煤矿提升机毕业论文1.doc

《煤矿提升机毕业论文1.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿提升机毕业论文1.doc（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、毕业设计专 题 题 目 矿山提升机 摘 要本文介绍了矿山提升机变频调速系统，对设计中的一些技术问题进行了讨论，实现了转速连续可调，并且输出转矩大，再生能量能够回馈电网。本设计采用intel公司的低功耗16位单片机N87C196MC作为主控芯片，其内部集成了三相波形发生器，非常适合三相异步电机的变频调速。功率器件采用EUPEC公司（欧派克）的第三代IGBT (FF400R12KE3),导通压降低1.7V,使功率器件的自身功耗大幅度降低。控制信号采用光纤传输，实现了高压部分和低压部分的隔离，提高了抗干扰能了。关键词：矿山提升机 变频调速系统 能量回馈Abstract:The paper intro

2、duces mine hoist variable frequency speed regulation system, some technical problems in the design is discussed, the continuous adjustable speed and torque, renewable energy to be able to give back to the grid.This design USES the Intel company low-power 16-bit single chip N87C196MC as control chip,

3、 its internal integration of the three-phase waveform generator, very suitable for three-phase asynchronous motor inverter. Power devices using EUPEC company (the third generation of European parker) FF400R12KE3), IGBT (conduction pressure, reducing power components and 1.7 V of their consumption gr

4、eatly reduced. By using optical fiber transmission control signals, and low voltage isolation, improve the partial interference.Keywords: mine hoist speed-adjusted system energy feedback目录1 矿山提升机 71.1 引言71.2 矿山提升机对变频器的要求72 提升机变频器主电路 82.1 功率器件82.2 变频调速的原理92.3 主回路原理图122.4 逆变单元并联143 提升机变频器的制动 163.1 直流制

5、动163.2 能耗制动163.3 能量回馈164 外围硬件电路 194.1 IGBT驱动电路194.2 光纤接受电路 224.3 过欠压及死机保护电路 234.4 短路、过流及温度保护 244.5 交流接触器延时 自充电延时板 265 微机电路 295.1交直变换部分295.2 能耗电路部分 305.3 直交变换部分 305.4 缓冲电路 306 参考文献 327 致 谢 33第一章 矿山提升机1.1 引言交-直-交变频调速系统已在泵类、风机类负载上得到广泛应用，并且还在大面积的推广。但大多数矿山提升机还在沿用着传统的绕线式异步电动机，用转子串电阻的方法调速，低速转矩小，转差功率大，能量处理不

6、利，运行中调速不连续，故障率高。矿山生产是24小时连续作业，即使段时间停机维修也会给生产带来很大损失。矿山对提升机的技术改造要求迫切，迫在眉睫。那么，为什么变频调速未能及时抢占这块市场呢？这是因为矿山提升机对变频器的要求确实难了些，不可能把风机、水泵用的变频器直接用到提升机上。1.2 矿山提升机对变频器的要求主井绞车的主要任务是向上提煤，提升方式采用一吨标准式矿车串车提升，一次提升量为6吨，根据绞车的工作状况，对配用的变频器用如下要求：1、 矿山电压波动大，要求变频器在380 +20%能正常工作。2、运行平稳，尽量减少运行中的机械冲击。3、能够四象线运行。4、要求变频器在整个工作过程中提供所需

7、的力矩特性:（1）启动力矩要大，特别是当矿车停在井筒中间时，要求启动力矩比额定力矩大的多，若力矩不足，可能出现启动时矿车下滑的现象。启动力矩大于2倍额定力矩，低速力矩要求在6HZ时大于1.6额定力矩。（2）运行中若出现偶然事件，要求快速停车时，应能给出大的制动力矩。（3）当下放绞车或减速时，电动机有可能处于发电状态，这时变频器应能把再生能量回馈导电网。（4）提升机一个提升周期约为 4分钟，一天提升 250次左右，频繁启动、频繁加减速，要求变频器具有很高的灵活性和可靠性。（5）过载能力:1、160% 额定电流，允许1分钟2、220%额定电流，允许1.5秒三种制动方式：（1）直流制动（2）回馈制动

8、，带有能量回馈单元，将制动时产生的再生能量回馈给电网。（3）能耗制动，用好能电阻丝消耗再生能量安全保护功能要求变频器具有过压、欠压、过载 、短路、温升等多种保护功能。第二章 提升机变频器主电路2.1 功率器件电力电子器件是变频器发展的基础，计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱。电力电子器件由最初的半控器件SCR，发展为全控器件GTO晶闸管、GTR、MOSFET、IGBT,到今年研制出的IPM，单个器件的电压值和电流值的定额越来越大，工作速度越来越高，驱动功率和管耗越来越小。变频技术的核心控制由单片机完成，这些新技术和自动控制理论使变频器的容量越来越大，功能越来越强。本设计采用EUPEC公

9、司的第三代IGBT。下面简单谈一下IGBT IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor）全名绝缘栅极晶体管，它具有MOS和BJT双重功效。它是八十年代中期发展起来的一种新型复合器件。由于它将MOSFET 和GTR 的优点集于一身， 从输入上看，IGBT具有MOSFET的输入特性：输入阻抗高，属电压控制元件，因而驱动简单，速度快、热稳定性好的优点，从输出侧看，它具有BJT的输出特性：通态电压低耐压高的优点，因此发展很快，倍受欢迎，在电机驱动、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有取代MOSFET和GTR 的趋势。现在IGBT耐压有1200V,1700

10、V,3300V级，电流可达几百安，上千安，开关频率十几K,这些技术指标均可满足变频器的要求。FF400R12KE3内部封装了两个串联的IGBT，额定电压为1200V,额定电流为400A，导通压降为1.7V。内部电路如下图： 内部等效电路图 外部俯视图栅极驱动电压IGBT开通时，正向栅极电压的值应该足够令IGBT产生完全饱和 ，并使 通态损耗减至最小，同时也应限制短路电流和它所带来的功率应力。在任何情况下，开通时的栅极驱动电压 ，应该在12 20 V之间 。当栅极电压为零时 IGBT处于断 态 。 但 是 ， 为了保证IGBT在集电极发射极电压上出现 dv/dt噪声时仍保持关断 ，必须在栅极上施

11、加 一个反向关断偏压 ，采用反向偏压还减少了关断损耗 。反向偏压应该在 5 15 V之间 。2.2变频调速的原理（1）VVVF 变压变频变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。提升机变频器采用VVVF(Variable Voltage Variable Frequency )调速异步电动机的转速n=60f(1-s)/p s=(n1-n)/n1 P:电动机极对数 n1:同步转速 调节转速n，由三种方法：1. 变p,只可跳变，不能连续调速，有局限性2. 变s,调速范围越宽，系统效率越低 3. 变f,可连续大范围调速，转差率小，效率高n与f 成正比，通过改变f即可改变电动机的转速

12、，当f在0-50hz范围变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。 但仅改变频率，电机将被烧坏，尤其当频率降低时，问题更突出。 三相异步电动机每相绕组的反电动势公式：E=4.44f*N*K*=c*E/f 与 V/F成比例 其中： E：为每相定子绕组的反电动势 N：为每相定子绕组的匝数 K：为系数为了保持磁通不变，故必须保持V/F恒比。 如果磁通太弱就等于没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，过大的励磁电流会使绕组过热而损坏电动机。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变f的同时，也改变U.(2) 在频率低于供电的额定电

13、源频率时属于恒转矩调速。 变频器设计时为维持电机输出转矩不变，必须维持每极气隙磁通不变，从公式可知，也就是要使E/f=常数。这是在忽略定子漏阻抗压降的前提下，可以认为供给电机的电压U与频率f按相同比例变化，即U/f=常数。 但是在频率较低时，定子漏阻抗压降已不能忽略，从而导致主磁通和输出转矩下降，因此要人为地提高定子电压U，以作漏抗压降的补偿，维持E/f常数,保证主磁通基本不变。因此这种方法被称为电压补偿（转矩提升）。此时变频器输出U/f关系如下图中的曲线2，而不再是曲线1。（3）控制方式SPWM 微机控制的SPWM算法有多种，常用的有自然取样法和规则取样法。自然取样法图（a）采用计算的方法寻

14、找三角载波U与参考正弦波UR的交点作为开关值以确定SPWM的脉冲宽度，这种方法误差小、精度高，但是计算量大，难以做到实时控制，用查表法将占用大量内存，调速范围有限，一般不采用。规则取样法图（b）采用近似求U和UR交点的方法，通过两个三角波峰之间中线与UR的交点作水平线与两个三角波分别交于A和B点，由交点确定SPWM的脉宽，这种方法计算量相对自然取样法小的多，但存在一定误差。本设计采用第二种方法。1.2 等效面积法 把一个正弦半波分为N等分，每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相同的等高矩形脉冲代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合，这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所构

15、成的波形就与正弦半波等效，显然这一系列脉冲波形的宽的和开关时刻可以严格地用数学方法计算得到。 如图2所示，在区间t , t+t，正弦波面积为S1,则有： 式中M为调制深度，Us为直流电源电压。 对应图中脉冲面积 S2=*Us/2将正弦信号的正半周N等分，则每份为/N弧度，由图知脉冲高度为,设脉冲宽度为2/SUK，则第K份正弦波面积与对应的第K个SPWM脉冲面积相等，解得：如下图所示，IGBT的开关时间按如下计算： IGBT开启时刻：Ton=(t-k)/2=1/(2Fn)-k/2IGBT关断时刻：Toff=(t+k)/2=1/(2Fn)+k/22.3 主回路原理图根据直流滤波环节的不同，交-直-

16、交调速可以分为电压型和电流型。直流环节 主回路原理图 （1）交-直-交变频器的主回路先把工频交流电通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电送入到逆变电路 ，由于刚上电时，电解电容两端的电压为零，所以直流回路和回馈输出部分都串有限流电阻，防止充电电流过大损坏电解电容和整流二极管，延时一段时间后并联在限流电阻两端的交流接触器会降其短接。变频器主电路一般由整流、中间直流环节，逆变几部分组成，而提升机变频器多了回馈部分。整流部分为三相桥式不可控整流电路，逆变部分为IGBT三相逆变器，输出为PWM波形，中间直流环节采用电解电容滤波，直流储能和缓冲无功功率.当电动机的转子转速大于旋转磁场的转速时，电动机处

17、于发电状态，这时逆变电路的与IGBT反并联的续流二极管在完成续流的同时，又起到了三相全波整流的作用，使得再生能量能够倒灌，为电解电容充电，使母线电压升高，但升高到一定程度时，回馈电路工作，把再生能量回馈导电网。制动电阻：再生制时，虽然回馈电路工作把再生能量回馈导电网，但并不能保证完全回馈，如果母线电压继续上升，这时对IGBT和电解电容都非常危险。因此，须将再生到直流电路的能量消耗掉电阻上，使母线电压不至于过高，这样提高了提升机变频器的安全。主回路IBGT吸收电路，其中图3A是由一个无感电容组成，适用于小功率设计，用作对瞬变电压有效吸收而低成本的控制。随着功率级别的增大，这种缓冲电路可能会同母线

18、寄生电感作减幅振荡，此时采用如图3B所示的电路结构，使用快恢复二极管箝住瞬变电压，从而抑制谐振的发生。 （2） 直流电抗器二极管镇流器虽然是全波整流，但由于其输出端有滤波电容的存在，只有当交流电压大于电容两端的电压时，才有电流流通，交流电压低于电容两端的电压时，电流终止，因此输入程脉冲波形，加输入电抗器功率因数提升65%-75%，而直流电抗器可提升90%。电抗器的阻抗 Z=JwL=J2*L/T电抗器的阻抗压降 U=2*f*L*I 因为是电压型的变频器，所以要求电抗器的阻抗压降 U=2*f*L*I3%*母线电压。2.4 逆变单元并联由于提升机变频器输出功率大，工作电压为380V，这就要求提升机变

19、频器有很大的输出电流的能力。因此本设计采用逆变单元并联的方式。四个相同的逆变单元并联输出，输出通过均流电抗器进行均流。四单元并联接线如下图： 四单元并联接线图 均流电抗器的连接图由于均流电抗器的作用，强制四个逆变单元的电流限等。这种方法与功率器件的直接并联得到大容量输出相比，有以下优点：1、功率器件直接并联运行，要求并联的器件参数一致性好，同时对于装配工艺要求特别高，而采用单元并联，由于均流电抗器的作用,可以不要求器件选配。只要均流电抗器选的合适，可以很容易将均流误差限制在5%之内，这是功率器件直接并联难以达到的结果。2、器件直接并联的总容量与个器件容量的总和并不相等，即功率器件直接并联时必须

20、降额使用，并联数目越多，降额约大，但并联数量达到一定程度是之后，增加并联器件的数量，对增加容量的作用甚小。即使说，器件直接并联器最大容量值是有限制的。第三章 提升机变频器的制动3.1 直流制动 直流制动是以pwm方式向电机的某一绕组施加一定占控比得直流脉冲，使电机气隙磁场维持某一恒定方向不变，对运动中的转子产生制动力矩而起到刹车作用 主令控制器给出“正转”或“反转”命令后，如果没有给出“松闸”信号，变频器会在电机上施加直流制动转矩，确保松开制动闸过程中重车不下滑。在给出“松闸”信号后，变频器开始运行。制动油泵开启后，若不小心松开制动闸触动“松闸”行程开关，变频器接收到“松闸”信号，同时在电机上

21、施加直流制动转矩，确保重车不下滑。当重车在井筒中间停车时，变频器由高速至停机后，随之施加直流制动转矩使电机停止转动，当机械制动起作用后，方去掉直流制动，使重车靠机械抱闸的作用停止，同时，由于直流制动提供的制动力矩能够平稳的对负载制动，缓冲了机械制动对闸皮的磨损。如下图，制动时可以向V1和V6的栅极输入一占空比可调的PWM信号，根据制动力矩的要求来调节占空比。3.2 能耗制动电阻R2位耗能电阻，当回馈单元不能完全把再生能量回馈到电网时，母线电压过高会威胁功率器件IGBT和电解电容的安全，这时微机板会根据母线电压的上升的情况输出占空比可调的刹车信号，把多余的来不及回馈的能量消耗在电阻上。电阻R2、

22、C及二极管3.3 能量回馈（1）能量回馈控制方式实现要实现能量回馈，须保持与电网实现同频同相，若保持同频同相，则电抗上电压VL差90，如下图：V1:电源基准电压 V2:回馈电压只要保持90的相位差，V2及 V1 V2的相位角和功率的关系，就能实现很好的回馈，调整这些参数的依据由母线电压的高低来决定。（2）回馈电路的实现电网电压的相位检测，三相输入正弦波互差120共有六个交点，交点的相位30 90150 210 270330是确定的，从第一个交点开始计数，则任一时刻的相位差就能计算出。电网电压相位关系如下图 由于电源电压不一定是正弦波，它含有尖峰、毛刺、及谐波，造成交点不确定，则同步相位也不确定

23、，于是，电路增加了带通滤波器，电路如下：(3). 母线幅值检测此电路分两部分 差分放大器 电压钳位 调整R7可以调整母线电压，使显示值与实际值相一致。(4).输入电源幅值检测此电路分三部分 运算放大器 取绝对值 电压钳位 调整R98可以调整输入电源电压与显示值相一致（5）同步电源的产生T7、T8、T9三个同步变压器输入与输出相差30，输入为角接，输出为星接，星点为控制电路的地线，这样可以直接对电网进行跟踪。第四章 外围硬件电路4.1 IGBT 驱动电路（1） 概述本驱动单元主要是作为功率模块IGBT栅极的功率信号驱动。此电路以M57959L驱动模块为核心，加上外围电路组成能满足IGBT工作的驱

24、动单元。它主要是将87C196MC芯片给出的SPWM信号，其信号为0V或5V的数字信号，经过功率放大后作为IGBT模块的栅极控制信号，其输出为+15V或-10V。同时具有检测IGBT管的工作状态的功能。(2) 工作原理低压中大功率变频器的驱动板采用磁环供电，经桥式整流管整流、电容滤波后的电压接入驱动模块M57959L的电源端。M57959L内部电路组成及其特点： 1）高速输入输出隔离，绝缘强度高 2500VACmin；（2）输入输出电平与TTL电平兼容，适于单片机控制；（3）内部有定时逻辑短路保护电路，同时具有延时保护特性；（4）具有可靠通断措施（采用双电源）；（5）驱动功率大，可以驱动200

25、A600V或100A1200V的IGBT模块。M57959L是单列直插式封装，从左至右依次编号，其中912为空端。1端和2端为故障检测输入端；4端：接正电源+15VDC；5端：驱动信号输出端；6端：接负电源-10VDC左右；8端：故障信号输出；13端和14端：驱动信号输入端，主要接收87C196MC芯片送出的SPWM信号。M57959L的内部原理框图如下图：M57959L外围应用电路如图二所示。图所示实际应用电路具有IGBT过流过压保护功能。当检测到输入1端的电压为某一电平时，模块判定为电路短路，立即通过光藕输出关断信号，从而使其5端输出低电平将IGBT的GE两端置于负向偏置，可靠关断。同时，

26、输出误差信号使故障输出端8端为低电平，从而驱动外接的保护电路工作。由于IGBT要求的驱动功率大，单靠M57959L的输出功率不能满足要求，通常的做法是采用PNP和NPN对管推挽输出，即在M57959L的输出端接入一个互补跟随器。电阻R4、R3是输出限流电阻，防止电流过大损坏IGBT栅极。稳压管1N4745和1N4741分别采用对接的形式，主要是对输出信号进行钳位，使IGBT的驱动信号不超过规定的幅度，从而保证驱动信号的可靠性。当短路时，Vce（sat）急剧上升，设定一个Vref，一旦Vce（sat）大于Vref时，保护电路动作，注意的时检测工作必须用快恢复二极管。其实有多种技术可用来避免IGB

27、T受到短路的破坏，其中最基本的技术便是在10us内关断IGBT。 开通时的栅极驱动电压不能超过12V20V的范围，开通时最佳栅极正向偏置电压为15V10，15V驱动电压足够使IGBT完全饱和导通，并使通态损耗减至最小，同时也限制了短路电流和它所带来的功率应力。当栅极电压为0时，IGBT处于截止状态。但是，为了保证IGBT在集电极发射极电压上出现dv/dt噪声时仍能保持关断，必须在栅极上施加一个关断偏压，这样还可减少关断损耗。反偏压应在(-5)V(-15)V，一般取10V。选择适当的栅极串联电阻对IGBT栅极驱动相当重要。因为IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的，栅极电阻值对其动态

28、特性产生极大地影响。数值较小的电阻使栅极电容的充放电较快，从而减小开关时间和开关损耗，而且较小的栅极电阻还可避免dv/dt带来的误开通，但与此同时，它只能承受较小的栅极噪声，并导致栅极发射极电容同栅极驱动导线的寄生电感产生振荡问题，而且较小的栅极电阻会使得IGBT开通的di/dt变大，导致较高的dv/dt，增加IGBT反并联二极管恢复时的浪涌电压。栅极驱动布线对防止潜在的振荡、减慢栅极电压的上升、减少噪声损耗、降低栅极电源电压或减少栅极保护电路的动作次数有很大的影响。因此布线时应考虑以下几点：4.2 光纤接受电路（1）驱动板不能与IGBT控制端子直接相连时，应采用双股绞线（2转/cm），且距离

29、尽量小。（2）驱动器与屏蔽板放置要合理，以防止功率电路和控制电路之间的电感耦合；（4）为了提高栅极抗干扰能力，一般在栅源之间并联电阻或双向箝位稳压管（约为18V），栅极箝位保护电路必须按低电感布线，并尽量放置于IGBT模块的栅极发射极控制端子及附近。4.3 过欠压及死机保护电路母线过压保护、死机保护、中线不平衡保护 母线过压保护、失机保护、中线不平衡保护电路图如下： 死机保护电路图 过欠压及中向不平衡保护电路图 死机保护： 只要变频器投入运行,电路就开始检测主控板上的PWM输出，检测的结果送PLC进行处理，在正常操作运行中，PWM信号一旦停止输出，PLC立即动作，输出一信号去起动安全回路，系统

30、断电进行机械制动，将卷筒抱住，避免溜车。母线过压保护 ： 它是检测母线电压的，若回馈或刹车任一电路出故障，造成制动力拒不够，母线电压会急剧上升，造成设备损害，甚至会造成事故。中线不平衡保护 ： 它是针对三点平电路而言，若由于某种原因造成中点电位偏移，若偏移量超过极限，会造成功率器件的损坏，于是增加了这部分电路。它是一个窗口比较器，它以负母线为基准，当检测到的电位高于某一个或低于某一个极限时，电路都会输出一个PLC能识别的信号，变频器急停，从而保护了变频器。 4.4 短路、过流及温度保护 （1）短路保护电路原理 短路保护是立即保护，要求的信号是瞬态值。短路保护的取样信号来自正、负电源母线上的电流

31、传感器，当变频器正、负母线上电流瞬间超过额定电流的180%时，这时，电流传感的输出电压值已达到74HC00的输入门电压，会立即翻转输出一脉冲信号至单片机87C196的中断脚84脚，经单片机对信号的处理、识别后，然后发出控制指令。短路保护电路图如下图： 短路保护电路图 （1） 过电流保护电路原理过电流保护信号的取样是由电流传感器从变频调速器三相输出中的两相中取得的，每一路取样都采用单独的放大器进行放大。由于过电流取样是对电流150%有效值的取样，它不是一个瞬态值，单片机87C196对此过流信号的识别时间为1min，在1min内，过流取样值不变时，就视为变频调速器输出过流并发出指令信号。过电流保护

32、电路如下图：过电流保护电路图过载部分采用6N541光耦进行隔离。信号经过电阻取样后，送入74HC14与非门，当输入信号发生变化时，超过与非门的输入电平时，74HC14输出信号到光耦6N541输入端，在输出端可得到一与输入信号变化相同的信号。信号经光纤传送至主控板上，依次再将信号传送至主CPU,从而起到保护模块的作用。(3) 过热保护电路原理过热保护取样是采用热继电器完成的，在正常工作状态下，热继电器的触点是闭合的，当变频调速器的温度达到继电器的动作温度（772）时，继电器触点断开，单片机87C196的27脚的电位由高电平变为低电平，单片机拾取这一信号后进行处理、识别，然后发出停机指令信号。还有

33、一种情况就是在大功率的提升机变频器中，因温度传感器走线太长，靠近主电路或电磁感应较强的地方，造成干扰，此时应采取抗干扰措施。如采用继电器隔离4.5交流接触器延时 自充电延时板 由于刚上电时，电解电容两端的电压为零，所以直流回路和回馈输出部分都串有限流电阻，防止充电电流过大损坏电解电容和整流二极管，延时一段时间后并联在限流电阻两端的交流接触器会降其短接。延时电路如下图，电源通过全波整流后，然后经过12V三端稳压器N1输出稳定的直流电压，12V电压通过电阻R1给接在三极管基极的电容C3充电，当电容上的电位足以使三级管导通时，三极管导通，继电器线圈带电，继电器常开点闭合，控制信号由此送出。 (1)

34、功率激励电路原理功率激励单元主要是为变频调速器驱动单元电源变压器，提供一个高频的供电电源。它能产生并输出一个高频的矩形脉冲功率信号。功率激励单元由函数发生器、电流放大器、阻抗匹配变压器、前置驱动级、功率放大级和输出变压器组成。220V市电经过整流、斩波、稳压输出一对稳定的+35V和-35V直流电压（开关电源完成），再由一个高频振荡器得到幅度稳定的高频信号，由一系列高频变压器及相应的整流、滤波送到各单元的控制及驱动电路。 控制系统电源独立的好处是：1）电源通过高频变压器给各单元供电，容易实现高压隔离。2）主电路有故障时，控制系统供电依然正常，能保证IGBT开关次序不乱。3）主电路不加电、不加载的

35、情况下，可以对整机进行调试，此时各点波形与主电路加电、加载时完全一样，只是输出电压幅度小。这对设备调试、检修和操作人员的培训十分方便。（2）电路结构及原理 方案一 功率激励单元电路工作原理为：1）由自激式函数发生器产生三角波和矩形波输出。振荡频率是正比于密勒积分器的时间常数R4.C1。改变电阻R4和R5的阻值可以改变振荡频率。N1输出三角波，N2输出矩形波 2）N3和V1、V2组成一个前置放大器，主要是增大其驱动功率。从N1输出的三角波信号经N3进行电压放大的同时，由于V1、V2接成了一个互补的射极跟随器，N3的输出电压反馈是从 V1、V2接成的互补射极跟随器输出端反馈的，因而也进行了电流放大

36、。3）为了使前置级与功放级的输入阻抗相匹配，在前置级和功放输入级之间加入一个隔离变压器，实现阻抗匹配的要求。 4）功放级采用二级互补跟随器作为驱动级和二级并联的互补跟随器作为功率输出级。功放级的电压输出幅度取决于隔离变压器的次级电压值，本级主要对电流进行放大。为了与负载相匹配和防止负载上的信号对功放级的影响，采用了变压器做隔离输出。 方案二功率激励单元电路工作原理为：1） 由AT89C2051产生并输出25KHZ方波振荡信号，分别送入两个电压比较器进行信号放大，经晶体管组成的相应互补跟随器进行电流放大后作为功放级的推动级。2） 为了使前置级与功放级的输入阻抗相匹配，在前置级和功放输入级之间每一

37、路增加了一个隔离变压器，实现阻抗匹配的要求。3) 功放级采用IGBT功率模块组成互补跟随器作为功率输出级。功放级的电压输出幅度取决于IGBT功率模块供电电源电压值，本级主要对电流进行放大。为了提高其带负载能力，输出信号采用了电容隔直和LC滤波。第五章 微机电路主电路如图1所示： 5.1交直变换部分1、VD1VD6组成三相整流桥，将交流变换为直流。如三相线电压为UL，则整流后的直流电压UD为：UD1.35UL2、滤波电容器CF作用：（1）滤除全波整流后的电压纹波；（2）当负载变化时，使直流电压保持平衡。因为受电容量和耐压的*，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成。如图中

38、的CF1和CF2。由于两组电容特性不可能完全相同，在每组电容组上并联一个阻值相等的分压电阻RC1和RC2。3、限流电阻RL和开关SLRL作用：变频器刚合上闸瞬间冲击电流比较大，其作用就是在合上闸后的一段时间内，电流流经RL，*冲击电流，将电容CF的充电电流*在一定范围内。SL作用：当CF充电到一定电压，SL闭合，将RL短路。一些变频器使用晶闸管代替（如虚线所示）。4、电源指示HL作用：除作为变频器通电指示外，还作为变频器断电后，变频器是否有电的指示（灯灭后才能进行拆线等操作）。5.2能耗电路部分1、制动电阻RB变频器在频率下降的过程中，将处于再生制动状态，回馈的电能将存贮在电容CF中，使直流电

39、压不断上升，甚至达到十分危险的程度。RB的作用就是将这部分回馈能量消耗掉。一些变频器此电阻是外接的，都有外接端子（如DB，DB）。2、制动单元VB由GTR或IGBT及其驱动电路构成。其作用是为放电电流IB流经RB提供通路。5.3直交变换部分1、逆变管V1V6组成逆变桥，把VD1VD6整流的直流电逆变为交流电。这是变频器的核心部分。常用的逆变管见：变频器常用的逆变管。2、续流二极管VD7VD12作用：（1）电机是感性负载，其电流中有无功分量，为无功电流返回直流电源提供“通道”；（2）频率下降，电机处于再生制动状态时，再生电流通过VD7VD12整流后返回给直流电路；（3）V1V6逆变过程中，同一桥

40、臂的两个逆变管不停地处于导通和截止状态。在这个换相过程中，也需要VD7VD12提供通路。5.4缓冲电路缓冲电路如图2所示。逆变管在导通和判断的瞬间，其电压和电流的变化率是比较大的，可能全逆变管受到损害。因此，每个逆变管旁边还就接入缓冲电路，其作用就是减缓电压和电流的变化率。1、C01C06逆变管V1V6每次由导通到截止的判断瞬间，集电极C和发射极E间的电压将迅速地由0V上升为直流电压UD。过高的电压增长率将导致逆变管的损坏。C01C06的作用就是减小逆变管由导通到截止时过高的电压增长率，防止逆变损坏。2、R01R06逆变管V1V6由导通到截止的瞬间，C01C06所充的电压（等于UD）将V1V6

41、放电。此放电电流的初值很大，并且叠加在负载电流上，导致逆变管的损坏。R01R06的作用就是*逆变管在导通瞬间C01C06的放电电流。3、VD01VD06R01R06的接入，又会影响到C01C06在V1V6关断时减小电压增长率的效果。VD01VD06接入后，在V1V6关断过程中，使R01R06不起作用；而在V1V6接通过程中，又迫使C01C06的放电电流流经R01R06主要参考文献（1） 、东兆星 吴士良主编井巷工程中国矿业大学出版社2002（2） 、程居山主编矿山机械中国矿业大学出版社1988（3） 、陈炎光 徐永圻主编中国采煤方法中国矿业大学出版社1997（4） 、刘思沛等编煤矿供电煤炭工业

42、出版社2003（5） 、姚绍德主编汉英矿业大辞典今日中国出版社2004（6）、吴忠智, 吴加林. 变频器应用手册（第2版）M. 机械工业出版社, 2002（7）、韩安荣,通用变频器及其应用M. 机械工业出版社, 2000（8）、曾毅等. 变频调速控制系统的设计和维护M. 济南摘要:山东科技出版社，1999（9）、陈伯时. 电力拖动自动控制系统M. 机械工业出版社, 1997（10）、贺家李，宋从矩电力继电保护原理天津中国水利水电出版社2000（11）、吴天明, 谢小竹, MATLAB电力系统与分析（第1版）M. 国防工业出版社，2004（12）、黄元平主编矿井通风中国矿业大学出版社1999致谢

43、经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的老师。指导老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是指导老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩指导老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，他们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。 最好还要感谢培养我三年的山东科技大学对我的大力培养。