时间：2015-12-21 00:02:05 所属分类：电工技术 浏览量:
工业用振动棒变 频电源的研制 ?图1为基本原理图。从图1可以看出，主电路主要包括输入整流、滤波和三相变频电路三部分。三相逆变部分采用的是富士公司的IPM，型号为6MBP15RY060。容量为15A、600V，最高开关频率为5kHz。选择这种IPM的原因在于它具有良好的性价
工业用振动棒变 频电源的研制 ?图1为基本原理图。从图1可以看出，主电路主要包括输入整流、滤波和三相变频电路三部分。三相逆变部分采用的是富士公司的IPM，型号为6MBP15RY060。容量为15A、600V，最高开关频率为5kHz。选择这种IPM的原因在于它具有良好的性价比，已成为市场上的常用器件，虽然器件的最高开关频率只有5kHz，不可避免地会产生开关噪声，但是由于负载本身的噪声就很大，因此由于低开关频率而产生的开关噪声是可以接受的。
IPM需要4路相互独立的工作电源，同时，控制电路也需要1组工作电源，因此，辅助电源应该能提供至少5组相互独立的电源。根据这个特点，主回路采用单端反激式开关电源。
2.2控制电路的设计
从图1可以看出，控制电路的作用是产生控制脉冲并对保护信号进行相应地处理。在本方案中，采用的控制芯片是INTEL公司的16位单片机——8XC196MC。选用它的原因在于这种芯片所独具的特点——片内波形发生器WFG(WaveFormGenerator)。WFG有3个同步的PWM模块，每个模块包含一个相位比较寄存器、一个死区时间（deadtime）发生器和一对可编程的输出。WFG可以产生独立的3对PWM波形，但它们有共同的载波频率、死区时间和操作方式。一旦启动之后，WFG只要求CPU在改变PWM的占空比时加以干预。也正是由于有了这个外设，使得用于产生同步脉冲调制波形的控制软件和硬件大大简化，因此这种芯片特别适用于控制3相交流感应电机，也被应用在控制直流无刷电机和其他需要多个PWM输出的装置。而且，这种芯片具有良好的抗干扰能力。前文已经提到，由于应用场合的限制，要求本文所设计的变频电源具有良好的抗干扰能力，实验证明了8XC196MC完全满足设计要求。下面将对本方案中的程序设计做一个简单的介绍。
2.3V/f曲线的设定
在电机控制中，为了充分利用电机并防止电机产生磁密饱和，在改变变频器的频率时，需要同时改变它的输出电压幅值。在本方案中，启动过程采用的是恒定V/f控制，如图2所示。因为振动棒正常工作时是工作在恒压（线电压42V）恒频（200Hz）的条件下，在稳定工作时，不容易进行转速的调节。 但是为了减小启动电流，采用了变频调速来实现平滑启动。振动棒电机始终工作在恒转矩区，在输出达到额定频率（200Hz）前，电机输入电压幅值与频率（电机转速）成线性关系。V/f曲线和正弦波的数据都是以表格的形式存放在EPROM中的，这样可以减少CPU的计算量，减轻CPU的负担，在程序中直接通过查表就可以得到所需要的数值。
3性能分析
1）效率方案的最大特点就是简单可靠，而且由于中间环节少，因此整机的效率较高。单机在额定运行时效率可达94％，带双负载运行时实测效率要低一些，能够达到92％左右。
2）软启动与双负载运行由于产品的启动时间没有特殊要求，启动过程可以在几秒的范围内完成，为了减小启动电流，采用了用软件来设定启动时间的方法，即在程序设计中，启动频率设定在10Hz，在升速过程中频率是逐步上升到200Hz的，这就相当于一个软启动的过程。实现起来简单而且廉价。同时变频电源可以带双负载运行，因此就要考虑到双电机运行时的工作模式。上面所讲的软启动的方法适用于单电机启动和双电机同时启动。在现场调试时发现，当一台电机已经处于正常工作状态时启动另一台电机，这时的启动电流就比较大（可以参考实验波形），这对主电路的开关器件而言是一个冲击，为了保证负载能继续正常运行，就要加大开关器件的容量。因此，根据不同的使用要求，可以考虑选择不同容量的IPM模块。
3）成本核算作为一个产品，除了可靠性以外，成本也是一个很重要的因素。在这个方案中，有四个部分对成本的影响最大：控制芯片（8XC196MC的单价为100元）、平波电解电容（470μF/450V的单价为35元）、逆变模块IPM（600V、15A、最高开关频率为5kHz的IPM的价格是200元）和低频隔离变压器（300W的变压器价格为220元）。开关电源的成本很小，实验样机的总体成本在600元左右。当然，实验样机的花费不能代表产品的最终成本，因为随着产品批量的扩大，元器件的平均价格必然会下降，其中下降幅度最大的将是控制芯片和变压器，因为1000片的单价就可以降到40元左右，批量的变压器单价也可以下降到130元左右。这样整个逆变电源的成本就可以降低到400元左右。
? 图3是一组单负载运行时的负载电压和电流波形。波形中可以体现出电源的软启动功能。
4结语
?完成了振动棒变频电源工业样机一台，经过现场实际测试，达到了设计要求，现已移交生产企业。
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