没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
基于双CPU控制的低成本小功率变频器设计.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 87 浏览量
2023-06-24
23:16:59
上传
评论
收藏 426KB DOCX 举报
温馨提示
试读
52页
基于双CPU控制的低成本小功率变频器设计.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
摘要 ..............................................................................................................................1
Abstract ........................................................................................................................II
第 1 章 绪论 ................................................................................................................1
1.1 课题的背景及选题意义 .......................................................................................1
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 ...................................................................2
1.3 本文研究的主要内容 ...........................................................................................7
第 2 章 变频器控制电路设计 ....................................................................................9
2.1 总体方案介绍 .......................................................................................................9
2.2 控制微处理器 .....................................................................................................11
2.2.1 ADMCF326 数字信号处理器...................................................................11
2.2.2 H8/3687F单片微处理器 ...........................................................................12
2.3 控制电路设计 .....................................................................................................13
2.3.1 MCU工作电源电路 ..................................................................................13
2.3.2 MCU复位电路 ..........................................................................................14
2.3.3 通讯隔离电路 ..........................................................................................15
2.4 软件主流程图 .....................................................................................................17
2.5 本章小结 .............................................................................................................17
第 3 章 变频器功率电路设计 ..................................................................................19
3.1 功率器件的选择 .................................................................................................19
3.1.1 整流桥的选择 ..........................................................................................19
3.1.2 逆变IGBT的选择 .....................................................................................19
3.2 辅助开关电源设计 .............................................................................................22
3.2.1 理论分析 ..................................................................................................22
3.2.2 环路设计 ..................................................................................................25
3.2.3 变压器设计 ..............................................................................................27
3.3 电流检测及保护电路设计 .................................................................................28
3.3.1 输出相电流检测及保护设计 ..................................................................28
3.3.2 直流母线电流保护设计 ..........................................................................30
3.4 电压检测及保护电路设计 .................................................................................31
3.5 驱动电路设计 .....................................................................................................33
3.6 本章小结 .............................................................................................................36
第 4 章 成本及性能对比分析 ..................................................................................38
4.1 成本分析 .........................................................................................................38
4.2 性能分析 .............................................................................................................41
4.3 本章小结 .............................................................................................................44
结论 ............................................................................................................................45
参考文献 ....................................................................................................................46
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 ............................................................48
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 ............................................................48
致谢 ............................................................................................................................49
个人简历 ....................................................................................................................50
第1章 绪论
1.1 课题的背景及选题意义
本课题来源于艾默生网络能源有限公司变频器产品线。
直流调速逐渐被交流调速替代将是电气传动领域发展的趋势,交流调速中
发展最快的就是交流变频调速,交流变频调速器(简称变频器)由于其在维护
简单、改善生产工艺、提高产品质量和产量及节能方面的优点,在机械加工、
纺织机械、印刷造纸、石油化工、水泥陶瓷、食品制药等现代工业生产中得到
越来越广泛的应用
[1]
。
中国的变频器市场在过去几年内保持着 12%-20%的高速增长,在 2003
年,由于工业行业及建筑业的迅猛发展以及各行业的大量投资,当年同比增长
达到了近 40%,市场规模超过了 55 亿元人民币,见表 1-1
[2]
。进入 2004 年,
因 2003 年的市场基数突然增大,加上国家加强了对冶金、建材等行业的宏观
控制,变频器市场增长率将大幅回落。但由于中国经济的整体快速发展和中国
加入WTO,市场对产品的要求将逐步提高,提升生产设备的水平势在必行,
用于生产工艺控制的变频器将越来越多地被采用,另一方面,我国电力供需严
重失衡,高峰季节的拉闸限电现象普遍,节能呼声空前。因此,在未来三年
内,中国变频器市场仍将保持着 10%左右的快速增长,中国的变频器市场具有
广阔的发展空间
[2]
。 巨大的市场需求给各变频器生产厂家提供了发展机会。几
年内全国出现有一百多家变频器厂商,变频器市场竞争带动变频器销售价格的
下降,这对变频器的成本造成巨大压力。
表 1-1 2003 年中国变频器市场及未来三年预期
Table 1-1 Chinese MDI market in 2003 and its forecast in the following next three years
年份
2003 年
2004 年
2005 年
2006 年
市场规模(金额:亿元)
55.6
60
68
75
市场增长率(%)
41
8
13
10
市场规模(容量:万千瓦)
626
700
820
930
市场增长率(%)
56
12
17
13
中国变频器行业将输出功率在 7.5kW以下的变频器定义为小功率变频器产
品。 2003 年中国小功率变频器市场份额为 7.5 亿元
[2]
,由于市场需求数量
大,各变频器厂家在小功率变频器市场竞争上尤其激烈。变频器用户在选择小
功率变频器时对价格也非常敏感
[2]
。因此,成本在小功率变频器设计中显得尤
其重要。随着小功率变频器应用范围扩大,用户对小功率变频器的性能和可靠
性要求也越来越高,在小功率变频器设计中不能以降低变频器性能和可靠性为
代价来降低成本。
表 1-2 不同容量的变频器产品在 2003 年中国市场的份额
Table 1-2 The 2003’s Chinese market share of different capacity MDI
功率范围
金额(亿元)
功率(100MW)
<=7.5kw
7.5
7.3
11-18.5kw
16.4
17.7
22-75kw
13.6
16.5
90-735kw
13.1
16.9
>=750kw
5.0
4.2
合计
55.6
62.6
艾默生网络能源有限公司 1998 年开始进行变频器的研发和生产,Enydrive
品牌在性能、功能、可靠性上赢得用户的一致好评,面对国内外变频器厂商的
低价竞争策略,公司需要开发低成本的小功率变频器。
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
变频器是将恒压恒频交流电源转换成变压变频电源来控制电机变速运行的
电源变换装置。变频器电路由主回路和控制电路组成,主回路主要包括整流滤
波电路和逆变电路,控制电路实现对主回路的各种控制和处理人机接口信号。
目前市场上小功率变频器采用的都是基于单一芯片作为控制核心的交-直-交电
路拓扑结构。为降低小功率变频器成本,各技术方案都是在选择元器件和单元
电路上想尽办法,有的技术方案采用单片机代替控制电路中的DSP(Digital
Signal Processor)作为控制芯片
[3,4,5,6]
,或则采用MOSFET代替IGBT作为逆变开
关管
[4]
,或减少逆变IGBT的保护电路
[7,8]
,该技术方案是以降低变频器的控制
性能和可靠性为前提。还有的技术方案采用IR公司的集成驱动芯片代替IGBT
驱动电路中隔离驱动光耦
[9]
,这在产品设计上存在难于满足安全规范标准要求
问题。目前市场上小功率变频器控制电路是基于单DSP控制实现的,基于单
DSP控制的小功率变频器电路拓扑方案如图 1-1 所示。
图 1-1 单 DSP 控制变频器电路结构示意图
Fig. 1-1 Power Conversion Processing Architecture with single DSP controlling
图 1-1 所示的电路拓扑方案中,DSP 利用内部 PWM 发生器产生逆变
IGBT 的驱动信号控制 IGBT 导通和关断,同时检测变频器输出电流和直流母
线电压实现对异步电机的闭环实时控制。另外,DSP 还要处理用户 I/O 接口复
杂的可编程逻辑功能,这就需要内部资源强大、外部接口数量多、价格相对高
的 DSP。由于变频器安规设计需要,DSP 为核心的控制电路要和主回路进行电
气隔离。因此,一般基于单 DSP 控制的变频器技术方案中,IGBT 驱动电路包
括 6 个驱动隔离光耦,主回路电压检测保护电路包括 1 个线性隔离光耦,变频
器输出电流检测保护电路包括 3 个线性隔离光耦。大量价格昂贵的线性隔离光
耦造成变频器体积大,成本高,而且隔离光耦传输信号时延的存在影响 DSP
对电机控制的快速性和变频器控制性能的提高。为降低小功率变频器成本和提
高性能,增强市场竞争力,变频器生产厂家在下列几方面进行了改进设计。
(1)功率模块
在电力电子功率器件中由于智能功率模块IPM(Intelligent Power Module)内
LED
人机界面
数字信号
DSP
RS485
通讯
IGBT
驱动
开关电源变压器隔离
光耦隔离
电流检测
模拟信号
+
+24V,+5V,+15V
-
电压检测
+
+
人
机
接
口
用户
I/O
信号
开关光耦或
继电器隔离
线性光耦隔离
剩余51页未读,继续阅读
资源评论
老帽爬新坡
- 粉丝: 83
- 资源: 2万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功