电机变频调速系统硬件设计

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1、第三章系统的硬件设计及其实现3.1系统硬件结构总体设计硬件部分包括主电路、保护电路、驱动电路、控制电路。本文所涉及到的主电路的参数是三相完全对称的，其中整流部分采用二极管不可控整流，逆变部分采用的功率器件是IGBT。系统结构框图如图3-1所示。380V三相交流电输入到整流器主电路，调节交流输入变压器使输出直流电压稳定在540V左石。DSP的主要任务是输出SVPWM触发脉冲对逆变器的输出进行控制。在实际的系统组成屮，分为强电部分和弱电部分。强电部分和弱电部分相互隔离分开能够减少强电部分对弱电部分的影响，这点对于DSP的正常

2、运行，变频器的正常工作有很重要的影响。图3-1系统硬件结构总框图主电路:采用交一直一交电压型变频装置。它主要由整流电路、滤波电路、逆变器三部分组成。整流电路是利用二极管三相桥式不可控整流模块将三相工频交流电整流成直流电;滤波电路采用电容滤波，将整流输出的脉动电压转化为平直的直流电压Vdc;逆变器是由IGBT构成的三相全桥式逆变器。3.2主电路工作原理在交流变频调速系统中，主回路作为直接执行机构，其可靠性及稳定性直接影响整个系统的运转。主电路一般是由整流电路、中间滤波电路和逆变器三部分组成。木课题选用的是电压型交一直一交变

3、频装置。它包括不可控整流器、大电容滤波、三相桥式逆变器、采样电路、保护电路以及能耗制动电路，其电路原理图如图3-2图3-2系统硬件主电路图主电路主要包括整流器和逆变器，需要用到整流桥、滤波电容器组、限流电阻和开关、电源指示器、整流二极管等器件。三和交流电源经三和整流桥全波整流成直流电，如电源的线电压为，则三相全波整流后平均直流电压的大小是=1.35UL,我国三相电源的线电压为380V,考虑滤波电容的因素，全波整流后的电压是=1.414UL，故直流电压大约为540V。滤波电容的功能主要有两点:一是滤平全波整流后的电压纹波;

4、二是当负载变化时，使直流电压保持平稳。由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，乂由两个电容器组串联而成，由于电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组和的电容量不能完全相等，这将使它们承受的电压不相等，为了使它们承受的电压相等，在和二旁各并联一个阻值相等的均压电阻和。限流电阻和开关，当变频器合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流是很大的。过大的冲击电流可能使三和整流桥的二极管损坏，同时也使电源电压瞬间下降而受到“污染”。为了减少冲击电流，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入

5、限流电阻，其作用是将电容器的充电电流限制在允许范围之内。当充电到一定程度时，令开关接通，将电阻短路掉。电源指示，除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，指示滤波电容器上的电荷是否己经释放完毕。由于的容量较大，而切断电源乂必须在逆变电路停止工作的状态下进行，所以没有快速放电的回路，其放电时间长达数分钟。又由于上的电压较高，如不放完.对人身安个将构成威胁。3.2.1整流二极管及IGBT的选择(1)整流二极管的选择a.确定电压额定值整流二极管的耐压按式((6-1)确定。根据电网电压，考虑到其峰值

6、、波动、闪电雷击等因素，取波动系数为1.1，安全系数=2。(3-1)b.确定电流额定值(t)整流二极管额定电流按式(6-2)确定。式中，为冲击电流值；为安全系数，取常数=2。tt(3—2)(1)IGBT模块选择选择IGBT与选择整流二极管的最大不同是，整流二极管的输入端直接与电网相连，电网易受到外界的干扰，特别是雷电干扰，因此，选择的安全系数较大;而IGBT是位于逆变桥上，其输入端常与电力电容并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取的太大。假定电网电压为380V,平波后的直流电压由式(3-3)确定，式中1.1

7、为波动系数，一般取安全系数=1.1。=3801.l=650V(3-3)a.确定电压额定值关断吋的峰值电压按式((3-4)计算(650(3-4)式中，1.15为过电压保护系数;为安全系数，一般取1.1;150为由Ldi/dt引起尖峰电压。令UCEPUs,并向上靠拢IGBT的实际电压等级，取UeEP=1200V.b.确定电流额定值设电网电压为=380V，由P=(3-5)(3-6)(3-7)式中，P为变频器容量;0.9为电网电压的波动系数;为的峰值；1.5为允许1min过载容量；1.4为减小系数。因为IGBT器件手册上给出的是

8、在结温=25°C条件下，在实际工作时，由于热损耗，总要升高，的实际允许值将下降(1/1.470%)。3.3保护电路的设计1GBT关断或开通时，因为回路分布电感和变压器漏感的作用，在开关管两端会产生电压尖峰，若不采取措施，有时这个电压尖峰叠加原来的电源电压会超过管子的安全工作区而使其遭到破坏。开通保护电路用于限制开关管