交流調(diào)速課程設(shè)計(jì)

1、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)生姓名：杜鵬指導(dǎo)教師：（簽字）起止時(shí)間：2016.12.19-2016.12.30i士博本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：自動(dòng)化132學(xué)號(hào)130302042學(xué)生姓名杜鵬專業(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)1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dbt的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：

2、（1）確定交流電機(jī)逆變電路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)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ebt器件、三相逆變電路輸出及相關(guān)輔助電路。（3）完成ebt驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，選擇專用的ebt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)組成總體結(jié)構(gòu)及方案說明、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)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380vac 2% ,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.

3、99。進(jìn)度計(jì)劃（1）布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(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)說明書（1天）（5）驗(yàn)收及答辯（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：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% 答辯20% 以百分制計(jì)算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)。e b

4、t ohsulated g ate b j）ohrtransistor）,絕緣柵雙極型晶體管，是由b jt微極型三極管）和m 0 s （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m 0 sfet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。lbt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；bbt；逆變電路#本科生課程設(shè)計(jì)（論文）

5、第1章緒論4第2章課程設(shè)計(jì)的方案62.1 概述62.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)6第3章硬件設(shè)計(jì)83.1 主電路的設(shè)計(jì)83.2 ebt驅(qū)動(dòng)電路93.3 保護(hù)電路133.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。第4章控制電路的設(shè)計(jì)4.1 采用單片機(jī)控制144.2 單片機(jī)程序錯(cuò)誤！未定義書簽。4.3 三相電壓源逆變電路的連接 錯(cuò)誤！未定義書簽。第5章軟件設(shè)計(jì)16錯(cuò)誤！未定義書簽。5.1 系統(tǒng)總流程圖.5.2 單片機(jī)初始化流程圖 195.3 子程序流程圖20第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié)21參考文獻(xiàn)22第1章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

6、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，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。逆變電路的基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)，需要通過無源逆變電路；無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)

7、備，如無源逆變器與整流器組合為交-直-交 變頻器（來自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)無源逆 變器輸出可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載）。當(dāng)電網(wǎng)提供的50hz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)行電能交換。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)的發(fā)展，逆變電路主要應(yīng)用于各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等；還可以應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分。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

8、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)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)電壓基本無 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結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于

9、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) #4名/笊，手本科生課程設(shè)計(jì)（論文）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。止匕外，該方法無助于逆變器諧波性能的提高。 二是采用多重化結(jié)構(gòu)，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 多重化需采用特殊結(jié)構(gòu)的變壓器，這種變壓器存在結(jié)構(gòu)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

10、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)的方法來解決開關(guān)器件的耐壓?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?？朔鲜鋈秉c(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。止匕外，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

11、有結(jié)構(gòu)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)行了改進(jìn)，但由于過多地采用了鉗位電容器，使電路的結(jié)構(gòu)變得更 為復(fù)雜。54 f本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9第2章課程設(shè)計(jì)的方案2.1 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)電壓基本無脈沖；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)需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。

12、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ebt作為開光器件的電壓型三相逆變電路。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)交流電機(jī)三相逆變電路驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單片機(jī)控制核心圖2.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖由220v直流電源給三相逆變電路供電，由單片機(jī) 89c51來編寫程序，ebt驅(qū)動(dòng)電路，模塊選用exb841,來使三相逆變電路運(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 lbt為例，vd1td6為續(xù)流二極管。電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式為180導(dǎo)電型

13、，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。各相開始導(dǎo)電的時(shí)間一次相差120。在一個(gè) 周期內(nèi)，6個(gè)開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)関1t2t3t4t5t6 ,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)関1v2v3 , v2v3v4 , v3v3v4v5 , v4v5v6,v5v6v1 ,每種組合工作。ebt集成驅(qū)動(dòng)芯片選用exb841, exb841主要由放大、過流保護(hù)、5v基準(zhǔn)電壓和輸出等部分組成。其中放大部分由tlp550,v2,v4,v5和r1,c1,r2,r9組成，tlp550待改進(jìn)。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)部分由v

14、1,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。exb841的6腳通過快速恢復(fù)二極管接至gbt的c極，檢測(cè)lbt的集射之間的通態(tài)電壓降 的高低來判斷6 bt的過流情況加以保護(hù);5v電壓基準(zhǔn)部分由r10,vz2,c5組成，為 lbt驅(qū)動(dòng)提供tv反偏壓。單片機(jī)核心控制，89c 51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程 可擦除只讀存6者器（fper 0 m flash program m able and erasable r eadonly m em oiy）的低電壓、高性能cm0s8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

15、100次。該器件采用atm el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mcst1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89c 51是一種高效微控 制器，89c 2051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)廉的方案，采用過電流保護(hù)。第3章硬件設(shè)計(jì)3.1 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ebt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

16、了，但為了方便分析，畫作串聯(lián)的兩個(gè)n電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn)。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是i。導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為i。同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度以此相差1 o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)行，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)已知，以 u相為例，負(fù)載的阻抗角不一樣，t的波形形狀和相位都有所不同，在阻感負(fù)載下，vi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，v

17、d4先導(dǎo)通續(xù)流，待負(fù)載電流降為零，v4才 開始導(dǎo)通。負(fù)載阻抗角 越大，vd4導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)。在unmo時(shí)，力0時(shí)為vd1導(dǎo) 通，力0時(shí)為vi導(dǎo)通；在unn時(shí): to時(shí)vd4導(dǎo)通，io時(shí)為v4 導(dǎo)通。6、iw的波形與力形狀相同，相位一次相差120 0 o將三個(gè)橋臂電流相加可 得到直流側(cè)電流il o在上述導(dǎo)電方式逆變器中，我們采用“先斷后通”的方法來防止同一相上下 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 6 bt作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，

18、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、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是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 相開始導(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?次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也被稱為縱向換流。4 f本科生課程設(shè)計(jì)（論文）*本*秋本金 _| vd _ yd, _ vd一vdwi 自 l- o圖3.1三相電壓型逆變電路3.2 ebt驅(qū)動(dòng)電路3.2.1 ebt的特點(diǎn)ebt是mosfet

19、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m osfet與功率晶 體管之間，可正常工作于幾十khz頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占 據(jù)了主導(dǎo)地位。6bt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ua級(jí)的漏電流流過，基本上不消耗功率。但 lbt的柵極-發(fā)射極間存在著較 大的寄生電容（幾千至上萬 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。6 bt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

20、定現(xiàn)象而造成損壞的問題。在過流時(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lbt的驅(qū)動(dòng)和保 護(hù)特性是十分必要的。lbt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達(dá)到20-30v,因此柵極擊穿是lbt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 生電感和柵極一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lbt的柵極一發(fā)射極和柵極一集電極間存在著分布

21、電容cge和cgc,以及發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路中存在有分布電感 le,這些分布參數(shù)的影響，使得 lbt的實(shí) 際驅(qū)動(dòng)波形與理想驅(qū)動(dòng)波形不完全相同，并產(chǎn)生了不利于lbt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)lbt開通關(guān)斷過程有著較大的影響。ebt 的m 0 s溝道受柵極電壓的直接控制，而 m osfet部分的漏極電流控制著雙極部 分的柵極電流，使得6 bt的開通特性主要決定于它的 mosfet部分，所以lbt的開通受柵極驅(qū)動(dòng)波形的影響較大。ebt的關(guān)斷特性主要取決于內(nèi)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)ebt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

22、應(yīng)快一些，以提高 lbt開關(guān)速 率降低損耗。在正常狀態(tài)下 ebt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，ebt承受的峰值電流越大，越容易導(dǎo)致工bt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)電路內(nèi)阻抗對(duì)ebt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/tit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)行

23、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。ebt的柵極輸入電容cge隨著其額定電 流容量的增加而增大。為了保持相同的驅(qū)動(dòng)脈沖前后沿速率，對(duì)于電流容量大 的6bt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gbt電流容量的增加而減小。3.2.2 ebt混合集成驅(qū)動(dòng)芯片exb841是日本富士公司提供的300a/1200v快速型ebt驅(qū)動(dòng)專用模塊，整個(gè) 電路延遲時(shí)間不超過1 hs,最高工作頻率達(dá)40 50khz,它只需外部提供一個(gè) +20v單電源，內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)一 5v反偏壓，模塊采用高速光耦合隔離，

24、射極輸出。 有短路保護(hù)和慢速關(guān)斷功能。exb841驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下:腳1：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;11本科生課程設(shè)計(jì)（論文）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。ebt通常只能承受10 hs的短路電流，所以必須有快速保護(hù)電路。exb841 驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)有電流保護(hù)電路，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)

25、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)，雖然加入信號(hào)也認(rèn)為存在過電流，但是如果發(fā)生過電流，驅(qū)動(dòng)器的低速切斷電路就慢速關(guān)斷 ebt （ 10us的過流不響應(yīng)），從而保證 ebt 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 ebt o6 bt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)節(jié)v 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tv ）均可由20v供電的驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路產(chǎn)生。- - - =)圖3.2 exb841功能框圖exb841的工作原理：（1）正常開通過程當(dāng)控制電路使exb841輸入端腳14和腳15有10ma的電流流過時(shí)，光耦合器

26、 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，exb841通過vt4及柵極電阻r c向gbt提供電流使其迅速導(dǎo)通，uc下降至3vo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)丁 1為2.42 ns,這又使b點(diǎn)電位上升，ubt延 遲約1us后導(dǎo)通，uce下降至3v,從而將exb841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1.24 us;因穩(wěn)壓管vz1的穩(wěn)壓值為13v,所以lbt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，

27、二極管vd 6截止，不影響vt4和vt5的正常工作。9）正常關(guān)斷過程當(dāng)控制電路使exb841輸入端腳14和腳15無電流流過時(shí)，光耦合器ts01不 通，a點(diǎn)電位上升使vt1和vt2導(dǎo)通；vt2導(dǎo)通使vt4截止，vt5導(dǎo)通，ebt柵 極電荷通過vt5迅速放電，使exb841的腳3的電位迅速下降至0v （相對(duì)于 exb841腳1低5v ）,使lbt可靠關(guān)斷，uce迅速上升，使exb841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，ebt正常關(guān)斷。（3）保護(hù)動(dòng)作若lbt已正常導(dǎo)通，則vt1和vt2截止，vt4導(dǎo)通，vt5截止，b點(diǎn)和

28、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。若此時(shí)發(fā)生短路，ebt承受大電流而退飽和，uce上升很多，二極 管vd7截止，則exb841的腳6 “懸空”，b點(diǎn)和c點(diǎn)電位開始由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 exb841的腳3的 電位也逐步下降，從而緩慢關(guān)斷 ebt o b點(diǎn)和c點(diǎn)電位由8v上升到13v的時(shí) 間為8. 3 u so此時(shí)慢關(guān)斷過程結(jié)束，6 bt柵極上所受偏壓為0v （設(shè)vt3管壓降為0.3v,vt6和vt5的壓降

29、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，ebt柵極所受偏壓由慢關(guān)斷時(shí)的0v迅速下降到-5v , ebt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135 h s,至此exb841完全恢復(fù)到正常狀態(tài)，可以進(jìn)行正常的驅(qū)動(dòng)。 exb841在設(shè)計(jì)上充分考慮到gbt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，它通過內(nèi)部5v穩(wěn)壓管為lbt提供+15v和tv 的電平，既滿足了 jgbt的驅(qū)動(dòng)條件，又簡(jiǎn)化了電

30、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 上使電路結(jié)構(gòu)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l.5us（vzl導(dǎo)通時(shí)，r4會(huì)有壓降）uce才開始降低，再 134 f本科生課程設(shè)計(jì)（論文）過約8 us后uge才降低到0v （相對(duì)exb841的腳1）。在這10 u s左右的時(shí)間 內(nèi)，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)tl3o+ 2uv圖3.3 exb841原理圖3.3 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

31、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12 t值小于晶 閘管的允許12t值。圖3.4三相電壓源逆變電路的過流保護(hù)電路3.4 單片機(jī)控制本論文的單片機(jī)采用msct1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)；p1.5pl7 口則用來發(fā)送控制信號(hào)。p0 口和

32、p2 口空著，在有必要 的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的rom和ram。引腳說明: 電源引腳vcc （ 40腳）：典型值+ 5vovss （ 20腳）：接低電平。外部晶振xi、x2分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，x2接振蕩信號(hào)，xi接地。15輸入輸出口引腳:p0 口：10雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置pl 口：為雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置p2 口：為 雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1?！眕3 口：為 雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置控制引腳:rstrpd、ale/pr0g、于sen、3arpp組成了 m sc巧1的控制總線。rst/vpd （9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端（高電平有效）。ale/

33、pr0g （30腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端。第二功能：編程脈沖輸入。-psen （29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。王aapp（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） oi小，笏本科生課程設(shè)計(jì)(論文)172326272829303132333 13536373s394 0l as)p2. 0g nd 49)p2. 1xtal11 al0)p2.7 xtal2l(a11)p2.3p3.7 0*1i (al2)p2.4p3 .6 9-til3)p2.5p3.5 (t 1)i al4)p2.6p3.4 ct 0)l g5)p2. 4p3 .3 ti i、ps wp3 .

34、2 ntui a le pr0 gp3 .1(1 xd )r eavp pp3 .0 x d)l ttd7)p07rtl cd6)p0.6pl (ad5)p0.5pl.6(ad4)p0apl.5l ad3)p0.3plai wd2)p0 wpl.3i ttddpo.1pl；(ad0)p0.0pl.1i vccpl.0u 1st cs9c 51c 21v t2v t35c 3v cclg)g)過電流扇護(hù)電路十圖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0-00001名/本士手本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第4章軟件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)程序tthchde static unsfened htcount

35、; / static htstep_iidex; / static bit turn; / static bitstop_flag ; / static htspeedlevel; h static htspcount; /void debymns詢ned htendcount); / void goiun 0; void m ah (void) count= 0;step_hdex = 0; spcount= 0; stop_flag = 0; pl_0 = 0;pl_l = 0;pl_2 = 0; pl_3 = 0;ea = 1;/eto = 1; / tho = oxfe ;tlo =

36、oxoc ; tro = 1; turn = 0; speedfevel= 2; deby(10000); speedfevel= 1;194 f本科生課程設(shè)計(jì)（論文）do speedfevel= 2;dehy(10000);speedfevel= 1;dehy(10000);stop_flag=l;dehy(10000);stdp_flag=o;w h ue (1);case 6: /3pl_0 = 0;pl_l = 0;pl_2 = 0;pl_3 = 1;break;case 7 :0pl_0 = 1;pl_l = 0;pl_2 = 0;pl_3 = 1;)if (tum=0)step_h

37、dex+;if fetep_hdex7) step_hdex=o;)else(step_hdex;if fetep_hdex0) step_hdex=7;)4.2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來編寫程序，lbt驅(qū)動(dòng)電路，模塊選用exb841 ,來使三相逆變電路運(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。234.3單片機(jī)初始化流程圖初始化開始本科生課程設(shè)計(jì)（論文）25圖5.2單片機(jī)初始化流程圖采用msct1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)。4.4子程序流程圖中斷入口關(guān) t0j1讀計(jì)數(shù)值重復(fù)初始化to，t1開 to,t1中斷返回）4 f本科生課程設(shè)計(jì)（論文）圖5.3子程序流程圖在主程序中打開串行口中斷，在定時(shí)器子程序中使用地址寄存器作為地址指 針，開始時(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)，同時(shí)第一次調(diào)用行數(shù)據(jù)發(fā)送子程序，使指向字符表 的第一個(gè)字節(jié)。第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié)交流課程設(shè)計(jì)終于順利完成