交流調(diào)速課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、.PAGE . - . - .可修編-遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)論文題目：交流電機(jī)三相電壓源型逆變電路設(shè)計(jì)院系： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化132班學(xué) 號(hào)：130302042學(xué)生： 杜鵬指導(dǎo)教師：簽字起止時(shí)間：2016.12.19-2016.12.30. 課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院系：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化132學(xué) 號(hào)130302042學(xué)生杜鵬專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化132課程設(shè)計(jì)論文題目交流電機(jī)三相電壓源型逆變電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)課題完成的功能：本課程設(shè)計(jì)以微機(jī)作為控制核心，完成交流電機(jī)三相電壓源型逆變電路及絕緣柵雙極晶體管IGBT的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：1確定交流

2、電機(jī)逆變電路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)控制構(gòu)造框圖。2完成交流電機(jī)逆變主電路設(shè)計(jì)，包括直流側(cè)電壓源輸入、分立搭建IGBT器件、三相逆變電路輸出及相關(guān)輔助電路。3完成IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，選擇專用的IGBT混合集成驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)與主電路的接口及相關(guān)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。4完成單片機(jī)最小系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)接口的硬件和軟件設(shè)計(jì)。5撰寫課程設(shè)計(jì)論文，包括系統(tǒng)組成總體構(gòu)造及方案說(shuō)明、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等容。技術(shù)參數(shù)：額定直流輸入電壓220V，連續(xù)工作功率輸出10kW，逆變輸出電壓380VAC2%，逆變輸出波形為正弦波，逆變輸出頻率50Hz0.5%，轉(zhuǎn)換效率93%，功率因數(shù)，0.99。進(jìn)度方案1布置任務(wù)，查閱資料，確定系

3、統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2天2系統(tǒng)各組成部件功能分析與設(shè)計(jì)3天3系統(tǒng)功能電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)3天4撰寫、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書1天5驗(yàn)收及辯論1天指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 辯論：總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 辯論20% 以百分制計(jì)算摘 要三相電壓型逆變電路的主電路。直流電源采用相控整流電路，由普通晶閘管組成。逆變電路由6個(gè)導(dǎo)電臂組成,每個(gè)導(dǎo)電臂均由具有自關(guān)斷能力的全控型器件及反并聯(lián)二極管組成，所以實(shí)際上也是一種全控型逆變電路。電壓型逆變電路主要用于兩方面：籠式交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，

4、絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：三相電壓型；IGBT；逆變電路目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc470441075第1章 緒論 PAG

5、EREF _Toc470441075 h 4HYPERLINK l _Toc470441076第2章 課程設(shè)計(jì)的方案 PAGEREF _Toc470441076 h 7HYPERLINK l _Toc4704410772.1 概述 PAGEREF _Toc470441077 h 7HYPERLINK l _Toc4704410782.2 系統(tǒng)組成總體構(gòu)造PAGEREF _Toc470441078 h 7HYPERLINK l _Toc470441079第3章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc470441079 h 9HYPERLINK l _Toc4704410803.1 主電路的設(shè)計(jì) PA

6、GEREF _Toc470441080 h 9HYPERLINK l _Toc4704410813.2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc470441081 h 10HYPERLINK l _Toc4704410823.3 保護(hù)電路 PAGEREF _Toc470441082 h 13HYPERLINK l _Toc4704410833.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc470441083 h 13HYPERLINK l _Toc470441084第4章 控制電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc470441084 h 16HYPERLINK l _Toc4704410854.

7、1 采用單片機(jī)控制 PAGEREF _Toc470441085 h 16HYPERLINK l _Toc4704410864.2 單片機(jī)程序 PAGEREF _Toc470441086 h 18HYPERLINK l _Toc4704410874.3 三相電壓源逆變電路的連接 PAGEREF _Toc470441087 h 20HYPERLINK l _Toc470441089第5章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc470441089 h 21HYPERLINK l _Toc4704410905.1 系統(tǒng)總流程圖 PAGEREF _Toc470441090 h 21HYPERLINK l _

8、Toc4704410915.2 單片機(jī)初始化流程圖 PAGEREF _Toc470441091 h 22HYPERLINK l _Toc4704410925.3 子程序流程圖 PAGEREF _Toc470441092 h 23HYPERLINK l _Toc470441093第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc470441093 h 24HYPERLINK l _Toc470441094參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc470441094 h 25緒論逆變電路直流側(cè)電源是電壓源的稱為電壓型逆變電路， 三相電壓型逆變電路的主電路。直流電源采用相控整流電路，由普通晶閘管組成。逆變電路由6

9、個(gè)導(dǎo)電臂組成,每個(gè)導(dǎo)電臂均由具有自關(guān)斷能力的全控型器件及反并聯(lián)二極管組成，所以實(shí)際上也是一種全控型逆變電路。電壓型逆變電路主要用于兩方面,逆變電路是通用變頻器核心部件之一，起著非常重要的作用。逆變電路是與整流電路相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電的電路。逆變電路的根本作用是在控制電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的應(yīng)用非常廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、太陽(yáng)能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，需要通過無(wú)源逆變電路；無(wú)源逆變電路與其它電力電子變換電路組合形成具有特殊功能的電力電子設(shè)備，如無(wú)源逆變器與整流器組合為交-直-交變頻器(來(lái)自

10、交流電源的恒定幅度和頻率的電能先經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)無(wú)源逆變器輸出可調(diào)頻率的交流電供應(yīng)負(fù)載)。當(dāng)電網(wǎng)提供的工頻電源不能滿足負(fù)載的需要，就需要用交-直-交變頻電路進(jìn)展電能交換。如感應(yīng)加熱需要較高頻率的電源；交流電動(dòng)機(jī)為了獲得良好的調(diào)速特性需要頻率可變的電源。隨著電力電子技術(shù)的開展，逆變電路主要應(yīng)用于各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等；還可以應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不連續(xù)電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心局部。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。逆變電路可用以構(gòu)成靜止式中頻加熱電源。它具有主電路簡(jiǎn)

11、單、起動(dòng)性能好的優(yōu)點(diǎn)，但負(fù)載適應(yīng)性較差，故只適用于負(fù)載變化不大但又需要頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合。由于電壓型逆變電路具有直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓根本無(wú)脈動(dòng)；輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率等特點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用。在晶閘管逆變電路中，負(fù)載換相式電壓型逆變電路利用負(fù)載電流相位超前電壓的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)換相，不用附加專門的換相電路，因而應(yīng)用較多。常見的三相電壓型逆變電路有三相全橋型、三單相全橋型及三相多電平型等幾種。單個(gè)的三相全橋和三單相全橋型逆變器具有構(gòu)造和控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于受其容量和諧波性能的限制，很少將它們直接應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。此外，三相全橋型逆變器不

12、能直接用于補(bǔ)償系統(tǒng)的零序分量。為實(shí)現(xiàn)三相全橋和三單相全橋型逆變器的大容量化，常采用的方法有兩種：一是每個(gè)逆變器橋臂采用多個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)和并聯(lián)，該方法存在的主要問題是當(dāng)器件的串并聯(lián)個(gè)數(shù)較多時(shí)，每個(gè)器件的均壓、均流將變得非常困難。此外，該方法無(wú)助于逆變器諧波性能的提高。二是采用多重化構(gòu)造，該方法還可提高裝置的諧波性能。但也存在兩個(gè)問題：一是多重化需采用特殊構(gòu)造的變壓器，這種變壓器存在構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)高、體積大的缺點(diǎn)，因此多重化的數(shù)目受到限制；二是逆變器各個(gè)橋臂的開關(guān)器件需在關(guān)斷狀態(tài)下承受整個(gè)直流側(cè)電壓，由于現(xiàn)有單個(gè)開關(guān)器件耐壓值的限制，在制造大容量補(bǔ)償裝置時(shí)仍需采用多個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)的方法來(lái)解決開關(guān)器

13、件的耐壓?jiǎn)栴}。除了采用多重化方法外，提高諧波性能的另一種方法是采用對(duì)開關(guān)頻率要求相對(duì)較高的PWM調(diào)制方式，只是裝置的損耗將隨開關(guān)頻率的增加而增加。克制上述缺點(diǎn)的一種有效方法是采用多電平逆變器。在三相多電平逆變器中，開關(guān)器件在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)只需承受一個(gè)直流電容器上的電壓，較好地解決了在大容量裝置中開關(guān)器件的耐壓?jiǎn)栴}。它不需要通過變壓器的多重化方法，就能輸出階梯波形的電壓，即輸出電壓諧波含量低。此外，多電平逆變器還具有響應(yīng)速度快、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，但也具有構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)高的缺點(diǎn)。當(dāng)電平數(shù)過多時(shí)，由于電路中相應(yīng)的附加二極管、雜散電感和限流電感過多，裝置損耗過大，一般不予采用。此外，多電平逆變器還存在直流側(cè)電

14、容器均壓?jiǎn)栴}，為解決這個(gè)問題，應(yīng)對(duì)多電平逆變電路進(jìn)展了改良，但由于過多地采用了鉗位電容器，使電路的構(gòu)造變得更為復(fù)雜。課程設(shè)計(jì)的方案概述本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)交流電動(dòng)機(jī)三相電壓源型逆變電路，直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓根本無(wú)脈沖；輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反應(yīng)的無(wú)功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反應(yīng)二極管。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作為開光器件的電壓型三相逆變電路。系統(tǒng)組成總體構(gòu)造圖2.1 系統(tǒng)的構(gòu)造框圖由220V直流電源給三相逆變電路供電，由單片機(jī)89C51來(lái)編寫程序，IGBT驅(qū)

15、動(dòng)電路，模塊選用E*B841，來(lái)使三相逆變電路運(yùn)行，采用過電流保護(hù)，提高電路的穩(wěn)定性，三相逆變電路輸出電流給交流電機(jī)，使直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，更好的給交流電機(jī)供能。電壓型三相橋式逆變電路，電路由三個(gè)半橋電路組成，開關(guān)管可以采用全控型電力電子器件，以IGBT為例，VD1-VD6為續(xù)流二極管。電壓型三相橋式逆變電路的根本工作方式為180導(dǎo)電型，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角為180。同一相上下橋臂交替導(dǎo)電。各相開場(chǎng)導(dǎo)電的時(shí)間一次相差120。在一個(gè)周期，6個(gè)開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)閂1-V2-V3-V4-V5-V6，依次相隔 60，任意時(shí)刻均有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通的組合順序?yàn)閂1V2V3，V2V3V4，3V3V4

16、V5，V4V5V6,V5V6V1，每種組合工作。IGBT集成驅(qū)動(dòng)芯片選用E*B841, E*B841主要由放大、過流保護(hù)、5V基準(zhǔn)電壓和輸出等局部組成。其中放大局部由TLP550,V2,V4,V5和R1,C1,R2,R9組成，TLP550待改良。起信號(hào)輸入和隔離作用，V2是中間級(jí)，V4和V5組成推挽輸出;短路過流保護(hù)局部由V1,V3,V6,VZ1和C2,R3,R4,R5,R6,C3,R7,R8,C4等組成，實(shí)現(xiàn)過流檢測(cè)和延時(shí)保護(hù)功能。E*B841的6腳通過快速恢復(fù)二極管接至IGBT的C極，檢測(cè)IGBT的集射之間的通態(tài)電壓降的上下來(lái)判斷IGBT的過流情況加以保護(hù);5V電壓基準(zhǔn)局部由R10,VZ2

17、,C5組成，為IGBT驅(qū)動(dòng)提供-5V反偏壓。單片機(jī)核心控制，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉

18、的方案，采用過電流保護(hù)。硬件設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)用三個(gè)單相逆變電路可以組合成一個(gè)三相逆變電路。但在三相逆變電路中，應(yīng)用最為廣泛的還是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為開關(guān)器件的三相電壓型橋式逆變電路如圖3.1所示，可以看成是由三個(gè)半橋逆變電路組成。電路的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容器就可以了，但為了方便分析，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn)。和單相半橋、全橋逆變電路一樣，三相電壓型橋式逆變電路的根本工作方式也是導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相即同一半橋上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開場(chǎng)導(dǎo)電的角度以此相差。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)臂下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂

19、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)展，因此也被稱為縱向換流。三相逆變輸出的電壓與電流分析類似，負(fù)載參數(shù)，以U相為例，負(fù)載的阻抗角不一樣，的波形形狀和相位都有所不同，在阻感負(fù)載下，從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時(shí)，因負(fù)載電感中電流不能突變，先導(dǎo)通續(xù)流，待負(fù)載電流降為零，才開場(chǎng)導(dǎo)通。負(fù)載阻抗角越大，導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)。在時(shí)，時(shí)為導(dǎo)通，時(shí)為導(dǎo)通；在時(shí)，時(shí)導(dǎo)通，時(shí)為導(dǎo)通。 、的波形與形狀一樣，相位一次相差。將三個(gè)橋臂電流相加可得到直流側(cè)電流。在上述導(dǎo)電方式逆變器中，我們采用先斷后通的方法來(lái)防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電壓短路，使得在通斷信號(hào)之間留有一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。采用IGBT作

20、為開光器件的電壓型三相橋式逆變電路，可以看成由三個(gè)半橋逆變電路組成。圖3.1的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假象中點(diǎn)N。和單相半橋、全橋逆變電路一樣，三相電壓型橋式逆變電路的根本工作方式也是180導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為180，同一相即同一半橋上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開場(chǎng)導(dǎo)電的角度依次相差120。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)展，因此也被稱為縱向換流。圖3.1三相電壓型逆變電路IGBT驅(qū)動(dòng)電路IGBT的特點(diǎn)IGBT是MOSFE

21、T與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既有MOSFET易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率圍，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。 IGBT是電壓控制型器件，在它的柵極-發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓，只有A級(jí)的漏電流流過，根本上不消耗功率。但I(xiàn)GBT的柵極-發(fā)射極間存在著較大的寄生電容幾千至上萬(wàn)pF，在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的上升及下降沿需要提供數(shù)A的充放電電流，才能滿足開通和關(guān)斷的動(dòng)態(tài)要求，這使得它的驅(qū)動(dòng)電路也必須輸出一定的峰值電流。IGBT作為一種大功率的復(fù)合器件，存在著過流時(shí)可能發(fā)生鎖定現(xiàn)象而造成損壞的問題。在

22、過流時(shí)如采用一般的速度封鎖柵極電壓，過高的電流變化率會(huì)引起過電壓，為此需要采用軟關(guān)斷技術(shù)，因而掌握好IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)特性是十分必要的。 IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般只能到達(dá)2030V，因此柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一。在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極集電極間的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此。通常采用絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減小寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。由于IGBT的柵極發(fā)射極和柵極集電極間存在著分布電容Cge和Cgc，以及發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路中

23、存在有分布電感Le，這些分布參數(shù)的影響，使得IGBT的實(shí)際驅(qū)動(dòng)波形與理想驅(qū)動(dòng)波形不完全一樣，并產(chǎn)生了不利于IGBT開通和關(guān)斷的因素。柵極驅(qū)動(dòng)電壓的上升、下降速率對(duì)IGBT開通關(guān)斷過程有著較大的影響。IGBT的MOS溝道受柵極電壓的直接控制，而MOSFET局部的漏極電流控制著雙極局部的柵極電流，使得IGBT的開通特性主要決定于它的MOSFET局部，所以IGBT的開通受柵極驅(qū)動(dòng)波形的影響較大。IGBT的關(guān)斷特性主要取決于部少子的復(fù)合速率，少子的復(fù)合受MOSFET的關(guān)斷影響，所以柵極驅(qū)動(dòng)對(duì)IGBT的關(guān)斷也有影響。 在高頻應(yīng)用時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓的上升、下降速率應(yīng)快一些，以提高IGBT開關(guān)速率降低損耗。在正常

24、狀態(tài)下IGBT開通越快，損耗越小。但在開通過程中如有續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流和吸收電容的放電電流，則開通越快，IGBT承受的峰值電流越大，越容易導(dǎo)致IGBT損害。此時(shí)應(yīng)降低柵極驅(qū)動(dòng)電壓的上升速率，即增加?xùn)艠O串聯(lián)電阻的阻值，抑制該電流的峰值。其代價(jià)是較大的開通損耗。利用此技術(shù)，開通過程的電流峰值可以控制在任意值。 由以上分析可知，柵極串聯(lián)電阻和驅(qū)動(dòng)電路阻抗對(duì)IGBT的開通過程影響較大，而對(duì)關(guān)斷過程影響小一些，串聯(lián)電阻小有利于加快關(guān)斷速率，減小關(guān)斷損耗，但過小會(huì)造成di/dt過大，產(chǎn)生較大的集電極電壓尖峰。因此對(duì)串聯(lián)電阻要根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求進(jìn)展全面綜合的考慮。 柵極電阻對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖的波形也有影響。電阻

25、值過小時(shí)會(huì)造成脈沖振蕩，過大時(shí)脈沖波形的前后沿會(huì)發(fā)生延遲和變緩。IGBT的柵極輸入電容Cge隨著其額定電流容量的增加而增大。為了保持一樣的驅(qū)動(dòng)脈沖前后沿速率，對(duì)于電流容量大的IGBT器件，應(yīng)提供較大的前后沿充電電流。為此，柵極串聯(lián)電阻的電阻值應(yīng)隨著IGBT電流容量的增加而減小。IGBT混合集成驅(qū)動(dòng)芯片E*B841是日本富士公司提供的300A/1200V快速型IGBT驅(qū)動(dòng)專用模塊，整個(gè)電路延遲時(shí)間不超過1s，最高工作頻率達(dá)40一50kHz，它只需外部提供一個(gè)+20V單電源，部產(chǎn)生一個(gè)一5V反偏壓，模塊采用高速光耦合隔離，射極輸出。有短路保護(hù)和慢速關(guān)斷功能。E*B841驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下：腳1

26、：連接用于反向偏置電源的濾波電容器；腳2：電源20V；腳3：驅(qū)動(dòng)輸出；腳4：用于連接外部電容器，以防止過流保護(hù)電路誤動(dòng)作大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器；腳5：過流保護(hù)輸出；腳6：集電極電壓監(jiān)視；腳7、 8不接；腳9：電源；腳10、11不接；腳 14、15：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入-，； 由于本系列驅(qū)動(dòng)器采用具有高隔離電壓的光耦合器作為信號(hào)隔離，因此能用于交流380V 的動(dòng)力設(shè)備上。IGBT 通常只能承受 10s 的短路電流，所以必須有快速保護(hù)電路。 E*B841驅(qū)動(dòng)器設(shè)有電流保護(hù)電路，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與集電極之間的關(guān)系檢測(cè)過電流，當(dāng)集電極電壓高時(shí)，雖然參加信號(hào)也認(rèn)為存在過電流，但是如果發(fā)生過電流，驅(qū)動(dòng)器的低速切斷電

27、路就慢速關(guān)斷IGBT10s的過流不響應(yīng)，從而保證IGBT不被損壞。如果以正常速度切斷過電流，集電極產(chǎn)生的電壓尖脈沖足以破壞IGBT。IGBT 在開關(guān)過程中需要一個(gè)+15V 電壓以獲得低開啟電壓，還需要一個(gè)-5V 關(guān)柵電壓以防止關(guān)斷時(shí)的誤動(dòng)作。這兩種電壓15V 和-5V均可由 20V供電的驅(qū)動(dòng)器部電路產(chǎn)生。 圖3.2 E*B841功能框圖E*B841的工作原理：(1)正常開通過程當(dāng)控制電路使E*B841輸入端腳14和腳15有10mA的電流流過時(shí)，光耦合器TS01就會(huì)導(dǎo)通，A點(diǎn)電位迅速下降至0V，使VT1和VT2截止；VT2截止使D點(diǎn)電位上升至20V，VT4導(dǎo)通，VT5截止，E*B841通過VT4

28、及柵極電阻Rc向IGBT提供電流使其迅速導(dǎo)通，Uc下降至3V。同時(shí)，VT1截止使+20V電源通過R3向電容C2充電，時(shí)間常數(shù)1為2. 42s，這又使B點(diǎn)電位上升，IGBT延遲約1s后導(dǎo)通，UCE下降至3V，從而將E*B841腳6的電位鉗制在8V左右，因此B點(diǎn)和C點(diǎn)電位不會(huì)上升到13V，而是上升到8V左右，這個(gè)過程時(shí)間為1.24s;因穩(wěn)壓管VZ1的穩(wěn)壓值為13V，所以IGBT正常開通時(shí)不會(huì)被擊穿，VT3不通，E點(diǎn)電位仍為20V左右，二極管VD6截止，不影響VT4和VT5的正常工作。(2)正常關(guān)斷過程當(dāng)控制電路使E*B841輸入端腳14和腳15無(wú)電流流過時(shí)，光耦合器TS01不通，A點(diǎn)電位上升使VT

29、1和VT2導(dǎo)通；VT2導(dǎo)通使VT4截止，VT5導(dǎo)通，IGBT柵極電荷通過VT5迅速放電，使E*B841的腳3的電位迅速下降至0V相對(duì)于E*B841腳1低5V，使IGBT可靠關(guān)斷，UCE迅速上升，使E*B841的腳6懸空。與此同時(shí)，VT1導(dǎo)通，C2通過VT1更快放電，將B點(diǎn)和C點(diǎn)電位鉗制在0V，使VZ1仍不通，IGBT正常關(guān)斷。(3)保護(hù)動(dòng)作假設(shè)IGBT已正常導(dǎo)通，則VT1和VT2截止，VT4導(dǎo)通，VT5截止，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位穩(wěn)定在8V左右，VZ1不被擊穿，VT3不導(dǎo)通，E點(diǎn)電位保持為20V，二極管VD6截止。假設(shè)此時(shí)發(fā)生短路，IGBT承受大電流而退飽和，UCE上升很多，二極管VD7截止，則E*B

30、841的腳6懸空，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開場(chǎng)由8V上升；當(dāng)上升至13V時(shí)，VZ1被擊穿，VT3導(dǎo)通，CT4通過R7和VT3放電，E點(diǎn)電位逐步下降，二極管VD6導(dǎo)通時(shí)D點(diǎn)電位也逐步下降，從而使E*B841的腳3的電位也逐步下降，從而緩慢關(guān)斷IGBT。B點(diǎn)和C點(diǎn)電位由8V上升到13V的時(shí)間為8. 3s。此時(shí)慢關(guān)斷過程完畢，IGBT柵極上所受偏壓為0V設(shè)VT3管壓降為0.3V，VT6和VT5的壓降為0. 7V，這種狀態(tài)一直持續(xù)到控制信號(hào)使光電耦合器TS01截止，此時(shí)VT1和VT2導(dǎo)通，VT2導(dǎo)通使D點(diǎn)下降到0V，從而使VT4完全截止，VT5完全導(dǎo)通，IGBT柵極所受偏壓由慢關(guān)斷時(shí)的0V迅速下降到-5V，IG

31、BT完全關(guān)斷。VT1導(dǎo)通使C2迅速放電、VT3截止，20V電源通過R8對(duì)C4充電，則E點(diǎn)恢復(fù)到正常狀態(tài)需135s，至此E*B841完全恢復(fù)到正常狀態(tài)，可以進(jìn)展正常的驅(qū)動(dòng)。E*B841在設(shè)計(jì)上充分考慮到IGBT的特點(diǎn)，電路簡(jiǎn)單實(shí)用。它具有如下特點(diǎn)。模塊僅需單+20V電源供電，它通過部5V穩(wěn)壓管為IGBT提供+15V和-5V的電平，既滿足了JGBT的驅(qū)動(dòng)條件，又簡(jiǎn)化了電路，為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了很大方便。輸入采用高速光耦隔離電路，既滿足了隔離和快速的要求，又在很大程度上使電路構(gòu)造簡(jiǎn)化。通過精心設(shè)計(jì)，將過流時(shí)降低UCE與慢關(guān)斷技術(shù)綜合考慮，一旦電路檢測(cè)到短路后，要延遲約1.5sVZ1導(dǎo)通時(shí)，R4會(huì)有壓

32、降UCE才開場(chǎng)降低，再過約8s后UGE才降低到0V相對(duì)E*B841的腳1。在這10s左右的時(shí)間，如果短路現(xiàn)象消失，UCE會(huì)逐步恢復(fù)到正常值，但恢復(fù)時(shí)間決定于時(shí)間常數(shù)t13。圖3.3 E*B841原理圖保護(hù)電路電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護(hù)措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時(shí)采用集中過流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。綜合本次設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)絲實(shí)施電流保護(hù)。如圖3.4電流保護(hù)電路所示。對(duì)于所選的保險(xiǎn)絲，遵從值小于晶閘管的允許值。圖3.4三相電壓源逆

33、變電路的過流保護(hù)電路單片機(jī)控制本論文的單片機(jī)采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。在芯片中，P1口低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)；P1.5P1.7口則用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。P0口和P2口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。引腳說(shuō)明：電源引腳Vcc40腳：典型值5V。Vss20腳：接低電平。外部晶振*1、*2分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，*2接振蕩信號(hào)，*1接地。輸入輸出口引腳：P0口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 1。P1口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 1。P2口：I/O雙向口。作輸入

34、口時(shí)，應(yīng)先軟件置 1。P3口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 1。控制引腳：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。RST/Vpd9腳：復(fù)位信號(hào)輸入端高電平有效。ALE/-PROG(30腳：地址鎖存信號(hào)輸出端。第二功能：編程脈沖輸入。-PSEN29腳：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。-EA/Vpp(31腳：外部程序存儲(chǔ)器使能端。第二功能：編程電壓輸入端+21V。圖3.5 單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)芯片的連接圖3.5 單片機(jī)系統(tǒng)電路軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)程序#include static unsigned int count; /static int step_in

35、de*; /static bit turn; /static bit stop_flag; /static int speedlevel; /static int spcount; /void delay(unsigned int endcount); /void gorun();/void main(void) count = 0; step_inde* = 0; spcount = 0; stop_flag = 0; P1_0 = 0; P1_1 = 0; P1_2 = 0; P1_3 = 0; EA = 1; / ET0 = 1; / TH0 = 0*FE; TL0 = 0*0C; /

36、TR0 = 1; / turn = 0; speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; do speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; delay(10000); stop_flag=1; delay(10000); stop_flag=0; while(1); case 6: /3 P1_0 = 0; P1_1 = 0; P1_2 = 0; P1_3 = 1; break; case 7: /3、0 P1_0 = 1; P1_1 = 0; P1_2 = 0; P1_3 = 1; if (turn=

37、0) step_inde*+; if (step_inde*7) step_inde*=0; else step_inde*-; if (step_inde*0) step_inde*=7; 系統(tǒng)總流程圖圖4.1系統(tǒng)總流程圖三相逆變電路供電，由單片機(jī)89C51來(lái)編寫程序，IGBT驅(qū)動(dòng)電路，模塊選用E*B841，來(lái)使三相逆變電路運(yùn)行，采用過電流保護(hù)，提高電路的穩(wěn)定性，三相逆變電路輸出電流給交流電機(jī)，使直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，更好的給交流電機(jī)供能。單片機(jī)初始化流程圖圖5.2 單片機(jī)初始化流程圖采用MSC-51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。把變量變成初始值.設(shè)置定時(shí)器的工作方式及初值，開放相應(yīng)的中斷源的中斷并設(shè)置優(yōu)先級(jí)。子程序流程圖圖5.3子程序流程圖在主程序中翻開串行口中斷，在定時(shí)器子程序中使用地址存放器作為地址指針，開場(chǎng)時(shí)指向數(shù)據(jù)表首地址，當(dāng)字符顯示完成后，進(jìn)入下一字符，從右到左的流動(dòng)顯示，指向字符表字節(jié)，