設計內容與設計要求一、設計內容：1、電路功能：1）用SPWM控制方式對交-直-交電壓型變頻調速系統進行控制，可使用SPWM的模擬控制或PWM的數字控制。要求米用雙閉環控制。2）電路由主電路與控制電路組成，電路主要環節：父-直-父變頻電路及相關濾波環節。控制電路主要環節：SPWM產生電路、電壓電流檢測單兀、驅動電路、檢測與故障保護電路、各類調節器等。3）主電路電力電子開關器件IGBT或MOSFET。4）系統要求檢測電路與保護電路設計較完整。21）要求米用SPWM控制方式，整個系統要求米用雙閉環系統。2）設計思路清晰，給出整體設計框圖；3）單元電路設計，給出具體設計思路和電路；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，寫出設計報告；主要設計條件1、設計依據主要參數1）輸入電壓：三相（AC）380V（1+10%）2）負載為三相籠型電機功率為3kW，功率因數為0.7,電機最高轉速1500rpm。3）負載空載損耗取電機額定功率的5%。可提供實驗與仿真條件第1章概述SPWM變頻調速系統概述二十世紀末以來,電力電子技術及大規模集成電路有了飛速的發展，在此技術背景下SPWM電路構成的變頻調速系統以其結構簡單、運行可靠、節能效果顯著、性價比高等突出優點而得到廣泛應用。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，使電動機輸出轉矩存在脈動分量，影響其穩態工作性能。為了改善交流電動機變壓變頻調速系統的性能，在出現了全控式電力電子開關器件之后，科技工作者在20世紀80年代開發應用PWM技術的逆變器，由于它的優良技術性能，當今國內外生產的變壓變頻器都已采用這種技術。PWM技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變為電壓脈沖序列，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。在變頻調速中，前者主要應用于PWM斬波（DC—DC變換），后者主要應用于PWM逆變（DC—AC變換）。PWM脈寬調制是利用相當于基波分量的信號波（調制波）對三角載波進行調制，以達到調節輸出脈沖寬度的目的。相當于基波分量的信號波（調制波）并不一定指正弦波，在PWM優化模式控制中可以是預畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調制信號，但決不是最優信號。PWM控制技術有許多種，并且還在不斷發展中。但從控制思想上分，可把它們分成四類，即等脈寬PWM法、正弦波卩側法（SPWM）、磁鏈跟蹤PWM法（SVPWM）和電流跟蹤PWM法等。本課題設計主要介紹正弦波SPWM的變頻調速控制系統。SPWM（SinusoidalPWM）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論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同.SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。第2章SPWM變頻調速系統基本原理SPWM變頻調速系統基本原理PWM的原理，就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來等效一些想要的波形。PWM技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變為電壓脈沖序列，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。變頻調速中，前者主要應用于PWM斬波（DC—DC變換），后者主要應用于PWM逆變（DC—AC變換）。PWM脈寬調制是利用相當于基波分量的信號波（調制波）對三角載波進行調制，以達到調節輸出脈沖寬度的目的。相當于基波分量的信號波（調制波）并不一定指正弦波，在PWM優化模式控制中可以是預畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調制信號，但決不是最優信號。根據面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM（SinusoidalPWM）波形。當前逆變電源的控制技術中，滯環控制技術和SPWM控制技術是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環控制技術開關頻率不固定，濾波器較難設計，且控制復雜，難以實現；SPWM控制技術開關頻率固定，濾波器設計簡單，易于實現控制。當二者采用電壓電流瞬時值雙閉環反饋的控制策略時，均能夠輸出高質量的正弦波，且系統擁有良好的動態性能。系統設計總方案的確定在三相交流電源供電的情況下，共需經過八個主要模塊完成整個調速過程。首先是三相整流變壓器降壓，然后經二極管橋式整流，再者由電容濾波器濾波獲得直流電源，最后經IGBT逆變電路逆變，得到可調交流電源。IGBT為場控輸入器件，輸入功率小。確定主電路模塊之后，本課程設計將采用HEF4752芯片構成SPWM波形生成電路，實現PWM波的調制。并采用電流轉速雙閉環調制系統，同時確定保護電路模塊，檢測電路模塊，驅動電路模塊等。系統總流程圖如圖2.1所示。平波回路整流電路檢測電路隔離保護電流轉速雙閉環調制電路驅動電路HEF4752波形控制電路SPWM變頻調速系統總流程圖第3章主電路設計3.1主電路功能說明主電路為AC/DC/AC逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經橋式整流后，得到脈動的直流電壓經電容器濾波后供給逆變器。二極管整流橋把輸入的交流電變為直流電，電阻R1為起動限流電阻，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形，可以用來觀察波形。C1為濾波電容。可逆PWM變換器主電路系采用IGBT所構成的，IGBT（VI、V2、V3、V4、V5、V6）和六個續流二極管（VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6）組成的雙極式PWM可逆變換器。經變換器逆變，可將直流電源變成穩定的或可變的交流電源。主電路設計整流器本課題中的整流器是使用六個二極管組成，如圖2所示，它把工頻電源變換為直流電源。因為電機的功率為3KW,功率因素為0.7,在選擇整流器的二極管時，二極管承受反向最大電壓Udm=1.414U=288V，考慮3倍裕量，則Utn=3*537=864V取900v

該電路整流輸出接有大電容，而且負載也不是純電感負載，但為了簡化計算，仍可按電感計算，只是電流裕量要可適當取大些即可。IdD=0.5Id=250AID=1/1.414Id=354AID(AV)=2*354/1.57=451A平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有6倍頻率的脈動電壓，此外逆變變流器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。在濾波電容選擇時，G一般根據放電的時間常數計算，負載越大，要求紋波系數越小，一般不做嚴格計算，多取2000以上。因該系統負載不大，故取Cl=2200uF,耐壓1.5Udm=1.5*537=432v，取450v，即選用2200,450v電容器。逆變器逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，這里選用六個1200A、400V的IGBT和600A、300v的二極管構成如圖2所示的逆變器。在IGBT的選擇時因為=222V，取3倍裕量，選耐壓為666v以上的IGBT。由于IGBT是以最大標注且穩定電流與峰值電流間大致為四倍關系，故應選用大于4倍額定負載電流的IGBT為宜，因此選用2000A,額定電壓700V左右的IGBT。續流二極管的選擇，根據Urm=（2根據Urm=（2?3）UsIcm=（1.5?2）Id得知，續流二極管應選1000A、額定電壓為600v的二極管整流元件。主電路電路圖主電路電路圖如圖3.1所示。主電路電路圖如圖3.1所示。主電路第4章控制電路設計控制電路設計總思路給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制回路。控制電路由以下電路，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測回路”，電動機的“速度檢測回路”，將運算電路的控制信號進行放大隔離的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。下面詳細介紹各單元電路。SPWM波形產生電路4.2.1HEF4752芯片介紹Oftenoe^i?口日Oftenoe^i?口日wrctcwOCTX□口OBC2VAVIi_ftSYNOViM1ORMIORMZQFlG□ORMIORMZQFlG□YC1本課題采用由HEF4752產生三相6路SPWM波形通過光電隔離后去控制主電路。HEF4752是采用LOCMOS工藝制造的大規模集成電路，專門用來產生三相SPWM信號。它的驅動輸出經隔離放大后，可驅動GTO和GTR逆變器，在交流變頻調速中作控制器件。其引腳如圖4.1所示。4.1HEF4752引腳圖該芯片的主要特點如下：1）能產生三對相位差120°的互補SPWM主控脈沖，適用于三相橋結構的逆變器；2）采用多載波比自動切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級地自動增加載波比，從而抑制低頻輸出時因高次諧波產生的轉矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調制頻率可調范圍為0?100Hz,且能使逆變器輸出電壓同步調節；3）為防止逆變器上下橋臂直通，在每相主控脈沖間插入死區間隔，間隔時間連續可調。SPWM波形產生電路設計說明SPWM產生電路設計如圖4所示。在該控制電路中，分別由三個CD4046產生推遲時鐘（OCT）和參考時鐘（RCT）、頻率控制時鐘（FCT）和電壓控制時鐘（VCT）3路時鐘信號供給HEF4752。

□3C33-II+EIILLljlLlILil屮rd-5Li-ijyq衛：JHOTEE?2□smTJWMl]EWI.□51U"UHIiT；tt-JOTC]ouiOYCT□rriCff0CT□3C33-II+EIILLljlLlILil屮rd-5Li-ijyq衛：JHOTEE?2□smTJWMl]EWI.□51U"UHIiT；tt-JOTC]ouiOYCT□rriCff0CTM：TKCWEESPWM產生電路驅動電路要提供控制電路與主回路之間的電氣隔離環節，一般采用光隔離或磁離。這里驅動的設計我們采用一個光耦合器實現光隔離如圖4.3所示。控制信號驅動隔離電