SPWM三相变频实验单元的研制
|
摘要
变频是指利用电力电子器件将50Hz的交流电变换为用户所要求频率的交流电，它分为直接变频(交-交变频)和间接变频(交-直-交变频)。间接变频技术在稳频稳压和调频调压的利用率以及变频的电源对负载特性的影响等方面，都具有明显的优势，是目前变频技术领域所普遍采取的方式。本课题所研究的正是间接变频中的正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术。
SPWM三相变频实验单元能够把频率固定的三相交流电变换成频率连续可调的三相交流电，它主要包括交直变换、逆变、控制和继电保护电路。该实验单元首先把输入的三相交流电经整流滤波后变成直流电，然后把直流电逆变成频率和电压大小可调的三相交流电，供给三相对称负载。控制电路部分包括直流稳压源、SPWM信号产生电路以及驱动电路。直流稳压源用于对实验单元中的信号产生电路、驱动电路以及继电操作和保护电路提供恒压电源，使得这些电路能够正常工作。SPWM信号产生电路以大规模集成电路——HEF4752为核心，通过对输入的三路时钟信号的调制，得到六路SPWM信号的输出。驱动电路则是采用了目前较为流行的EXB841驱动芯片，对SPWM信号放大隔离后，去驱动逆变桥中六支IGBT，使其导通和关断。继电操作是利用接触器和继电器接通与断开主电路及相关电路，保护电路则是根据电压和电流传感器检测得到的过压或过流信号，使IGBT的驱动信号截止，并断开主电路的交流输入电源，防止实验单元中器件的损坏。
文中详细介绍了SPWM三相变频实验单元所包含的各电路环节的理论基础及设计过程，并给出了调试结果，如负载为阻性、感性和异步电动机时，实验单元输出的电压和电流波形。通过将实验结果与理论分析相比较，证明了所研制的实验单元性能稳定、技术性强。
Frequency inverter is a kind of circuit that uses power electronic device to change AC from 50Hz to other frequencies and includes AC/AC and AC/DC/AC types. The AC/DC/AC frequency inverter with sinusoidal pulse width modulation has evident advantage in many aspects and is widely being used.
The steady frequency three-phase AC can be changed into the AC which frequency is continuously adjusted in the experiment unit composed of rectifier, inverter, control circuit, and relay safeguard circuit. Firstly, the input three-phase AC is converted into DC after it passes rectifier and filter circuit. Secondly, the DC is changed into three-phase AC which frequency and value can be continuously adjusted. Lastly, the output three-phase AC is supplied to load. The control circuit includes DC regulated power supply, SPWM signal circuit, and driving circuit. The DC regulated power supply provides steady voltage to signal circuit, driving circuit, relay safeguard circuit and so on. By means of modulating the clock signal input of HEF4752, six SPWM signals are produced. The driving circuit uses EXB841 that is very popular to magnify and separate the six SPWM signals, and easily to control the switch on or off of six IGBTs in inverter bridges. To switch the main circuit and other related circuits is achieved by relays and contactors. The function of the safeguard circuit is to compare the signals that come from the voltage and current sensors to predetermined signals. When the signals exceed the rated value, the safeguard turns off the driving signals of IGBTs. At the same time the input AC of the main circuit is cut off to protect electronic devices.
The theories and design principles of each circuit of the SPWM three-phase frequency inverter experiment unit are in detail introduced in this thesis. At the same time some experiment results are shown that include the output voltage and current waves when the load is in resistivity, inductivity or asynchronous motor. The comparison of experiment results with theory analysis shows that the experiment unit has stable operation and good technique performance.
SPWM三相变频实验单元能够把频率固定的三相交流电变换成频率连续可调的三相交流电，它主要包括交直变换、逆变、控制和继电保护电路。该实验单元首先把输入的三相交流电经整流滤波后变成直流电，然后把直流电逆变成频率和电压大小可调的三相交流电，供给三相对称负载。控制电路部分包括直流稳压源、SPWM信号产生电路以及驱动电路。直流稳压源用于对实验单元中的信号产生电路、驱动电路以及继电操作和保护电路提供恒压电源，使得这些电路能够正常工作。SPWM信号产生电路以大规模集成电路——HEF4752为核心，通过对输入的三路时钟信号的调制，得到六路SPWM信号的输出。驱动电路则是采用了目前较为流行的EXB841驱动芯片，对SPWM信号放大隔离后，去驱动逆变桥中六支IGBT，使其导通和关断。继电操作是利用接触器和继电器接通与断开主电路及相关电路，保护电路则是根据电压和电流传感器检测得到的过压或过流信号，使IGBT的驱动信号截止，并断开主电路的交流输入电源，防止实验单元中器件的损坏。
文中详细介绍了SPWM三相变频实验单元所包含的各电路环节的理论基础及设计过程，并给出了调试结果，如负载为阻性、感性和异步电动机时，实验单元输出的电压和电流波形。通过将实验结果与理论分析相比较，证明了所研制的实验单元性能稳定、技术性强。
Frequency inverter is a kind of circuit that uses power electronic device to change AC from 50Hz to other frequencies and includes AC/AC and AC/DC/AC types. The AC/DC/AC frequency inverter with sinusoidal pulse width modulation has evident advantage in many aspects and is widely being used.
The steady frequency three-phase AC can be changed into the AC which frequency is continuously adjusted in the experiment unit composed of rectifier, inverter, control circuit, and relay safeguard circuit. Firstly, the input three-phase AC is converted into DC after it passes rectifier and filter circuit. Secondly, the DC is changed into three-phase AC which frequency and value can be continuously adjusted. Lastly, the output three-phase AC is supplied to load. The control circuit includes DC regulated power supply, SPWM signal circuit, and driving circuit. The DC regulated power supply provides steady voltage to signal circuit, driving circuit, relay safeguard circuit and so on. By means of modulating the clock signal input of HEF4752, six SPWM signals are produced. The driving circuit uses EXB841 that is very popular to magnify and separate the six SPWM signals, and easily to control the switch on or off of six IGBTs in inverter bridges. To switch the main circuit and other related circuits is achieved by relays and contactors. The function of the safeguard circuit is to compare the signals that come from the voltage and current sensors to predetermined signals. When the signals exceed the rated value, the safeguard turns off the driving signals of IGBTs. At the same time the input AC of the main circuit is cut off to protect electronic devices.
The theories and design principles of each circuit of the SPWM three-phase frequency inverter experiment unit are in detail introduced in this thesis. At the same time some experiment results are shown that include the output voltage and current waves when the load is in resistivity, inductivity or asynchronous motor. The comparison of experiment results with theory analysis shows that the experiment unit has stable operation and good technique performance.
引文
[1] 罗飞路 曹雄恒 陈江龙 电力电子技术现状和未来 电气时空 2002 NO4
[2] 李宏．浅谈面向21世纪的电力电子技术 电力电子技术 2001．8第35卷，第4期
[3] 丁道宏 电子电源的发展回顾和展望 电源世界 2000(3) 1～4
[4] 唐苏亚 电力电子器件的现状及将来动向 微电机 2000 第33卷，第5期
[5] 李鹤轩．电力电子技术的发展动向 新技术新工艺 1997．第6期
[6] 唐晨辉．变频技术及其应用 江西科技师范学院学报 2002．6 第3期
[7] 张燕宾．变频调速应用实践 机械工业出版社 2001 10～12
[8] 张一工 肖湘宁．现代电力电子技术原理与应用 科学出版社 1999 28～54
[9] 张立．现代电力电子技术基础 高等教育出版社 1999 107～110；146～166
[10] 张燕宾．SPWM变频调速应用技术 机械工业出版社 2001．7 49～54
[11] 赵可斌 陈国雄．电力电子变流技术 上海交通大学出版社 1993 101～130
[12] 李序葆 赵永健．电力电子器件及其应用 机械工业出版社 1996．12 350～366
[13] 杨晓月．绝缘栅双极型大功率晶体管——IGBT 电信技术 1997 第6期
[14] 陈祥富 李宝军．IGBT的吸收电路 石家庄铁道学院学报 1997．9 第10卷 增刊
[15] 徐晓峰 连级三 李风秀．IGBT逆变器吸收电路的研究 电力电子技术 1998第3期
[16] 邓焰 何湘宁 钱照明 逆变桥臂无源吸收技术 电气传动 2000 第5期
[17] 徐庆高．在实验中防止晶闸管逆变电路“烧管”的几种方法 安庆师范学院学报(自然科学版)1997．5 第3卷，第2期
[18] 正田英介．电力电子学 科学出版社 2001 69～86
[19] 成兰 乔金富 变频器逆变元件IGBT保护环节的设计 纺织高校基础科学学报 1998．12 第11卷，第4期
[20] 刘凤君．正弦波逆变器 科学出版社 2000 319～330
[21] 吴守箴 臧英杰．电气传动的脉宽调制控制技术 机械工业出版社 1999．8 142～152
[22] 李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南(第2册) 机械工业出版社 2001 134～145
[23] 宋书中 常晓玲．交流调速系统 机械工业出版社 1998
[24] 陈国呈．PWM变频调速及软开关电力变换技术 机械工业出版社 2001 50～56
[25] 王兆安 黄俊．电力电子变流技术(第4版) 机械工业出版社
[26] 张贵锋 李永兵 王士元．EXB841的自身保护及驱动电压的调整 电焊机研究与设计2000(2)
[27] 李振民 刘事明 张锐．EXB841驱动模块的改进用法 电工技术杂志 2002 第7期
[28] 程远楚．EXB841(840)驱动模块应用分析 电气传动自动化 1997．11 第19卷，第4期
[29] 单庆晓 胡平旺．EXB841对IGBT的过流保护 电力电子技术 1998 第3期
[30] 贾好来．EXB841对IGBT的过流保护 太原理工大学学报 1999 第30卷，第6期
[31] 刘建英．霍尔传感器在电参量测量中的应用 中国民航学院学报 1999 第17卷，第4期
[32] 卢光华．磁补偿式霍尔传感器在变频调速电机中的应用 仪表技术 2000 第3期
[33] 王正仕 陈辉明 吴益良 向群．IGBT过流保护方法的研究 浙江大学学报(自然科学
版) 1997 第31卷，第1期
[34] 刘云峰 陈国平．IGBT的过流保护策略 电子器件 1999 第22卷，第1期
[35] 蔡兵 木昌洪．一种简单的过流过压保护电路 荆州师范学院学报(自然科学版) 2001 第24卷，第5期
[36] 王晓明 王艳秋 王建立．三相SPWM控制器SA4828在变频器中的应用 电气传动自动化 2002 第24卷，第1期
[37] 邵日明 吴守箴．新型三相脉宽调制发生器——SA4828集成芯片及其应用 电工技术杂志 2000 第8期
[38] 李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南(第1册) 机械工业出版社 2001 499～504
[39] 熊蕊 宋义超．SPWM逆变电源的噪声及抑制研究 电工技术杂志 1999 第6期
[40] 黄挚雄 李志勇 危韧勇 智能功率模块IGBT-IPM及其应用 电气传动自动化 2002 第24卷，第2期
[41] 谢莉平 陈林康 一种采用智能功率模块(IPM)的变频调速系统 电力电子技术 1998 第3期
[2] 李宏．浅谈面向21世纪的电力电子技术 电力电子技术 2001．8第35卷，第4期
[3] 丁道宏 电子电源的发展回顾和展望 电源世界 2000(3) 1～4
[4] 唐苏亚 电力电子器件的现状及将来动向 微电机 2000 第33卷，第5期
[5] 李鹤轩．电力电子技术的发展动向 新技术新工艺 1997．第6期
[6] 唐晨辉．变频技术及其应用 江西科技师范学院学报 2002．6 第3期
[7] 张燕宾．变频调速应用实践 机械工业出版社 2001 10～12
[8] 张一工 肖湘宁．现代电力电子技术原理与应用 科学出版社 1999 28～54
[9] 张立．现代电力电子技术基础 高等教育出版社 1999 107～110；146～166
[10] 张燕宾．SPWM变频调速应用技术 机械工业出版社 2001．7 49～54
[11] 赵可斌 陈国雄．电力电子变流技术 上海交通大学出版社 1993 101～130
[12] 李序葆 赵永健．电力电子器件及其应用 机械工业出版社 1996．12 350～366
[13] 杨晓月．绝缘栅双极型大功率晶体管——IGBT 电信技术 1997 第6期
[14] 陈祥富 李宝军．IGBT的吸收电路 石家庄铁道学院学报 1997．9 第10卷 增刊
[15] 徐晓峰 连级三 李风秀．IGBT逆变器吸收电路的研究 电力电子技术 1998第3期
[16] 邓焰 何湘宁 钱照明 逆变桥臂无源吸收技术 电气传动 2000 第5期
[17] 徐庆高．在实验中防止晶闸管逆变电路“烧管”的几种方法 安庆师范学院学报(自然科学版)1997．5 第3卷，第2期
[18] 正田英介．电力电子学 科学出版社 2001 69～86
[19] 成兰 乔金富 变频器逆变元件IGBT保护环节的设计 纺织高校基础科学学报 1998．12 第11卷，第4期
[20] 刘凤君．正弦波逆变器 科学出版社 2000 319～330
[21] 吴守箴 臧英杰．电气传动的脉宽调制控制技术 机械工业出版社 1999．8 142～152
[22] 李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南(第2册) 机械工业出版社 2001 134～145
[23] 宋书中 常晓玲．交流调速系统 机械工业出版社 1998
[24] 陈国呈．PWM变频调速及软开关电力变换技术 机械工业出版社 2001 50～56
[25] 王兆安 黄俊．电力电子变流技术(第4版) 机械工业出版社
[26] 张贵锋 李永兵 王士元．EXB841的自身保护及驱动电压的调整 电焊机研究与设计2000(2)
[27] 李振民 刘事明 张锐．EXB841驱动模块的改进用法 电工技术杂志 2002 第7期
[28] 程远楚．EXB841(840)驱动模块应用分析 电气传动自动化 1997．11 第19卷，第4期
[29] 单庆晓 胡平旺．EXB841对IGBT的过流保护 电力电子技术 1998 第3期
[30] 贾好来．EXB841对IGBT的过流保护 太原理工大学学报 1999 第30卷，第6期
[31] 刘建英．霍尔传感器在电参量测量中的应用 中国民航学院学报 1999 第17卷，第4期
[32] 卢光华．磁补偿式霍尔传感器在变频调速电机中的应用 仪表技术 2000 第3期
[33] 王正仕 陈辉明 吴益良 向群．IGBT过流保护方法的研究 浙江大学学报(自然科学
版) 1997 第31卷，第1期
[34] 刘云峰 陈国平．IGBT的过流保护策略 电子器件 1999 第22卷，第1期
[35] 蔡兵 木昌洪．一种简单的过流过压保护电路 荆州师范学院学报(自然科学版) 2001 第24卷，第5期
[36] 王晓明 王艳秋 王建立．三相SPWM控制器SA4828在变频器中的应用 电气传动自动化 2002 第24卷，第1期
[37] 邵日明 吴守箴．新型三相脉宽调制发生器——SA4828集成芯片及其应用 电工技术杂志 2000 第8期
[38] 李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南(第1册) 机械工业出版社 2001 499～504
[39] 熊蕊 宋义超．SPWM逆变电源的噪声及抑制研究 电工技术杂志 1999 第6期
[40] 黄挚雄 李志勇 危韧勇 智能功率模块IGBT-IPM及其应用 电气传动自动化 2002 第24卷，第2期
[41] 谢莉平 陈林康 一种采用智能功率模块(IPM)的变频调速系统 电力电子技术 1998 第3期
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |