基于DSC的异步电动机变频调速系统设计(5)
3.2.2 过流保护功能
通过检测IGBT集电极电流进行过电流保护,如集电极电流超过容许值6～8μs,则软关断IG2BT,由于有6～8μs的保护动作延时,瞬间过电流及噪声不会导致误动作。同时还具有防止误动作闭锁功能,在保护动作闭锁期间,即使有控制信号输入,IGBT也不工作。
3.2.3 短路保护功能
过电流保护动作时,短路保护将联动,能抑制因负载短路及桥臂短路的峰值电流。短路保护及过电流保护实际上均是对IGBT的集电极电流进行检测,无论哪个IGBT发生异常都可保护,由于电流检测内置,故无需另加检测组件。
3.2.4 控制电源欠压保护
当控制电源电压Vcc下降到容许的下限值时,如果输入信号为ON,则IGBT软关断,输出报警。欠压保护采用滞环控制方式,即当Vcc恢复至上限值时,如输入信号为OFF,则解除报警。
3.2.5 管壳及管芯温度过热保护
采用与IGBT、续流二极管管芯装在同一陶瓷基板上的测温组件检测基板温度,同时采用与IGBT管芯在一起的测温组件检测IGBT管芯温度。当检出温度超越保护温度值并持续1ms后,过热保护动作,IGBT被软关断,在2ms的闭锁期间停止工作。
3.2.6 报警输出功能
在下桥臂侧各种保护动作闭锁期间,输出报警信号,如控制输入为ON状态,即使闭锁期已结束,报警输出功能也不复位,等到控制输入变为OFF时,报警复位,保护动作解除。
3.2.7 制动用IGBT及续流二极管
在制动单元中使用的IGBT及续流二极管为内置,外接耗能电阻即可构成制动回路,消耗减速时的回馈能量,抑制直流侧电压的升高。
3.3 IPM的应用
如图3—3所示为IGBT-IPM应用于电机变频调速时的电路原理图,其结构为交—直—交电压型变频器,通过PWM信号控制IGBT的导通,得到频率可变的交流输出,则可实现交流电机的无级调速。图3中,外围驱动单元共7组,上桥臂用3组,下桥臂用3组,制动用1组;控制电源共4组,上桥臂用3组,下桥臂与制动单元公用1组。P、N为主电源输入端(整流输入),U、V、W接三相异步电机,P、B端接制动耗能电阻。
图3—3如图3—4所示为IGBT-IPM应用于有源电力滤波器的电路原理图。众所周知,由于接入电力系统的非线性负载日益增多,致使电力系统的电流波形发生畸变,重影响电网供电质量及电气设备的正常安全运行。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置,它以实时检测为基础,通过PWM信号控制IGBT的导通,输出电流对畸变波形实时跟踪补偿,从而使电源侧的电流波形与电压波形一致。图3—4中,外围驱动单元及联接与图3—3相同,主接线端P、N接有源电力滤波器直流侧大电容C,U、V、W为有源电力滤波器的交流侧输出端,通过电感L与电网相并联,起补偿谐波电流的作用。
图3—44.SPWM技术介绍
4.1 SPWM信号产生原理
4.1.1 采样法SPWM
SPWM法的实现方式有多种，可以由模拟或数字电路等硬件电路来实现，也可以由微处理器运用软硬件结合的办法来实现。用软件来实现SPWM法，实现起来简便，精度高，现在已经被广泛采用，此时所采用的采样型SPWM法，分为自然采样法和规则采样法。其中规则采样法又有对称规则采样法与不对称规则采样法两种。
4.1.2 自然采样法
图4—1所示的就是自然采样法。它是将基准正弦波与一个三角载波相比较，由两者的交点决定出逆变器开关模式的方法。图1中，Tt为三角波的周期，Ur为三角波的幅值，正弦波为Ucsinωt，Ts称为采样周期，Ts=Tt/2，t1及t2为正弦波与三角波两个相邻交点的时刻。由图1可以得出
式中：M=Uc/Ur为正弦波幅值对三角波幅值之比，0<M<1，M的值越大，则输出电压也越高；ω为正弦波角频率，ω改变，则PWM脉冲列基波频率也随之改变。脉 冲 宽 度 为 （1）