該設計是武漢市晨光計劃??高性能全數字交流調速系統的研究與應用的一個子課題。

　　三相正弦脈寬調制式變頻器的設計陳亮明，周榮政（華中理工大學漢口分校自動控制工程系，湖北武漢430012）器具有節能、安全、快速、體積小、精度高等特點。本系統采用IGBT構成變頻器，并采用三相正弦脈寬調制方式控制。介紹了三相正弦脈寬調制式變頻器的基本結構，以及變頻器主電路、并聯緩沖器和驅動電路的設計。結果表明，該系統調試方便，性能優良。

　　自1982年制造出IGBT初樣， 1985年開始生產工業品以來， 90年代進口的許多變頻器大多采用了它。本系統采用IGBT構成變頻器的主電路，拖動三相交流電動機，并采用三相正弦脈寬調制技術對交流電機采用變頻無級調速，能量回饋制動，控制系統采用矢量變換控制。

　　1變頻器的基本結構變頻器結構框圖如圖1所示，其控制系統采用單片機，實現矢量變換控制。SPWM信號產生電路，由EPROM產生正弦信號，并由硬件構成三角波信號發生電路，從而產生SPWM信號。該電路既可產生數字信號，也可通過A /D轉換成模擬信號，單獨構成SPWM信號。系統的控制和檢測信號的處理由單片機完成，從而提高單片機的處理效率。

　　驅動電路采用專用驅動芯電及延時和分配電路。EX840具有隔離、過流保護功能。保護電路主要是針對系統中電動機、功率電子器件而設置的，在過壓、欠壓、過流、過載、過熱及超速等工況下，能保護系統安全使其可靠運行。主電路由整流、濾波、分流器、逆變器等構成，其中逆變電路中采用了并聯緩沖器，緩沖器吸收反饋能量和IGBT關斷過程中的能量。

　　2主電路的設計2. 1主電路原理圖三相交流經整流橋整流成直流，通過串聯電容和C濾波，經三相橋式電路（ V T） ，向三相交流電機提供調制的交流信號（配合控制電路）。IGBT， V T構成分流電路，以泄放濾波電容上過多的能量，從而避免電容上產生過高的泵升電壓，如圖2所示。

　　2. 2整流橋的選擇整流橋輸出平均電流I為負載的額定電流 Z為整流橋輸出效率，一般取Z= 0. 85 K為安全裕量，一般為K= 2～5.整流橋的耐壓一般取的額定電壓，如二單元流橋耐壓U 2. 3并聯緩沖器的設計由于工作頻率較高，開關頻率高會增大開關損耗，并在IGBT的集電極產生浪涌電壓，造成器件過熱，甚至損壞。但若改變并聯緩沖器的工作點，將IGBT的工作點限制在安全區內，限制IGBT過電壓、過電流，則可降低其開關損耗。

　　長江科學院院報并聯緩沖器的使用一般有三種形式，一是與器件并聯，二是與個橋臂并聯，另外是逆變器并聯，如尖峰電壓能力強（從實驗結果看也是如此） ，在限流電阻R上的功耗較大 （ b）中緩沖器吸收效果較好，且R功率較小 （ c）中緩沖器的吸收效果較差。

　　考慮到緩沖器的吸收效果、R的耗散功率以及反饋能量，選擇圖3（ b）并聯緩沖器較理想。圖3（ b）中并聯緩沖器設計如下：式中： L為主電路分布電感 I為IGBT關斷時集電極電流 U為吸收電容C上比較終達到的電壓為直流電源的電壓值。

　　式中f為IGBT的開關頻率。如R過小，吸收回路出現電流振蕩， IGBT導通時使集電極電流I尖峰值也增大，因此在滿足公式的前提下， R取大為好，其功耗與阻值無關，關系式為的選擇對吸收有明顯影響，應選擇快速恢復二極管。

　　注意吸收回路的引線電感對吸收影響很大，應盡量縮短引線。

　　3驅動電路的設計對IGBT的驅動電路，可以根據其驅動要求，由模擬器件構成，但它的可靠性較差。本設計選用富士公司的驅動模塊，該模塊輸入端接有高隔離電壓光電耦合器，使控制電路與驅動電路隔離（見大小對輸出波形影響很大，過小會產生振蕩，過大使IGBT開關時間延長。通過實驗選用的過流保護輸入端6，接集電極C，當I　100 A時，端點6處電壓典型值為7. 5 V，過流保護而系統整定的過流電流為70 A，因而設計時在端口6與C之間加一穩壓管Z5，由于過流的動作臨界值與對應I值并不是非線性關系，二者關系通過實驗測得，如表1所示。

　　由表1可知Z5的電壓值取為5. 1 V.

　　過流報警延時時間7μs， R并聯后，延時時間可以縮短為3. 4μs，大大加快響應時間。

　　長江科學院院報Z5穩壓值動作臨界電壓集電極電流4結語本次設計中，我們采用數字電路來實現所需功能，并且盡量采用功耗低，抗干擾能力強的CMO S，HCM OS器件，故該系統抗干擾能力強，適用于電磁干擾場合，同時也適合多種三相異步電機，且保護功能完善，通用行好，擴展性強，能方便地與單片機接口，構成結構簡單的數字控制系統。其成本低、調試方便，運行情況良好。

　　王離久。電力拖動自動控制系統[M ].武漢：華中理工大學出版社， 1991.

　　[2 ]王離久，黃錦恩。晶體管直流脈寬調速系統[M ].武漢：華中理工大學出版社， 1988.

　　[3 ]蘇開才，毛宗源。現代功率電子技術[ M ].北京：國防工業出版社， 1995.

　　陳亮明等三相正弦脈寬調制式變頻器的設計