新型工业振动棒变频电源的研制

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1、新型工业振动棒变频电源的研制

2、第1摘要：介绍了一种新型的应用于工业振动棒的变频电源，它大大改进了现有振动棒电源体积和重量大的缺陷，详细介绍了几个重要部分电路的设计，并通过各部分的分析和实验说明本设计具有体积小，重量轻，高性能等多方面优点。　　0引言随着电力电子技术，微型计算机和大规模集成电路的飞速发展，使得由变频器组成的交流电机变频调速系统迅速发展成熟起来，并得到了越来越广泛的应用。现有的振动棒产品基本上都是一种电动机带发电机，再由发电机提供200Hz交流电，带动高速振动棒电机运行的工作状态。其突出的

3、缺点是体积和重量都比较大，对现场施工造成使用和移动上的很大不便。本文研究的重点是将交流变频调速技术，应用在振动棒这一种小型建筑用机械上，开发一种新型变频电源。在实现振动棒功能的同时使整机的体积和重量都大幅减小，并提高输入端的功率因数，稳定输出端的电压和频率，还能降低产品的成本。该变频电源基本性能指标如下：供振动器的内置式异步偏心式振动电机的电源频率为200Hz，单相输入，三相输出，电机的线电压为42V，单机功率为350控制方式，其基本结构如图1所示。由于采用了功率因数校正技术，因此输入功率因数高，电网

4、侧电流谐波小，对电网的谐波污染很小；而且当电网电压波动或负载变化时，由于DC/DC环节的控制可以保持三相逆变部分的直流侧电压稳定，从而使系统的输出电压稳定，而不需要通过调节三相逆变部分的调制深度来改变输出电压的大小，因此，对逆变部分的控制芯片的要求就可以降低，可以采用比较廉价的CPU。另外，由于是低压逆变，则可采用低压MOS管作为逆变电路的功率开关管。500)this.style.ouseg(this)">图1逆变电源的基本原理框图2有源功率因数校正（APFC）电路采用平均电流控制的Boost电路来实

5、现APFC，是目前在高频开关电源中使用最广泛的一种APFC控制方法。应用平均电流控制法的功率因数校正器的控制电路在市场上已有很多种集成电路芯片可供选择，其中美国Unitrode公司的UC3854是很有代表性的一种，并在实际中得到了较广泛的应用。在本方案中，就是采用Unitrode公司的UC3854芯片来实现的，其电路原理图如图2所示，输入端电压电流实验结果如图3所示。实际电压和图中电压对应关系为为1V∶1V，实际电流和图中电流对应关系为4A∶1V。500)this.style.ouseg(this)"

6、>图2UC3854功率因数校正电路原理图500)this.style.ouseg(this)">图3校正电路实验波形3正激（Forouseg(this)">图4带去磁复位的Forouseg(this)">图5可编程计数器阵列本方案采用不对称规则采样法产生三相6路控制脉冲。相比于对称规则采样法，不对称规则采样法所形成的阶梯波更接近于正弦波。将计算出的三相脉冲宽度的值存成一个数据表，作为定时基准，在程序中查询这些定时时间就可以得到6路控制脉冲。工作原理简述如下：应用87C51FX的软件定时器和高速输出方式

7、，在16位比较方式中，16位PCA定时器的计数值和模块中的16位比较寄存器中的预置值在每个机器周期进行3次比较，若相等则产生一个匹配信号，使模块工作于高速输出方式，即在PCA定时器计数值和模块的比较寄存器比较相等时产生一个匹配信号，该信号使外部引脚CEXn上的输出电平发生跳变，如果允许也产生一个PCA中断。由软件来设置CEXn上输出电平的初态，就可以使该引脚在预定时刻达到时发生正（负）跳变，利用这种方式就可以产生16位P波。由于引脚的跳变不须经过CPU的运算来完成，因此，避免了由于最小脉冲宽度过窄而造

8、成的脉冲宽度变化。程序主要由主程序和中断服务程序两部分组成。主程序主要是进行初始化工作，将定时器和各个寄存器赋予初值。中断程序主要包括用于产生P脉冲的PCA中断服务程序和保护中断程序：在PCA中断服务程序中，主要是将下一个定时时间赋值给各个模块的比较寄存器；保护中断程序主要是处理当有保护信号到来时，封锁P输出。4.2驱动电路的设计本方案中驱动芯片采用IR2130。IR2130的最大优点是可共地运行，因此只需要一路控制电源。而且它的6路输出信号中的3路还具有电平转换功能，既能驱动低压侧的功率器件，也能驱

9、动高压侧的功率器件。IR2130还具有电流放大和过电流保护功能；欠压锁定并能指示欠压和过电流状态功能；输入端噪声抑制功能；同时还能自动产生上、下侧驱动所必需的死区时间（2μs）等功能。实际应用中的驱动电路如图6所示。500)this.style.ouseg(this)">图6采用IR2130的驱动电路4.3保护电路与主电路的设计由于驱动电路部分具有电流保护功能，因此，保护电路部分只设计了电压保护，包括输入过压、欠压保护和输出过压、欠压保护。保护电路如图7