设计开发 壤 基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８ １ ２的新型数字变频器设计 韩素贤 （包头职业技术学院电气工程系内蒙古包头０１４０３０） 摘要：为了提高变频器的静、动态特性以及性价比，提出了一种基于ＴＭｓ３２０Ｆ２８１２的新型数字变频器设计方案，以空间矢量脉宽调制（ＳｖＰｗＭ）技 术作为理论基础，本论文主要是硬件的实现。通过实验验证了该新型变频器结构简单，经济实用，并具有较好的静、动态性能。对于研究和开发太阳能 热气流发电具有重要意义。 关键词：ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２整流电路变频器逆变电路 中图分类号：ＴＮ７７３ 文献标识ｒ￣ｑ－：Ａ 文章编号：１００７ ９４１６（２０１６）０８．０１７４—０２ 随着微处理器和全控型功率器件的发展，ＰＷＭ技术已广泛应 流过整流二极管的峰值电流也就是异步电机最大负载时的峰 用于变频器、有源电力滤波器等领域。ＰｗＭ变频器常见的调制方法 值电流，是电机电流额定值的５～６倍，取Ｌ＝５１Ｎ＝２６．５Ａ，通过 有空间矢量脉宽调制ＳＶＰＷＭ和正弦脉宽调制ＳＰＷＭ。其中， 整流二极管的电流有效值由下式决定： ＳＶＰＷＭ技术具有直流侧的电压利用率高、输出电压谐波小以及便 于数字化实现等诸多优点。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是ＴＩ公司生产的电机控制 专用芯片，它的事件管理器（Ｅｖｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｒ，简称ＥＶ）中带有硬件 整流二极管额定电流由下式决定： ＳＶＰＷＭ波形生成电路，所以用芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２生成ＳＶＰＷＭ￣ 形具有硬件结构简单，控制精度较高，实时性较强等优点［１］ 本设计 结合乌海金沙湾太阳能热气流发电工程，主要致力于全数字变频器 由于滤波电容的充电电流对整流二极管有一定的影响，故需要 的设计及研究。 留有一定的电流裕量，选１ ：２５Ａ。 １Ｄ＝＝ ＝击 １Ｎ＝（１．５－２）南＝１４ １９ （２） （３）１变频器结构 依据上述求得的整流二极管的电流、电压额定值及市场价格情 该整流电路选用的是富士公司的二极管整流模块６ＲＩ３０Ｇ－１２０ 淬和电压均可调的交流电源，控制电路以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心，包 况，（３０Ａ，１２００Ｖ）。 括交流侧电流检测模块、交直流侧电压检测模块、驱动电路等，用于 ２．１．２中间滤波电路 给主电路提供各种逻辑控制信号，同时ＤＳＰｉ－￣是否有过流、过压或 整流电路输出的直流电压含有脉动成分，另外由于负载变化和 欠压等故障产生，以便产生故障信号，从而封锁ＰＷＭ输出信号；辅 为了将其中的交流 助电源的功能是给控制电路提供各种所需的电压等级的直流电源。 逆变电路产生的脉动电流也会使电流产生脉动，成分滤掉，使其成为平滑的直流电，必须在整流电路后加一个低通 ２变频器硬件设计 滤波器。本设计中采用的是电容滤波电路，在整流输出端并大电容， ２．１主电路的设计 在直流电源和逆变电路负载之间提供无功功率缓冲。由于整流部分 输出的直流电压含有比较多的偶次谐波，频率越高，电容容抗越小， 该变频器的主电路结构图如图１所示。 ２．１．１整流电路 其分流作用就越大，谐波被滤掉的也就越多，从而输出的电压平均 值就越大。所以滤波电容值在理论上是越大越好的，由于考虑到成 实验样机为鼠笼异步电机，参数为： ＝３．０ｋｗ，厂：５０Ｈｚ， 本和电容的体积，该实验选用两组ＣＥＢ系列螺栓式日立电容 纹波 ＵⅣ＝３８０Ｖ，ｌｕ＝５．３Ａ，ｎⅣ＝１４２０ｒ／ｒａｉｎ。 电流产品）６８００ＭＦＤ ４００ＶＤＣ串联，每组又由两个电容并联而成。 在ＳＶＰＷＭ交流变频电路中，整流电路是给逆变电路提供直流 每个电容并联一个型号为５Ｗ５１ＫＪ的电阻作为均压电阻。．基：￣ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的新型数字变频器可分为主电路、控制电路 和控制电源等部分。主电路主要由整流电路、滤波电路、缓冲电路及 逆变电路组成，用于实现变压和变频功能 从而给异步电机提供频 整流二极管的额定电压由下式决定： Ｕ ，＝２Ｕ． ２ ４２ ：× Ｘ３８０Ｖ ＝１ ０７５Ｖ ２．１．３逆变电路ＩＧＢＴ模块的选型 母线电压的。整流电路将电网供给的电压为３８０Ｖ、频率为５０Ｈｚ的交 流电变成方向不变，而大小随时间变化的脉冲直流电压。 ＩＧＢＴ￣块接于直流母线上，工作时一对桥臂的上桥臂的ＩＧＢＴ 整流电路采用不可控二极管组成三相整流桥。整流二极管的参 和下桥臂的ＩＧＢＴ轮流导通，所以 出：６５０Ｖ即为关断时ＩＧＢＴ两 数选取如下： 空 关圭 触器 端承受的电压。由于ＩＧＢＴ管关断时，线路上的分布电感产生尖峰电 Ｃ ｊ 【 ｅ Ｃｌ｛三 翟Ｒ１Ｉ 刚 Ｌ Ｌ ． ． Ｌ 『１ 一 嚣 Ｕａ 曼 臻 ｌ Ｕｂ Ｑ 』 奉Ｑ钊 Ｕｅ， 充电电阻１ Ｉ电ｔ＂ 接｛’触 器 收稿日期：２０１６－０５—２５ Ｃ ＇ Ｃ２量 Ｒ２Ｉ ） Ｑ２』 图１主电路图 作者简介：韩素贤（１９８２－－），女，内蒙古化德人，硕士，讲师，主要从事风能发电设备制造与维修专业和电力系统自动化专业的教学与研究。 Ｉ藏目啦术 ＿＿十ｆ ＂ｒｅｋ Ｌ 器ｒ Ｍ Ｐｏ，＝１，０｛１０￣ 设计开发 ＳＶＰＷＭ 变压 娈频 圄圈 目 翻嘲 ，。 ，” 圈 ＾Ｃ ＼删 Ｍ ∞ｍｊ图３滤波后的异步电机线电压波形 压，并且还要有一定的裕量，取１．８倍的安全系数，ＩＧＢＴ的耐压值取 框图如图２所示。 １２００Ｖ。 控制电路工作原理：采用先进的ＳＶＰＷＭ算法，把异步电机和 逆变器输出电流的额定值为Ｉａ＝５．３Ａ，１．２倍过载能力，所以 逆变器作为一整体，利用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２Ａ的ＥＶ生成６路ＳＶＰＷＭ信 号，通过功率驱动模块ＩＲ２ｌ３０Ｄ来驱动逆变器实现变频、变压控制Ｉ 通过ＩＧＢＴ管的峰值电流是： 能 ＩＴ…＝４２Ｘ１．２Ｘ５．３＝８．９Ａ （４） 并且对电流、电压以及转速信号进行检测，当变频器发生故障时，够及时做出相应反应。 取２．５倍的裕量为：Ｉｒ＝２．５ＸＩｒ ＝２２Ａ （５） 依据上述求得的ＩＧＢＴ的的耐压值及流过的电流，该逆变电路 ３硬件实验及结果 选用的是德国西门康ＩＧＢＴ模块ＳＫＭ １００ＧＢ１２４Ｄ。 利用上述设计方案完成了变频器的制作。在变频器的测试过程 ２．１．４缓冲电路 中，程序在ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２硬件基础上，用Ｃ语言实现ＳＶＰＷＭ的调 缓冲电路（又叫吸收电路）的主要功能是为了抑制ＩＧＢＴ等功率 制。使用ＣＣＳ３．３软件把程序通过仿真器加载到ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２目标 元件的关断浪涌电压以及续流二极管的恢复浪涌电压，减少元器件 板上。在给定输出频率厂＝５０Ｈｚ、直流母线电压 ＝６５０Ｖ后，通过 的开关损耗，从而可以有效利用ＩＧＢＴ的极限功率。吸收电路将开关 示波器观测到滤波后的异步电机线电压波形如图３所示。 损耗从元器件转移到缓冲器上，目的是保证功率元件的安全工作， 在基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＳＶＰＷＭ变频器控制下，异步电机运行 但是总开关损耗没有减少。本设计选用的是充放电型ＲＣＤ吸收电 性能良好、线电压波形好、谐波成分少并且直流侧电压利用率高，从 路。 而验证了该变频器设计方案的正确性，实现了对异步电机的实时数 ２．１．５快速短路保护电路 字化控制。 遇到输出线路短路的情况，一般的保护措施是关断所有的 参考文献 ＩＧＢＴ，但对于６５０Ｖ的直流电源，短路电流上升得特别快，关断信号 ［１］周有为．刘和平。杨利辉．基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＳＶＰＷＭ的研究［Ｊ］．电 还未来得及起作用，ＩＧＢＴ可能就已经烧坏。为了确保ＩＧＢＴ的安全， 气应用，２００５（２）：９８—９８． 必须采取其他措施。本文设计的主电路中在输出端串联电感，根据 ［２］任宝华．基于ＤＳＰ的异步电机变频调速系统设计与算法研究［Ｄ］． 电感的固有特性去抑制短路电流的上升速度，争取时间在ＩＧＢＴ的电 武汉理工大学，２００７． 流达到所能承受的最大值之前，使保护电路将ＩＧＢＴ完全关断。 ［３］任玉才．基于ＤＳＰ和ＳＶＰＷＭ变频调速系统的研制［Ｄ］．大连：大连海 ２．２控制电路设计 市大学，２００５． 控制电路采用的是ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片，用来完成ＳＶＰＷＭ波形 ［４］杨岳峰，张奕黄．ＩＧＢＴ的瞬态保护和缓冲电路［Ｊ］．电机电器技术。 的生成及故障检测、串行通信等。该芯片具有外设集成度高、Ａ／１）转 ２００３（０３）． 换速度快、控制算法实现容易等优点，被广泛地应用在异步电机的 全数字控制系统中。以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心的变频器控制电路原理 图２变频器控制电路原理图 ｃｅ１２０１０中的电子表格结构进行梳理，将临时数据与电子表格结构结 进行数据的永久性保存。 存储平台，将其作为代码输入与接收装置，实现Ｅｘｃｅｌ电子表格链接 合起来，的科学高效实现。ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ数据库作为ＶＳ２０１０内置的数据库，因 参考文献 为其数量较少，存储空间有效，所以在一定程度上制约了ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ［１］王旭辉．Ｅｘｃｅ１数据导入数据库的设计实现［Ｊ］．现代电子科技， 数据库作用的实现［５１。而在ＶＳ２０１０的集成开发环境下，可以进行ＳＱＬ ２Ｏ１３（１ ２）：７１－７３． Ｓｅｒｖｅｒ￣据库之间的科学链接，为此就需要相关设计人员在ＶＳ２０１０ ［２］彭磊，李先国．大数据量Ｅｘｃｅｌ数据导入系统的设计与实现［Ｊ］．现 当中建立一个ＳＱＬ数据库将其命名为ａｂｃ．ｍｄｆ，并在该数据库中以 代电子科技，２０１ ４（ｉ ４）：５７—５９． 二维数据表的形式进行文件的书写与存储。完成Ｅｘｃｅｌ电子表格和 ［３］曾秋丽。李娜．利用ｊｘｌ将复杂ｅｘｃｅｌ报表导入数据库的设计与实 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ数据库链接的设置之后，需要在服务管理器的资源管理 现［Ｊ］．数字化用户，２０１４。２０（１ １）：５１—５２． 器中进行数据库链接的添加，实现服务器节点的有效展开，并进行 ［４］罗丽云。段艳萍．简碧园．ＡＳＰ．ＮＥＴ中导入Ｅｘｃｅｌ数据到数据库的应 数据表格结构的梳理，并将梳理的结果进行存储，在这一过程中，需 用与实现［Ｊ］．科技创新与应用。２０１ ５（２９）：８９—８９． 要保持数据表格与原有Ｅｘｃｅｌ￣在形式结构上保持一致，以保证数 ［５］胡晓庆．ＡＳＰ．ＮＥＴ中导入Ｅｘｃｅｌ的方法研究［Ｊ］．电脑编程技巧与维 据的准确录入。Ｅｘ￣．１２０１０数据导人数据库设计过程中数据库中数据 护。２０１ ４（１ ７）：４４－４７． 的科学保存，为了保证Ｅｘｃｅｌ２０１ Ｏ数据导人数据库的有序进行，就需 ……上接第１７３页 要将中间文件中存储的临时数据进行永久性保存，就需要将Ｅｘ一
