中频大功率电机变频调速系统研发设计.doc

节中频大功率电机变频调速系统的设计羇脉宽控制寄存器保护电路开关损耗驱动电路采用三相SPWM波形发生器SA4828,结合相应的软件,根据电机的调速要求,对为电机提供频率0~400Hz、功率为数百千瓦以上的逆变电源系统进行了探索性研究,以实现电机的调速。 莈针对某大功率电机要求调制频率较高、速度多级可调并且稳定运行条件下产生热量较小的特点,本文介绍了采用单片机控制的变频调速系统的设计方案。该系统采用MITEL公司生产的增强型SPWM波形发生器SA4828,利用其SPWM输出的高效型波形,不但可以使功率半导体开关器件大幅度降低开关损耗,而且还可以使用更少、更便宜的功率器件,减小散热片的体积。此外,系统稳定工作时,SA4828几乎不占用CPU的运算资源,因而,单片机有能力进行整个系统的检测、保护、控制、显示等。系统实时性好,可靠性高。蒆1 硬件电路方案蚁系统硬件电路由主电路、控制电路、驱动电路、保护电路以及键盘显示电路组成。系统框图如图1所示。蚇膅 ,桥臂上的变流元件由绝缘栅门极双极性晶体管(IGBT)构成。由电网引出的三相交流电经过整流、滤波变为稳定的直流电,直接提供给逆变器。主开关器件选用日本三菱公司生产的CM400HA-24HIGBT(400A/1200V)模块,并联后作为三相桥的一个臂,加上缓冲电路构成本系统三相逆变器。蒈由于IGBT工作频率较高,而开关频率高会增大开关损耗,并在IGBT的集电极产生浪涌电压,从而造成器件过热,甚至损坏。为避免这一情况的发生,需对IGBT增设缓冲吸收电路。用于桥式臂上常见的缓冲吸收电路如图2所示。其中图2(a)适用于50A以下的IGBT,图2(b)适用于200A以下的IGBT,图2(c)则适用于200A以上大容量的IGBT。经初步考虑,可选择如图2(c)所示的RCD钳位式缓冲吸收电路,将IGBT的工作点限制在安全区内,以防止因IGBT过电压、过电流而降低其开关损耗。芇蚂考虑到缓冲电路的吸收效果和Rs的耗散功率以及反馈能量,在满足一定条件的前提下,Rs取大些为好,因为其功耗与阻值无关。如果Rs过小,则吸收回路会出现电流振荡,IGBT导通时使集电极电流Ic尖峰值也增大。Rs的实际值选取应以试验为准。蒀 VD的选择对吸收也有明显影响,应选择快速恢复二极管。同时吸收回路的引线电感对吸收也影响很大,应尽量缩短引线(其详细资料见文献[1])。。EXB841可直接驱动300A/1200V的IGBT管,其输入端接有高隔离电压光电耦合器,使控制电路与驱动电路隔离。由于EXB841直接驱动400A/1200V的IGBT管驱动能力不足,故需要外接功率晶体管,以提高其驱动能力,去驱动本系统的IGBT模块。EXB841不但具有隔离性能好、抗干扰能力强,同时还有过流检测及保护电路等功能。一旦EXB841检测到过流信号,则快速向SA4828发出保护高电平,以封锁各路IGBT驱动信号、高速切断电路和关断IGBT。。羈(1)单片机功能膆工作开始时,单片机首先对SA4828进行初始化,定义载波频率和电源频率范围、死区、最小脉冲取消时间等参数;然后向SA4828的控制寄存器传送电源的频率控制字和幅度控制字等参数。正常工作时,单片机根据需要对SA4828的控制数据进行修改,实现系统的反馈与实时控制。调压时,用户可通过控制面板调节电压的给定值来改变输出电压。调频时,单片机根据用户设定直接修改SA4828频率控制寄存器的控制字,以改变电源输出频率。为保持磁通恒定,输出的交流电压u与频率f的比值应保持常数,二者之间的关系可由u/f曲线来描述。用户根据具体情况,可设置多根补偿程度不同的u/f曲线。为使单片机运行简化,可将曲线表示的函数关系制成表格预存在存储器内,再利用单片机特有的地址运算方法逐一调出所需的电压控制数据。膃(2)SA4828简介蚃 SA4828是由英国MITEL公司专门为电机控制电路设计的三相SPWM波产生器。它是SA8282的增强型产品,其本身的功能要比同系列的其他产品以及英国Mullard公司生产的HEF4752和德国西门子公司生产的SLE4520功能强大得多。其功能比较如表1所示,3种芯片更详细介绍请参阅文献[2]。虿*** 薅 SA4828的特点:肂①具有全数字化操作,输出波形精度高;工作频率范围宽,输出电源频率可达4kHz,频率控制精度达16位;若用于变频调速,对运行于3000r/min的单相电机,。葿②SA4828是一种通用可编程的微机外围芯