管理和保護功能，這些功能被移植到 SA868 芯片上，提供以下三種保護： 1）過電流檢測：如果過大的電流在半導(dǎo)體器件中流過，所施加的電壓必須被減小，直到電流被降到安全水平，這通常是過高的加速率或過載引起的.通過在線串聯(lián)電流檢測電阻（

26、0.1左右）來監(jiān)測，通過濾波后輸入SA868的IMONITOR， 如果電阻兩端電壓過高（過流），以致于其輸出使 SA868的比較器輸出狀態(tài)改變，則該控制片使電機減速，直至過流消除后，再按照要求加速. 2）過電壓檢測：在減速期間，如果電機反饋給濾波電容器的再生能量過大，減速必須暫停，否則整流橋和濾波電容器會損壞，這通過檢測整流橋輸出電壓來監(jiān)測.整流橋的輸出電壓通電阻分壓器與SA868的UMONITOR端子連接，如果電壓過高，以致于其輸出使SA868的比較器輸出狀態(tài)改變，則停止減速，直到過壓消除，再恢復(fù)減速. 3）緊急事故處理：SET TRIP被用于在緊急事故發(fā)生時，迅速關(guān)閉半導(dǎo)體功率器件，這個輸

27、入被傳輸?shù)焦β拾雽?dǎo)體隔離驅(qū)動器上，以便在發(fā)生災(zāi)難性故障時迅速動作，其動作時間大約 100ns.一但SET TRIP被啟用，必須通過 RESET重新復(fù)位，以消除關(guān)斷條件，方能重新工作.4.3.5 SA868基本外圍電路設(shè)計根據(jù)以上討論，結(jié)合實際應(yīng)用，可以組成如下用于控制三相電機的變頻調(diào)速應(yīng)用電路，如圖所示，使用該芯片構(gòu)成的變頻器，需要外圍擴展元件很少，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高與低成本等優(yōu)點。其中，KA與SB1SB4既可以通過簡單的開關(guān)來實現(xiàn)，也可以用單片機來實現(xiàn)自動控制。其中，SA868的基本外圍電路如圖：5.其它模塊電路設(shè)計5.1 電壓電流檢測電路檢測主回路的電壓和電流等信號輸入運算回路進行

28、比較，進而決定逆變器的輸出電壓、頻率。電壓電流的檢測回路的設(shè)計應(yīng)注意與主回路的電氣隔離保護，電路圖如圖4.5所示。4.5 檢測電路隔離環(huán)節(jié)5.2調(diào)節(jié)器設(shè)計本系統(tǒng)采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電路中的ACR(電流調(diào)節(jié)器)和ASR（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）均設(shè)計為PI(比例積分)調(diào)節(jié)器，由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，其設(shè)計如圖4.6所示。4.6 速度調(diào)節(jié)器5.3 速度檢測電路速度回饋是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，速度檢測電路是以裝在異步電動機軸上的速度檢測器TG的信號為速度信號，輸入運算電路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。速度檢測電路設(shè)計如圖4.7所示。4.7 速度檢測電路5.4保

29、護電路設(shè)計5.4.1 過電流保護IGBT的過流保護電路可分為2類：一類是低倍數(shù)的（1.21.5倍）的過載保護；一類是高倍數(shù)（可達810倍）的短路保護。對于過載保護不必快速響應(yīng)，可采用集中式保護，即檢測輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有IGBT驅(qū)動器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護，一旦動作后，要通過復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。IGBT能承受很短時間的短路電流，能承受短路電流的時間與該IGBT的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于2V的IGBT允許承受的短路時間小于5s，而飽和壓降3V的IGBT允許承受的短路時間可達15s，45V

30、時可達30s以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路電流同時增大，短路時的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時間迅速減小。 通常采取的保護措施有軟關(guān)斷和降柵壓2種。軟關(guān)斷指在過流和短路時，直接關(guān)斷IGBT。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測到過流信號就關(guān)斷，很容易發(fā)生誤動作。為增加保護電路的抗騷擾能力，可在故障信號與啟動保護電路之間加一延時，不過故障電流會在這個延時急劇上升，大大增加了功率損耗，同時還會導(dǎo)致器件的di/dt增大。所以往往是保護電路啟動了，器件仍然壞了。 降柵壓旨在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。降柵壓后設(shè)有固定延時，故障電

31、流在這一延時期被限制在一較小值，則降低了故障時器件的功耗，延長了器件抗短路的時間，而且能夠降低器件關(guān)斷時的di/dt，對器件保護十分有利。若延時后故障信號依然存在，則關(guān)斷器件，若故障信號消失，驅(qū)動電路可自動恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強了抗騷擾能力。過電流保護的電路圖如圖9所示。圖9 過流保護電路圖5.4.2 IGBT開關(guān)過程中的過電壓保護關(guān)斷IGBT時，它的集電極電流的下降率較高，尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關(guān)斷措施，它的臨界電流下降率將達到數(shù)kA/s。極高的電流下降率將會在主電路的分布電感上感應(yīng)出較高的過電壓，導(dǎo)致IGBT關(guān)斷時將會使其電流電壓的運行軌跡超出它的安全工作區(qū)而損壞。所以從關(guān)斷的角度考慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。但對于IGBT的開通來說，集電