1 引 言
随 着 电 力 电 子 技 术 、 微 机 控 制 技 术 以 及 大 规 模 集 成 电 路 的 发 展 ， 基 于 集 成 PWM电 路 构 成 的 变 频 调 速 系 统 以 其 结 构 简 单 、 运 行 可 靠 、 节 能 效 果 显 著 、 性 价 比 高 等 突 出 优 点 而 得 到 广 泛 应 用 。 本 文 介 绍 的 GTR SPWM变 频 调 速 系 统 是 以 大 规 模 专 用 集 成 电 路 HEF4752和 单 片 机 （ 8098） 为 核 心 构 成 的 控 制 电 路 ， 由 HEF4752产 生 的 三 相 PWM信 号 经 隔 离 、 放 大 后 ， 驱 动 由 GTR构 成 的 三 相 桥 式 逆 变 器 ， 使 之 输 出 三 相 SPWM的 波 形 ， 实 现 异 步 电 机 变 频 调 速 。
2 HEF4752简 介
HEF4752是 采 用 LOCMOS工 艺 制 造 的 大 规 模 集 成 电 路 ， 专 门 用 来 产 生 三 相 PWM信 号 。 它 的 驱 动 输 出 经 隔 离 放 大 后 ， 既 可 驱 动 GTO逆 变 器 ， 也 可 驱 动 GTR逆 变 器 ， 在 交 流 变 频 调 速 和 UPS中 作 中 心 控 制 器 件 。
2.1 主 要 特 点
1） 能 产 生 三 对 相 位 差 120° 的 互 补 SPWM主 控 脉 冲 ， 适 用 于 三 相 桥 结 构 的 逆 变 器 ；
2） 采 用 数 控 方 式 不 仅 能 提 高 系 统 控 制 精 度 ， 也 易 于 与 微 机 联 机 ；
3） 采 用 多 载 波 比 自 动 切 换 方 式 ， 随 着 逆 变 器 的 输 出 频 率 降 低 ， 有 级 地 自 动 增 加 载 波 比 ， 从 而 抑 制 低 频 输 出 时 因 高 次 谐 波 产 生 的 转 矩 脉 冲 和 噪 声 等 所 造 成 的 恶 劣 影 响 。 调 制 频 率 的 可 调 范 围 为 0～ 100 Hz， 且 能 使 逆 变 器 输 出 电 压 同 步 调 节 。
4） 为 防 止 逆 变 器 上 下 桥 臂 器 件 直 通 ， 在 每 相 主 控 脉 冲 间 插 入 死 区 间 隔 ， 间 隔 时 间 连 续 可 调 。
2.2 引 脚 说 明
HEF4752为 28脚 双 列 直 插 式 标 准 封 装 DIP芯 片 ， 它 有 7个 控 制 输 入 ， 4个 时 钟 输 入 ， 12个 驱 动 逆 变 器 输 出 ， 3个 控 制 输 出 。 其 外 部 管 脚 排 列 如 图 1所 示 。 各 管 脚 功 能 描 述 如 表 1所 列 。
2.3 HEF4752工 作 原 理
HEF4752是 一 种 基 于 同 步 式 双 缘 调 制 原 理 产 生 SPWM信 号 的 专 用 集 成 电 路 ,其 原 理 框 图 如 图 2所 示 。
2.3.1 输 入 功 能
1） 输 入 I用 来 决 定 逆 变 器 驱 动 输 出 模 式 的 选 择 ，当 I为 低 电 平 时 ， 驱 动 模 式 是 晶 体 管 ， 当 I为 高 电 平 时 ， 驱 动 模 式 是 晶 闸 管 ；
2） 输 入 控 制 信 号 K和 时 钟 输 入 OCT共 同 决 定 逆 变 器 每 对 输 出 信 号 的 互 锁 推 迟 间 隔 时 间 ；
3） 相 序 输 入 CW用 来 控 制 电 机 转 向 。 当 CW为 低 电 平 时 ， 相 序 为 R、 B、 Y； 当 CW为 高 电 平 时 ， 相 序 为 R、 Y、 B；
4） 输 入 L用 来 控 制 起 动 /停 止 ， L为 低 电 平 时 ， 在 晶 体 管 模 式 下 封 锁 HEF4752所 有 的 脉 宽 调 制 驱 动 输 出 ， 但 产 生 输 出 信 号 的 内 部 电 路 仍 在 继 续 “ 运 行 ” 。 L为 高 电 平 时 解 除 封 锁 。 L除 起 停 电 路 外 ， 还 可 方 便 地 用 于 过 流 保 护 ；
5） 控 制 输 入 A、 B、 C供 制 造 过 程 试 验 用 。 工 作 时 必 须 接 到 Vss（ 低 电 平 ） 。 但 A还 有 另 外 一 个 用 处 ， 即 刚 通 电 时 ， A置 高 电 平 初 始 化 整 个 IC片 ， 被 用 作 复 位 信 号 ；
6） 时 钟 输 入
频 率 控 制 时 钟 （ FCT） 控 制 输 出 PWM信 号 的 基 波 频 率 ， 即 决 定 逆 变 器 的 输 出 频 率 fout， 从 而 控 制 电 机 转 速 ， fFCT=3 360× fout。 电 压 控 制 时 钟 （ VCT） 控 制 PWM信 号 的 基 波 电 压 幅 值 ， 使 输 出 电 压 自 动 地 正 比 于 其 输 出 频 率 ， 在 给 定 的 输 出 频 率 下 ， 平 均 逆 变 输 出 电 压 的 幅 度 由 fVCT控 制 。 参 考 时 钟 （ RCT） 是 一 个 固 定 时 钟 ， 它 决 定 逆 变 器 的 最 高 开 关 频 率 fs(max)， fRCT=280× fs(max)， 一 旦 fRCT确 定 ， 则 HEF4752输 出 脉 冲 的 调 制 频 率 就 在 0.6fs(max)～ fs(max)之 间 变 化 ， 且 逆 变 器 的 开 关 频 率 是 输 出 频 率 的 严 格 整 数 倍 fs=N× fout， N为 频 率 比 ， 其 N值 为 15， 21， 30， 42， 60， 84， 120， 168；
7） 输 出 推 迟 时 钟 （ OCT） 控 制 HEF4752每 对 输 出 信 号 互 锁 推 迟 间 隔 时 间 τd（ 对 晶 体 管 模 式 ） 以 防 逆 变 器 同 一 桥 臂 上 、 下 两 只 开 关 器 件 同 时 导 通 引 起 直 通 ， 推 迟 间 隔 时 间 的 选 择 端 （ K） 一 起 决 定 τd的 长 短 ， 其 关 系 式 为
一 般 情 况 K保 持 为 高 电 平 ， 通 常 可 取 fRCT=fOCT。
2.3.2 输 出 功 能
1） 逆 变 驱 动 输 出 HEF4752有 六 个 主 驱 动 输 出 组 成 三 个 互 补 对 ， 还 有 和 每 一 主 输 出 相 关 联 的 辅 助 输 出 。 在 驱 动 GTR逆 变 器 时 ， 输 出 波 形 是 双 边 沿 调 制 的 脉 宽 调 制 波 ， 其 调 制 原 理 可 由 图 3加 以 说 明 。 图 中 假 定 载 波 在 一 个 周 期 内 有 9个 脉 冲 （ 这 个 脉 冲 数 被 称 为 频 率 比 ） ， 载 波 脉 冲 的 两 个 边 沿 都 用 一 个 可 变 的 时 间 间 隔 量 δ 加 以 调 制 ， 而 且 使 δ ∝ sinθ （ θ 为 未 被 调 制 时 载 波 脉 冲 边 沿 所 处 的 时 间 ， 或 称 角 相 位 ） 。 sinθ >0时 ， 该 处 的 脉 冲 变 宽 ； sinθ < 0时 ， 该 处 的 脉 冲 变 窄 。 三 相 输 出 的 调 制 脉 冲 波 相 位 互 差 120° ， 如 图 3中 UR、 UY、 UB所 示 。 图 3中 的 VRY是 R相 和 Y相 间 的 线 电 压 波 形 。 这 个 脉 冲 波 平 均 值 的 波 形 接 近 正 弦 波 。 显 然 ， 频 率 比 N的 值 越 大 ， 线 电 压 平 均 值 的 波 形 就 越 接 近 正 弦 波 ， 而 良 好 的 正 弦 波 输 出 ， 正 是 交 流 电 机 所 要 求 的 。
2） 控 制 输 出 RSYN是 一 个 脉 冲 输 出 ， 其 频 率 等 于 fout， 脉 宽 等 于 VCT时 钟 的 脉 宽 ， 主 要 为 触 发 示 波 器 扫 描 提 供 一 个 稳 定 的 参 考 信 号 。
输 出 电 压 模 拟 信 号 VAV为 一 数 字 信 号 ， 它 模 拟 逆 变 器 输 出 线 电 压 的 平 均 值 。 它 不 受 互 锁 推 迟 间 隔 的 影 响 ， 也 不 被 控 制 输 入 L封 锁 ， 其 频 率 等 于 逆 变 输 出 频 率 fout， 并 为 6 fout所 调 制 ， VAV在 fVCT的 闭 环 控 制 中 非 常 有 用 ， 可 用 来 改 善 输 出 电 压 对 输 出 频 率 关 系 的 非 线 性 。
逆 变 器 开 关 输 出 CSP是 一 脉 冲 串 ， 不 受 L状 态 的 影 响 ， 其 频 率 为 逆 变 器 开 关 频 率 的 2倍 ， 其 中 每 一 脉 冲 的 下 降 沿 发 生 在 主 输 出 的 零 调 制 点 。
3 系 统 的 硬 件 电 路
整 个 系 统 的 硬 件 电 路 由 主 电 路 、 控 制 电 路 、 驱 动 电 路 、 保 护 电 路 等 构 成 ， 其 电 路 框 图 如 图 4所 示 。
3． 1 主 电 路
其 形 式 是 AC/DC/AC逆 变 电 路 ， 由 三 相 整 流 桥 、 滤 波 器 、 三 相 逆 变 器 及 电 流 互 感 器 LEM组 成 。 三 相 交 流 电 经 三 相 桥 式 整 流 后 ， 得 到 脉 动 直 流 电 压 ， 再 经 电 容 器 C1、 C2和 均 压 电 阻 R1、 R2组 成 的 储 能 、 滤 波 后 以 直 流 电 压 供 给 逆 变 器 。 主 开 关 器 件 选 用 日 本 富 士 公 司 生 产 的 EHR系 列 的 6单 元 GTR模 块 ， 构 成 本 系 统 三 相 逆 变 器 。
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