电力电子变频器及PWM控制原理--课件

第二章第二章 电力电子变频器及电力电子变频器及PWM控制原理控制原理1ppt课件2.5 三相SPWM专用集成电路SPWM专用集成电路芯片用一片集成专用集成电路芯片用一片集成电路加上少量的外围器件生成电路加上少量的外围器件生成SPWM波形，大大简化了电路和设计成本。波形，大大简化了电路和设计成本。SA4828SM20012ppt课件课件一、SA4828及其应用SA4828是一种新型三相是一种新型三相SPWM芯片。芯片。SASA系列（如系列（如SA8281SA8281，SA8282SA8282，SA4828SA4828等）等）PWMPWM波形发生器具有精度高、抗干扰能力强、波形发生器具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，其中外围电路简单等优点，其中SA4828SA4828主要用于主要用于变频调速、逆变电源及变频调速、逆变电源及UPSUPS等工业领域。等工业领域。3ppt课件课件SA4828的功能特点全数字操作 SA4828通过数据总线连接到微处理器/微控制器，SPWM波形生成采用全数字化规则采样方式，避免了模拟电路中存在的漂移问题，使它的脉冲具有很高的精确性和稳定性。工作频率范围宽 三角载波频率最高频率可达24kHz，输出调制波频率范围可达4kHz，分辨率达到16位。4ppt课件课件SA4828的功能特点的功能特点工作方式灵活6路PWM输出管脚均具有12mA的驱动能力，可直接驱动用于隔离的光电耦合器件。其工作参数，如载波频率、调制波频率范围、脉冲延迟时间等，可由微处理器以向其写入控制字的方式方便地确定或修改，不需外加任何电路。5ppt课件课件SA4828的功能特点ROMROM内置波形内置波形 调制波形以数字形式存储在片内调制波形以数字形式存储在片内ROMROM上，采用异步调上，采用异步调制方式。制方式。三种三种SPWM波形输出波形输出 标准正弦波标准正弦波增强型波形：通过采用谐波注入技术使逆变器直流电增强型波形：通过采用谐波注入技术使逆变器直流电压得到充分利用；压得到充分利用；高效型波形：又称带死区的增强波形，它可以节省高效型波形：又称带死区的增强波形，它可以节省33的开关损耗。的开关损耗。6ppt课件课件SA4828的内部结构、引脚说明的内部结构、引脚说明 SA4828主要由三部分构成：主要由三部分构成：接收并存储微处理器命令（控制字）。主要由总线控制，接收并存储微处理器命令（控制字）。主要由总线控制，总线译码，暂存器总线译码，暂存器R0R5，虚拟寄存器，虚拟寄存器R14、R15及及48位初始化寄存器和位初始化寄存器和48位控制寄存器组成；位控制寄存器组成；读取波形部分。由地址发生器和片内波形读取波形部分。由地址发生器和片内波形ROM组成；组成；三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相输出控制三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。7ppt课件课件2.5 三相三相SPWM专用集成电路专用集成电路 v引脚说明：引脚说明：MUX：总总线线选选择择。用用来来区区分分多多路路和和非非多多路路总总线线。数数据据总总线线模模式式可可以以分分为为两两种种：多多路路复复用用的的地地址址/数数据据总总线线或或者者分分别别的的地地址址和数据总线。和数据总线。RS：用用于于在在非非多多路路总总线线模模式式中中定定义义输输入入字字节节是是地地址址（“0”）还还是是数数据据（“1”），这这时时它它一一般般被被连连接接到到一一条条地地址址线线上上。在在多多路路模模式式中中，它它被被内内置置为为高高电电平。平。8ppt课件课件SA4828的功能特点的功能特点 v SET TRIPSET TRIP：封锁控制，高有效：封锁控制，高有效 。高电平启动输高电平启动输出封锁锁存，使出封锁锁存，使 输出和六个输出和六个PWM输出立即锁定输出立即锁定为低。为低。v当不用当不用SET TRIP时，必须将其保持在低电平，不能悬时，必须将其保持在低电平，不能悬浮。浮。9ppt课件课件SA4828各引脚功能各引脚功能 指示输出封锁锁存器的状态，低电平有效。指示输出封锁锁存器的状态，低电平有效。RPHT RPHT：红色相（上功率开关）红色相（上功率开关）YPHTYPHT：黄色相（上功率开关）：黄色相（上功率开关）BPHTBPHT：蓝色相（上功率开关）蓝色相（上功率开关）RPHBRPHB：红色相（下功率开关）：红色相（下功率开关）YPHBYPHB：黄色相（下功率开关）：黄色相（下功率开关）BPHBBPHB：蓝色相（下功率开关：蓝色相（下功率开关）10ppt课件课件SA4828的功能特点的功能特点v初始化寄存器的设置初始化寄存器的设置 在工作之前，首先需要向初始化寄存器写入命令字，来在工作之前，首先需要向初始化寄存器写入命令字，来设定与电机和逆变器有关的基本参数设定与电机和逆变器有关的基本参数 。初始化寄存器是一个初始化寄存器是一个4848位的寄存器，各命令字需要先位的寄存器，各命令字需要先写入写入6 6个暂存器（个暂存器（R0R0R5R5），然后再同时传送给初始化），然后再同时传送给初始化寄存器。寄存器。11ppt课件课件初始化寄存器的设置v（1 1）载波频率设定（载波频率设定（CFS）：）：设定字由设定字由CFS0CFS2三位组成。载波频率给出如下：三位组成。载波频率给出如下：（2-29）由上式求出由上式求出n值，值，n值的二进制数即为载波值的二进制数即为载波频率设定字。频率设定字。12ppt课件课件初始化寄存器的设置v（2）调制波频率范围（）调制波频率范围（FRS）调制波频率范围设定字由调制波频率范围设定字由FRS0FRS2三位组三位组成。计算如下：成。计算如下：（2-30）由上式求得由上式求得m值。值。m值的二进制数即为电源值的二进制数即为电源频率范围设定字。频率范围设定字。13ppt课件课件v（3 3）脉冲延迟时间的设定（）脉冲延迟时间的设定（PDY）v该设定字是由该设定字是由PDY0PDY5六位组成。脉冲延迟时六位组成。脉冲延迟时间给出如下：间给出如下：由上式求得由上式求得PDY值。它的二进制数即是脉冲延值。它的二进制数即是脉冲延迟时间设定字。迟时间设定字。14ppt课件课件v（4）最小脉宽删除时间（）最小脉宽删除时间（PDT）。）。最最小小删删除除脉脉宽宽设设定定字字是是由由PDT0PDT6七七位位组组成成。最小脉冲删除时间给出如下：最小脉冲删除时间给出如下：由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后，由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后，故输出的故输出的PWM脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲取消时间窄。脉冲取消时间窄。15ppt课件课件v（5）波形选择字。）波形选择字。SA4828内部有三种可选的调制内部有三种可选的调制波形。波形选择字由波形。波形选择字由WS0、WS1两位组成，可以通过表两位组成，可以通过表2-12来进来进行选择。行选择。图2-36 SA4828内部调制波形正弦波正弦波增强型增强型高效型高效型f(t)f(t)f(t)AA01800180360180036036060 12060120240 300240 300WS1WS0波形波形00正弦波（默认）正弦波（默认）01增强型增强型10高效型（减少开关损耗）高效型（减少开关损耗）11保留保留16ppt课件课件v（6）幅值控制位（）幅值控制位（AC）当当AC0时，控制寄存器中的红相位可控制时，控制寄存器中的红相位可控制所有三相的幅值。所有三相的幅值。当当AC1时，控制寄存器中的红、黄、蓝相时，控制寄存器中的红、黄、蓝相位分别控制各自的幅值。位分别控制各自的幅值。17ppt课件课件v（7）看门狗时间常数的设定（）看门狗时间常数的设定（WD）。时间）。时间常数由常数由WD0WDl5共十六位组成，定时时间共十六位组成，定时时间由如下公式给出：由如下公式给出：v如果用如果用25MHz主频时，时间常数范围为主频时，时间常数范围为41s-268s。控制寄存器的。控制寄存器的WTE位可以控制看门狗位可以控制看门狗有效或无效。有效或无效。18ppt课件课件SA4828v控制寄存器编程，包括控制寄存器编程，包括 调制波频率选择调制波频率选择 调制波调制波幅值选择幅值选择 正反转选择正反转选择 计数器复位控制计数器复位控制 看门狗选择看门狗选择 软复位控制软复位控制19ppt课件课件2.5 三相三相SPWM专用集成电路专用集成电路SM2001及其应用及其应用 SM2001是是国国内内开开发发的的可可产产生生三三相相正正弦弦PWM驱驱动动波形的大规模集成电路芯片。波形的大规模集成电路芯片。普普通通正正弦弦波波和和高高效效电电机驱动波两种波形可供选择。机驱动波两种波形可供选择。SM2001RSTCSCKDAOEINTWVSVDDVDDUTVTWTUBWBCLKGNDVBGND图图2-38 SM2001引脚分布图引脚分布图20ppt课件课件SM2001及其应用vCKCK：串口时钟，上：串口时钟，上升沿锁入数据升沿锁入数据vDADA：串口数据：串口数据vOEOE：输出控制，为：输出控制，为高允许高允许PWMPWM输出输出vINTINT：异常中断，下：异常中断，下降沿触发降沿触发vWVSWVS：内部波形选择，：内部波形选择，高效高效/普通普通SM2001RSTCSCKDAOEINTWVSVDDVDDUTVTWTUBWBCLKGNDVBGND图图2-38 SM2001引脚分布图引脚分布图21ppt课件课件SM2001及其应用 SM2001可可广广泛泛用用于于交交流流异异步步电电机机的的变变频频驱驱动动，如如变变频频空空调调、变变频频冰冰箱箱和和变变频频洗洗衣衣机机的的控控制制驱驱动动，各各类类工工业业水水泵泵、风风机机的的变变频频驱驱动动，各各类不间断逆变电源（类不间断逆变电源（UPS）等。）等。22ppt课件课件2.6 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成 v 一般而言，一般而言，PWM算法占用较多算法占用较多CPU时间，若用软时间，若用软件直接生成件直接生成PWM信号，需要采用多字长、运算速度高信号，需要采用多字长、运算速度高的微处理器来实现高质量的信号输出。本节介绍两种的微处理器来实现高质量的信号输出。本节介绍两种高性能微处理器的高性能微处理器的PWM信号生成方法：信号生成方法：80C196MC单片机单片机 TMS320F2407A23ppt课件课件2.6.1 80C196MC单片机生成单片机生成SPWM波形波形 80C196MC是是Intel公公司司专专为为三三相相电电机机变变频频调调速速设设计计的的16位单片机。位单片机。地址和数据总线都为地址和数据总线都为16位位 晶振频率可达晶振频率可达16M 有有64K字节的程序存贮器和数据存贮器空间字节的程序存贮器和数据存贮器空间 片片内内包包括括512字字节节的的RAM，160字字节节的的特特殊殊功功能能寄寄存存器器组组 13路模拟输入通道，路模拟输入通道，2个个16位定时器位定时器 1个三相波形发生器（个三相波形发生器（WFG）24ppt课件课件2.6.1 80C196MC单片机生成单片机生成SPWM波形波形v三相三相SPWM波形是由波形是由U、V、W三个单相三个单相SPWM波形发生器生成。波形发生器生成。图图2-41 SPWM波形输出示意图波形输出示意图外外 部部 中中断断保保 护护 请请求求外外部部中中断断输输入入各载波周各载波周期期中断请求中断请求U+tdtdU-td三角波发生三角波发生U相脉冲相脉冲比较及生成比较及生成脉宽值设定脉宽值设定死区时间死区时间发生器发生器死区互锁，脉死区互锁，脉冲分配与输出冲分配与输出方式控制方式控制保护电路保护电路25ppt课件课件 三相互补三相互补SPWM波发生器可通过波发生器可通过P6口直接输出六口直接输出六路路SPWM信号，每路驱动电流可达信号，每路驱动电流可达20mA。事件处理阵列事件处理阵列EPA有两个有两个16位双向定时位双向定时/计数器计数器T1和和T2，其中，其中T1可工作在晶振时钟模式，用于直接处理可工作在晶振时钟模式，用于直接处理光电码盘输出的两路相位移为光电码盘输出的两路相位移为90的脉冲信号，这在速的脉冲信号，这在速度闭环变频调速系统中非常有用。度闭环变频调速系统中非常有用。2.6.1 80C196MC单片机生成单片机生成SPWM波形波形26ppt课件课件2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM TMS320LF2407A DSP芯片是芯片是TI公司推出的公司推出的16位定点位定点数字信号处理芯片。数字信号处理芯片。主要特点如下：主要特点如下：（1）两两个个可可用用于于电电动动机机控控制制的的事事件件管管理理器器，每每一一个个都都包包含含：2个个16位位通通用用定定时时器器；8个个16位位脉脉宽宽调调制制输输出出通通道道；1个个能能够够快快速速封封锁锁输输出出的的外外部部引引脚脚；能能防防止止上上下下桥桥臂臂直直通通的的可可编程死区功能；编程死区功能；1个增量式光电位置编码器接口。个增量式光电位置编码器接口。27ppt课件课件v（2）采采用用了了高高性性能能静静态态CMOS技技术术，使使供供电电电电压压降降为为3.3V，减减少少了了控控制制器器功功耗耗；40MIPS的的执执行行速速度度使使得得指指令令周期缩短到周期缩短到25ns，提高了控制器的实时控制能力。，提高了控制器的实时控制能力。v（3）片片内内有有32K字字的的Flash程程序序存存储储器器，2.5K字字的的数数据据/程程序序RAM。v（4）看门狗定时器（）看门狗定时器（WDT）模块，保证系统的可靠性。）模块，保证系统的可靠性。28ppt课件课件2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv（5）可可扩扩展展192K字字的的外外部部存存储储器器，分分别别为为64K字字程程序序存储器，存储器，64K字数据存储器和字数据存储器和64K字字I/O寻址空间。寻址空间。v（6）10位位ADC转转换换器器最最小小转转换换时时间间为为375ns，可可选选择择由由两两个个事事件件管管理理器器来来触触发发两两个个8通通道道输输入入A/D转转换换器器或或一个一个16通道输入的通道输入的A/D转换器。转换器。29ppt课件课件v（7）CAN总总线线控控制制器器可可以以为为控控制制器器、传传感感器器、激激励励源源以及其它节点提供良好的通讯。以及其它节点提供良好的通讯。v（8）5个个外外部部中中断断（两两个个驱驱动动保保护护、两两个个可可屏屏蔽蔽中中断断和和复位）。复位）。v（9）其它优点：）其它优点：SCI异步串行口提供全双工数据传输功异步串行口提供全双工数据传输功能；能；SPI同步串行口提供可变长度和速率的串行数据输同步串行口提供可变长度和速率的串行数据输入和输出。一般可用于入和输出。一般可用于DSP之间以及之间以及DSP和外设、控制和外设、控制器之间的高速数据传输器之间的高速数据传输。30ppt课件课件v基于基于TMS320LF2407A实现实现SVPWM 首先确定参考输出电压矢量所在的扇区以决定开关时首先确定参考输出电压矢量所在的扇区以决定开关时刻和开关顺序。刻和开关顺序。若参考输出电压矢量以幅值和相角的形式给出，其若参考输出电压矢量以幅值和相角的形式给出，其所在的扇区可直接由相角求出；所在的扇区可直接由相角求出；若参考电压输出以矢量形式给出，如输出电压所在若参考电压输出以矢量形式给出，如输出电压所在扇区由扇区由-坐标中的内部电流控制环得出，则可以采用下坐标中的内部电流控制环得出，则可以采用下列算法决定电压矢量所在扇区。列算法决定电压矢量所在扇区。31ppt课件课件2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv第第一一步步，根根据据以以下下各各式式计计算算参参考考值值Uref1、Uref2和和Uref3：其中，其中，U 和和U 是三相是三相ABC坐标系中的相电压转换坐标系中的相电压转换到到平面直角坐标系中的分量。平面直角坐标系中的分量。32ppt课件课件v第二步，计算第二步，计算N：式中，式中，sign(x)是符号函数。是符号函数。第第三三步步，参参照照表表2-15根根据据N数数值可以得到值可以得到Uout所在的扇区。所在的扇区。表表2-15 由由N确定扇区值确定扇区值N123456扇区IIVIIIVIIIVu3(010)u4(011)u6(101)u1(100)u5(001)u0(000)u7(111)t1t2Uoutu2(110)33ppt课件课件2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv1 1采用软件方法实现采用软件方法实现SVPWMSVPWM 根根据据不不同同的的零零矢矢量量使使用用方方法法，可可产产生生多多种种电电压压空空间间矢矢量量PWMPWM波波形形。一一般般的的选选择择原原则则是是：尽尽可可能能使使功功率率开开关关管管的的开开关关次次数数最最少少；任任意意一一次次电电压压空空间间矢矢量的变化只能有一个桥臂的开关管动作。量的变化只能有一个桥臂的开关管动作。v 目目前前最最流流行行的的是是对对称称七七段段式式的的电电压压空空间间矢矢量量PWMPWM。34ppt课件课件t0/4t1/2t2/2t0/2t2/2t1/2t0/4(000)(110)(000)(111)(110)u0u1u1u7u2(100)u0u2(100)(a)I扇区扇区U3(010)U4(011)U6(101)U1(100)U5(001)u0(000)u7(111)t1t2UoutU2(110)v对称七段式的电压空间矢量对称七段式的电压空间矢量PWMPWM，它由三段零矢量和四段相邻的两，它由三段零矢量和四段相邻的两个非零矢量组成个非零矢量组成.35ppt课件课件2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM36ppt课件课件v具体步骤：具体步骤：1）初初始始化化比比较较单单元元和和用用作作产产生生对对称称PWM的的通通用用定定时时器器：配配置置各各控控制制寄寄存存器器，确确定定PWM输输出出口口、PWM输输出方式；死区时间；出方式；死区时间；PWM周期和波形占空比等。周期和波形占空比等。37ppt课件课件v2）根根据据查查表表决决定定触触发发通通道道的的顺顺序序以以及及根根据据Uout所所在在扇区配置比较寄存器：扇区配置比较寄存器：v根根据据电电压压幅幅值值和和相相角角或或U 和和U 计计算算确确定定扇扇区区号号；然然后后配配置置比比较较寄寄存存器器，将将0.25t0写写入入全全比比较较寄寄存存器器1（CMPR1），将将0.25t0+0.5t1写写入入全全比比较较寄寄存存器器2（CMPR2），将将0.25t0+0.5t1+0.5t2写写入入全全比比较较寄寄存存器器3（CMPR3）。）。38ppt课件课件39ppt课件课件v2采用硬件方法实现采用硬件方法实现SVPWM 基基于于TMS320LF2407A硬硬件件产产生生SVPWM时时需需要要首首先先应应用用软软件件产产生生Uout，并并且且确确定定Uout所所在在的的扇扇区区，然然后后求求解解每每个个PWM周期中的周期中的t1和和t2。v 对于每个对于每个PWM周期在软件上需完成如下步骤：周期在软件上需完成如下步骤：（1）将将基基本本空空间间矢矢量量对对应应的的二二进进制制位位调调入入全全比比较较动动作作控控制制寄寄存存器器（ACTR）第第12-14位位，旋旋转转方方向向控控制制位位（SVR DIR）为为其其第第15位位，该该位位中中“0”代代表表逆逆时时针针方方向向；“1”代表顺时针方向。代表顺时针方向。（2）将将0.5 t1调调入入全全比比较较寄寄存存器器1（CMPR1）；将将0.5t1+0.5t2调入全比较寄存器调入全比较寄存器2（CMPR2）。）。40ppt课件课件41ppt课件课件42ppt课件课件 图图2-46给给出出了了采采用用TMS320LF2407A硬硬件件模模块块的的两两种种实实现现对对称称开开关关方方式式SVPWM的的各各个个扇扇区区的的开开关关情情况况。相相比比软件生成的方法，这种开关方案具有以下特点：软件生成的方法，这种开关方案具有以下特点：（1）从从开开关关方方案案示示意意图图上上来来看看，这这是是一一种种五五段段式式的的SVPWM波波形形。在在一一个个完完整整的的PWM周周期期中中，总总有有一一个个通通道道的的开开关关状状态态保保持持不不变变，因因此此在在这这种种控控制制方方案案中中功功率率器器件件的的开开关关次次数数少少于于由由软软件件决决定定开开关关模模式式的的次次数数，降降低低了了系系统统的开关损耗。的开关损耗。43ppt课件课件v（2）为了防止同一个桥臂上功率开关管的直通问题，）为了防止同一个桥臂上功率开关管的直通问题，通常在同一桥臂上的两只功率开关器件通常在同一桥臂上的两只功率开关器件PWM驱动信号驱动信号中加入一定的死区。由于硬件实现的中加入一定的死区。由于硬件实现的SVPWM会有某一会有某一桥臂在整个扇区内开关状态都保持不变，则死区效应在桥臂在整个扇区内开关状态都保持不变，则死区效应在该相不存在，从而导致三相该相不存在，从而导致三相PWM输出不平衡，造成逆输出不平衡，造成逆变器的输出电压中存在一定的谐波。变器的输出电压中存在一定的谐波。44ppt课件课件45ppt课件课件2.6 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成v小结：小结：比较软件及硬件实现两种方法，采用硬件方法所用比较软件及硬件实现两种方法，采用硬件方法所用的的CPUCPU开销（执行的指令周期）少，占用的内存少，一个开销（执行的指令周期）少，占用的内存少，一个PWMPWM周期内开关次数少，即开关损耗小。但是，硬件法存周期内开关次数少，即开关损耗小。但是，硬件法存在死区不平衡效应，应用时可根据系统要求选择合适的在死区不平衡效应，应用时可根据系统要求选择合适的实现方式。实现方式。46ppt课件课件2.7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统 直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，而且可以独立进行控制，交流异步电机的磁通则由的，而且可以独立进行控制，交流异步电机的磁通则由定子与转子电流合成产生定子与转子电流合成产生，它的，它的空间位置相对于定子和空间位置相对于定子和转子都是运动的转子都是运动的，除此以外，在笼型转子异步电机中，除此以外，在笼型转子异步电机中，转子电流还是不可测和不可控的转子电流还是不可测和不可控的。因此，异步电机的动。因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多。态数学模型要比直流电机模型复杂得多。47ppt课件课件 好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。为了实现电压为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制系统。器控制系统。48ppt课件课件2.7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统v概述概述 现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件开关器件 IGBT 或功率模块或功率模块IPM 组成的组成的PWM逆变器，构逆变器，构成交成交-直直-交电压源型变压变频器，已经占领了全世界交电压源型变压变频器，已经占领了全世界0.5600kW 中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。49ppt课件课件所谓所谓“通用通用”，包含着两方面的含义：，包含着两方面的含义：（1）可以和通用的笼型异步电机配套使用；）可以和通用的笼型异步电机配套使用；（2）具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负）具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。载。v系统介绍系统介绍 下图绘出了一种典型的数字控制通用变频器数字控制通用变频器-异步电动机异步电动机调速系统调速系统原理图。50ppt课件课件1.系统组成系统组成M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测中央处理器显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR251ppt课件课件u限流电阻限流电阻 为了避免大电容为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻（或电抗），通上电源时，先限制充电电流，再延时用开（或电抗），通上电源时，先限制充电电流，再延时用开关关K将其短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作，将其短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。并产生附加损耗。52ppt课件课件u泵泵升升限限制制电电路路由由于于二二极极管管整整流流器器不不能能为为异异步步电电机机的的再再生生制制动动提提供供反反向向电电流流的的通通路路，所所以以除除特特殊殊情情况况外外，通通用用变变频频器器一一般般都都用用电电阻阻吸吸收收制制动动能能量量。减减速速制制动动时时，异异步步电电机机进进入入发发电电状状态态，首首先先通通过过逆逆变变器器的的续续流流二二极极管管向向电电容容C充充电电，当当中中间间直直流流回回路路的的电电压压（通通称称泵泵升升电电压压）升升高高到到一一定定的的限限制制值值时时，通通过过泵泵升升限限制制电电路路使使开开关关器器件件导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。53ppt课件课件u进进线线电电抗抗器器 二二极极管管整整流流器器虽虽然然是是全全波波整整流流装装置置，但但由由于于其输出端有滤波电容存在，因此输入电流呈脉冲波形。其输出端有滤波电容存在，因此输入电流呈脉冲波形。54ppt课件课件 这这样样的的电电流流波波形形具具有有较较大大的的谐谐波波分分量量，使使电电源源受受到到污污染。染。为为了了抑抑制制谐谐波波电电流流，对对于于容容量量较较大大的的PWM变变频频器器，都都应应在在输输入入端端设设有有进进线线电电抗抗器器，有有时时也也可可以以在在整整流流器器和和电电容容器器之之间间串串接接直直流流电电抗抗器器。还还可可用用来来抑抑制制电电源源电电压压不不平平衡衡对变频器的影响。对变频器的影响。55ppt课件课件控制系统构成控制系统构成 l控控制制电电路路现现代代PWM变变频频器器的的控控制制电电路路大大都都是是以以微微处处理理器器为为核核心心的的数数字字电电路路，其其功功能能主主要要是是接接受受各各种种设设定定信信息息和和指指令令，再再根根据据它它们们的的要要求求形形成成驱驱动动逆逆变变器器工工作作的的PWM信信号号。微微机机芯芯片片主主要要采采用用8位位或或16位位的的单单片片机，或用机，或用32位的位的DSP。56ppt课件课件E2PROM电源监电源监控控键盘键盘显示显示信号信号输出输出时钟电路时钟电路检测检测信号信号信号调信号调理理充电继电器充电继电器模拟模拟信号信号外部外部中断中断信号信号驱动电驱动电路路PWMMCS 87C196MC图图2-50 以以MCS87C196MC单片机为核心的开环通用变频器控制电单片机为核心的开环通用变频器控制电路框图路框图57ppt课件课件uPWM信号产生信号产生可以由微机本身的软件产生，由可以由微机本身的软件产生，由PWM端口输出，也可采用专用的端口输出，也可采用专用的PWM生成电路芯片。生成电路芯片。u检测与保护电路检测与保护电路各种故障的保护由电压、电流、温度各种故障的保护由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入放大等综合处理，再进入A/D转换器，输入给转换器，输入给CPU作为控作为控制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。号。58ppt课件课件u信号设定信号设定需要设定的控制信息主要有：需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用变频器列特殊功能的设定。由于通用变频器-异步电动机系统是异步电动机系统是转速或频率开环、恒压频比控制系统，低频时，或负载的转速或频率开环、恒压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小不同时，都得靠改变性质和大小不同时，都得靠改变 U/f 函数发生器的特性函数发生器的特性来补偿，在通用产品中称作来补偿，在通用产品中称作“电压补偿电压补偿”或或“转矩补偿转矩补偿”。59ppt课件课件2.7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统实现补偿的方法有两种：实现补偿的方法有两种：一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的U/f 函函数，由用户根据需要选择最佳特性；数，由用户根据需要选择最佳特性；另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系统的不足之处。统的不足之处。60ppt课件课件u给给定定积积分分由由于于系系统统本本身身没没有有自自动动限限制制起起制制动动电电流流的的作作用用，因因此此，频频定定设设定定信信号号必必须须通通过过给给定定积积分分算算法法产产生生平平缓缓升升速速或或降降速速信信号号，升升速速和和降降速速的的积积分分时时间间可可以以根根据据负载需要由操作人员分别选择。负载需要由操作人员分别选择。综综上上所所述述，PWM变变压压变变频频器器的的基基本本控控制制作作用用如如图图所所示示。近近年年来来，许许多多企企业业不不断断推推出出具具有有更更多多自自动动控控制制功功能能的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。61ppt课件课件2.7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统tff*ufu斜坡函数U/f 曲线脉冲发生器驱动电路工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生62ppt课件课件2.7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统v 开环开环U/f控制变频器发展的特点是通用化、系列化控制变频器发展的特点是通用化、系列化和规模化生产。新一代的和规模化生产。新一代的U/f控制变频器已经实现了控制变频器已经实现了转矩控制功能，具有无跳闸能力。由这种变频器驱转矩控制功能，具有无跳闸能力。由这种变频器驱动的通用异步电动机已经具备了挖土机特性，像直动的通用异步电动机已经具备了挖土机特性，像直流电动机一样，可以人为地设定其极限输出转矩。流电动机一样，可以人为地设定其极限输出转矩。63ppt课件课件