变频器的工作原理(详解版)

-
-
- Unn +
+
IIdd
UUdd
-
+
M
-
n
+
+
TG
Uttgg
-
-
1-24
VBT R1
VS + Ui
C1
-
· U*n R0
RP1 R0
-+ +
+ Uc Rbal
1-48
TA
+
Id UPE Ud
+
M
-
-
n
+ +
TG
Un
RP2
-
1-48
TA VBT
VS PI UPE
PI
– PI
–
PI
–
PI
PI
• 又简化了电路，为整个系统设计提供了很 大方便。
• 2 ）输入采用高速光耦隔离电路，既满足 了隔离和快速的要求，又在很大程度上使 电路结构简化。
3 ）通过精心设计，将过流时降低 Uge 与慢 关断技术综合考虑 , 按前面所述，短路时 EXB841 各引脚波形如图 2 － 68 所示。可 见一旦电路检测到短路后，要延迟 约 1 ． 5 us （ VZI 导通时， R4 会有 压降） Uge 才开始降低，再过约 8us 后 Uge 才降低到 0V （相对 EXB841 的脚 1 ）。在这 10us 左右的时间内，如 果短路现象消失， Uge 会逐步恢复到正常 值，但恢复时间决定于时间常数 t3 ，时间 是较长的。
DSP
1. DSP 12 A/D
2.
•
度窄漏
•
• 情 点累芯
•
度必旋
•
智措
感担
美类窄 环馈路sh 类臂累
必
必
度
点源管
度必 源照
度必
密担窄联累联 旋嵌高联
～
• 度必 累著窄
臂窄联情必嵌环必旋度必
点源累臂芯美状
臂窄联情必嵌环必旋度必
～～～～～累著窄度 ～～～～～累著窄必
PWM0,PWM1; PWM2,PWM3; PWM4,PWM5;
• 则 E 点恢复到正常状态需 135us ，至此 EXB841 完全恢复到正常状态，可以进行正常的 驱动。
• 与前述的 IGBT 驱动条件和保护策略相对照， 以上所述说明 EXB841 确实充分考虑到 IGBT 的特点，电路简单实用，有如下特点：
• 1 ）模块仅需单电源十 20V 供电，它通过 内部 5 V 稳压管为 IGBT 提供了十 15V 和一 5V 的电平，既满足了 IGBT 的驱动 条件，
ω
6-53
iC
A
B
D
C
O
uCE
1-39
点
u
CE
i
C
di
dt～
u
CE
i
C
O di
t
dt～
b)
1-38 di / dt
RCD
a)
b)
RC
Rp
I VT1 VT2
IR
O
UT1
R
VT1
RP
C
R
UT2 U
VT2
RP
C
a)
b)
1-41
a)
b)
5.2.2
u NN'
=
1 3
( u UN'
+ u VN'
+ u WN'
• 3 ）保护动作
• 设 IGBT 已正常导通，则 V1 和 V2 截止，V4 导 通，V 5 截止，B 点和C 点电位稳定在 8V 左 右，VZ1 不被击穿，V3 不导通， E 点电位保持 为 20V ，二极管 VD6 截止。若此时发生短路， IGBT 承受大电流而退饱和， Uce 上升很多，二 极管 VD7 截止，则 EXB841 的脚 6 “悬空”，B 点和C 点电位开始由8V 上升；当上升至 13V 时，VZ1 被击穿，V 3 导通， C4 通过 R7 和 V 3 放电，E 点电位逐步下降，二极管VD 6 导通时, D 点电位也逐步下降，从而使 EXB841 的脚 3 电 位也逐步下降，缓慢关断IGBT 。
•
r1=R3c2=2 · 42us （ 2 － 17 ）
• 又使 B 点电位上升，它由零升到 13V 的时间可用下式 求得 :
•
13 ＝ 20 （ 1 － e ^ (-t/r1) （ 2 － 18 ）
•
t=2 · 54uS
（ 2 － 19 ）
然而由于 IGBT 约 lus 后已导通， Uce 下降 至 3V ，从而将 EXB841 脚 6 电位箝制 在 8V 左右，因此 B 点和 C 点电位不会充 到 13V ，而是充到 8V 左右，这个过程时 间为 1 ． 24us ；又稳压管 VZ1 的稳压值 为 13V ， IGBT 正常开通时不会被击 穿， V3 不通， E 点电位仍为 20V 左 右，二极管 VD6 截止，不影响 V4 和 V5 的正常工作。
n = 60 f
2p
u = iR + e
R
e
u = iR + 4.44 fNφ f:
N
φ
Tm = KmφIa Km: φ Ia
P = T M nM 9550
点
1.4
·
GTR
MOSFET IGBT
漏
1.4.3
MOSFET
b
a
1-19
MOSFET
MOS VMOSFET
a)
漏
VDMOSFET
1 ) IGBT
M57962
8
• 6 34
•a
b
6 43
6 44
6 45
A B C
iA iB iC
ϕ
iα 3/2 iβ
it VR im
6-52 3/2—— /
ϕ ——M
; VR——
αA
ω
;
ϕ
~
ϕ
i*m
i*α
i*A
iA
iα
im
+
i*t
VR-1 i*β
2/3
i*B i*C
iB iC
ω1
3/2 i VR β it
：析
b) ( a) 3
)
a) b) 源
EXB841
• 1 ）正常开通过程
• 当控制电路使 EXB841 输入端脚 14 和脚 15 有 10mA 的电流流过时，光耦合器 IS0l 就会导通， A 点电位迅 速下降至 0V ，使 V1 和 V 2 截止； V 2 截止使 D 点电位上升至 20V ， V4 导通， V5 截止， EXB841 通 过 V4 及栅极电阻 Rg 向 IGBT 提供电流使之迅速导 通 , Uc 下降至 3V 。与此同时， V1 截止使十 20V 电源 通 R3 向电容 C2 充电，时间常数 r1 为
)
−源自文库
1 3
( u UN
+ u VN
+ u WN )
•
u NN'
=
1 3
( u UN'
uUN+uVN+uWN=0
+ u VN' + u WN' )
uUN
iU
(5-6) (5-7)
135 60°
id
id
“
”
7.1.1
ui u
0 P
0
a
i t t
7-1
ui i
0 P
0
b
点
u t t
45
PI
+
+
U*n ∆Un A Uc UPE
臂窄联情必嵌环必旋情情担
• 臂窄联情必嵌环必旋情情担
•
臂的
臂窄联情必嵌点必旋x 照联累 臂窄联情必嵌环必旋情情担
情必
照联累
• 点必旋x
•
度担嵌窄略z
• 点累芯
点累芯
度密旋获展度密智获 的展类
度措型度措 情必型情必
情密情获 度措型度措
•
必担措磁型度措
情感磁型度措 •
环种源联略
度磁型度措 类臂累
旋磁型度措 漏oot～美o驱
-Ud
～措-措～～
～累著窄～
1
2
3
漏
2.4.1
• Ud
i2
a)
2-29
a
点
i2,u2,ud u2
ud
i2
0
δθ
π
ωt
b)
b
2.4.2
1)
a)
2-30 点
ud
ud uab ud uac ia
δ 0θ π 3
π
ωt
id
O
ωt
b)
2.4.2
ia
O
ωt
b) ia
O
ωt
c)
2-32
a
b
c
点
5.4.2
PI
u(k) = u(k − 1) + ∆u(k)
u m u(k) >u m um
TMS320F28335
F28335: 256K x 16 Flash, 34K x 16SARAM; 128-Bit Security Key/Lock; Up to 18 PWM Outputs; SCI, SPI,CAN, I2C,; 12-Bit ADC, 16 Channels,80-ns Conversion Rate
过 R8 对 C4 充电，RC 充电时间常数为
• T3 ＝ C4R8 ＝ 48 · 4uS
（ 2 · 25 ）
• 则 E 点由 3 ． 6V 充至 19V 的时间可用下式 求得：
• 19=20（l 一 e^( － t/r3)＋3.6e^( t/r3)( 2－26 ）
•
t ＝ 135 uS （ 2 -- 2 7 ）
• E 点由2 0V 下降到3 ． 6V 的时间可用下式求得
•
3 ． 6= 20e^ (--t/r2) （ 2 － 23 ）
•
t ＝ 8 · 3uS
（ 2 － 24 ）
• 此时慢关断过程结束， IGBT 栅极上所受偏压为 0oV （设V3 管压降为0 ． 3V , V6 和V5 的压降
为 O ．7V ）。
PI
PI
∫ ∫ u(t)
=
K pi e(t
)
+
1
τ
e(t)dt = KPe(t) + KI
e(t)dt
KP= Kpi
KI =1/τ
PI
Wpi (s)
=
U (s) E(s)
=
K piτs τs
+1
PI
∆u(k) = u(k) − u(k −1) = KP [e(k) − e(k −1)]+ K TI same(k)
O
d)
t
9
PWM
u
SPWM u
O
>
ωt
O
u
O
>
ωt
点
>
ωt
10
6.2.1～～
•
～PWM
V1 ～V2 V3 ～V4
～ur ～uc
～IGBT
ur
V1
ur > uc
uo = Ud
ur < uc
uo = 0
ur
V2
V4
V3
V4
V3
～uo
漏
u
uc ur
O
ωt
uo
uo
Ud
uof
O
ωt
-Ud
措-担～～
～累著窄
2 ）正常关断过程控制电路使 EXB841 输 入端脚14 和脚15 无电流流过，光耦合器 IS01 不通， A 点电位上升使 V1 和 V2 导 通； V 2 导通使 V 4 截止， V 5 导 通， IGBT 栅极电荷通过 V 5 迅速放 电，使 EXB841 的脚 3 电位迅速下降至 0V （相对于的 EXB841 脚 1 低 5V ）， 使 IGBT 可靠关断， Uce 迅速上升， 使 EXB841 的脚 6 “悬空”。与此同 时 V1 导通， C2 通过 V1 更快放电， 将 B 点和 C 点电位箝在 0V ，使 VZI 仍不通，后继电路不会动作 , IGBT 正常关 断。
G
C
E
IGBT VDMOSFET
P+
1-22 IGBT
a)
c) 漏
b) d)
IPM
源
——
io ～uo
a) uo
io ～uo
～
io
t1 t2
t
S1 ~ S4 4～
～～～ b)
担-度～～
8
漏
6.1 PWM
——
f (t)
O
a) 漏
f (t)
tO
b) 措-度～～
f (t)
tO
c)
f (t)
δ (t)
t
•
PWM
～ ～ur ～uc
～
IGBT
～ ～ur
u
～累著窄～
±芯
量～
O
～ uc
ur
～ur
uo
～ Ud
O -Ud
漏
ur uc ωt
uof uo ωt
措-措～～
～累著窄
u uc u6r .2.1～～
u
ur uc
O
uo
uo
Ud
O
-Ud
～措-担～～
uof
～累著窄～
ωt O
ωt
uo
u of
uo
Ud
ωt O
ωt
• 这种状态一直持续到控制信号使光电耦合 器 IS0l 截止，此时 V1 和 V 2 导通， V 2 导 通使 D 点下降到 0V ，从而 V 4 完全截 止， V 5 完全导通， IGBT 栅极所受偏压由慢关
断时的 0V 迅速下降到一 5V ， IGBT 完全关断。 V1 导通使 C2 迅速放电、V 3 截止， 20V 电源通
• B 点和 C 点电位由 8V 上升到 13V 的时间可用下式 求得:
• 13 ＝ 20 （ 1--e^ (--t/r1)--8e^ (--t/r1) （ 2 － 20 ）
•
t ＝＝ l · 3uS
(2 － 21 ）
• C3 与 R7 组成的放电时间常数为
•
T2 ＝＝ C3R7 ＝ 4 · 84uS （ 2 － 22 ）