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1、毕业设计（论文）（说 明 书）题 目：机机电一体体化智能能大流量量电动执行机机构的设设计 姓 名： 石 星星 雨 编号：平顶山工业业职业技技术学院2012 年 5 月 220 日平顶山工业职业技术学院毕业设计 （论文） 任 务书姓名 石星星雨 专业 机电电一体化化 任 务 下下 达 日 期期 20112 年 22 月 220 日设计（论文文）开始始日期 220122 年年 22 月 226 日设计（论文文）完成成日期 220122 年年 55 月 220 日设计（论文文）题目目： 机机电一体体化智能能大流量量电动执执行机构构的设计计 A 编制设计B 设计专题（毕毕业论文文） 指指 导 教 师师
2、 孔孔令雪 系系(部)主 任任年 月 日 平顶山工业业职业技技术学院院毕业设计（论文）答答辩委员会记记录 电力工程程 系 机电一一体化 专业业，学生 20012 于年月日进行了毕业业设计（论文）答答辩。设计题目：机电一一体化智智能大流流量电动动执行机机构的设设计专题（论文文）题目：指导老师：答辩委员会会根据学生提交交的毕业业设计（论文）材材料，根根据学生答辩情况，经答辩委员会讨讨论评定定，给予学生毕业设设计（论文）成成绩为 。答辩委员会会人，出出席人答辩委员会会主任（签签字）：答辩委员会会副主任任（签字）：答辩委员会会委员：， ， ， 平顶山工业业职业技技术学院毕业设设计（论文）评语语第页共页
3、学生姓名：专业 年级毕业设计（论文）题目：评阅 人：指导教师： （签字） 年 月月 日成 绩：系（科）主主任： （签签字） 年 月月 日毕业设计（论文）及及答辩评评语：平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）机电一体化化智能大大流量电电动执行行机构的的设计摘 要提出一种新新型电动动执行机机构的设设计方案案，详细细介绍了了该执行行机构各各功能元元件的选选型与设设计、阀阀位及速速度控制制原理以以及各种种关键问问题的解解决方法法。该执执行机构构采用机机电一体体化技术术，将阀阀门、伺伺服电机机、控制器器合为一一体，利利用异步步电动机机直接驱驱动阀门门的开与与关。采用单片片机应用用技术、变变频技术术
4、，通过过内置变变频器，采采用模糊糊神经网网络控制制算法，实现了阀门的动作速度、精确定位、阀门柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模块、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护完善以及便于和计算机通讯等优点。实际运行表明，该执行机构工作稳定，性能可靠。关键词：电电动执行行机构、阀阀门、位位置控制制、变频频技术、AbstrracttThe ppressentt paaperr prreseentss a neww tyype of eleectrric acttuattorss, tthe dessignn off deet
5、aiiledd inntrooducces eacch ffuncctorr seelecctioon aand dessignn, tthe vallve possitiion andd sppeedd coontrrol priinciiplee annd aall keyy thhe ssoluutioon tto tthe proobleem. Thee auuthoor ddesiign of larrge disschaargee annd eelecctriic aactuuatoors, addoptt thhe eelecctroomecchannicaal iinteegr
6、aatioon ttechhnollogyy, vvalvve, serrvo mottor, coontrrolller xedd, uuse asyynchhronnouss mootorr drriveen ddireectlly vvalvve oopenningg annd cclossingg. UUSESS thhe mmonoolitthicc apppliicattionn teechnnoloogy, frrequuenccy cconvverssionn teechnnoloogy, thhrouugh thee buuiltt-inn innverrterr, tthe
7、 fuzzzy neuurall neetwoork conntrool aalgooritthm, reealiize thee vaalvee moovemmentt sppeedd, aaccuuratte pposiitiooninng, fleexibble swiitchh vaalvee annd mmotoor ttorqque conntrool, etcc. TThe eleectrric acttuattorss arre uusedd too coontrrol mottor is omiitteed, thee reeverrsall off thhe ccontta
8、cttor andd siiliccon conntroolleed ddireectiionaal cconttroll swwitcch mmoduule, meechaaniccal traansmmisssionn deevicce aand commpliicatted or cosstlyy caabinnet andd diistrribuutioon ccabiinetts, havve ffastt, pprottecttionn iss coompaarattiveely perrfecct, facciliitatte aand commputter nettworrki
9、nng, etcc. PPraccticcal apppliccatiion shoows thaat tthe acttuattorss woork staablee, rreliiablle pperfformmancce.Key wwordds：Eleectrric acttuattorss、vaalvees、pposiitioon cconttroll、frrequuenccy cconvverssionn teechnnoloogy目 录摘要Abstrractt第一章电动动执行机机构的硬硬件设计计及工作作原理111.1 单单片机111.1.11MCSS-511 80031单单片机内内
10、部结构构及特点点21.1.22 单片片机外部部引脚331.2 三三相PWWM波发发生器441.3 智智能逆变变模块IIPM551.3.11 智能能逆变模模块IPPM的用用途51.3.22 IPPM的结结构61.3.33 IPPM的外外部驱动动电路设设计71.3.44 IPPM的保保护电路路设计881.3.55 IPPM的缓缓冲电路路设计991.3.66 IPPM在单单相全桥桥逆变器器中的应应用1001.4位置置检测电电路1111.5 电电压及电电流检测测111.6 通通讯接口口131.7 时时钟电路路141.7.11 DSS128887主主要功能能简介1151.7.22 原原理及引引脚说明明1
11、51.7.33 内部部功能1161.7.44 状态态控制寄寄存器1171.8 液液晶显示示单元1181.8.11 模块块工作原原理1881.8.22 液晶晶模块的的应用2201.9 程程序出格格自恢复复电路221第二章 阀阀位及速速度控制制原理223第三章 关关键技术术问题的的解决2253.1 阀阀门柔性性开关2253.2电机机保护的的实现2263.3 准准确定位位273.4 模模拟信号号的隔离离29结束语300参考文献331 第 IV 页第一章 电电动执行行机构的的硬件设设计及工工作原理理电动执行机机构控制制系统原原理。智智能执行行机构从从结构上上主要分分为控制制部分和和执行驱驱动部分分。控
12、制部分主主要由单单片机、PPWM波波发生器器、IPPM逆变变器、AA/D、DD/A转转换模块块、整流流模块、输输入输出出通道、故故障检测测和报警警电路等等组成。执执行驱动动部分主主要包括括三相伺伺报电机机和位置置传感器器。系统工作原原理：霍尔电流、电电压传感感器及位位置传感感器检测测到的逆逆变模块块三相输输出电流流、电压压及阀门门的位置置信号，经经A/DD转换后后送入单单片机。单单片机通通过82255控控制PWWM波发发生器，产产生的PPWM波波经光电电耦合作作用于逆逆变模块块IPMM，实现现电机的的变频调调速以及及阀位控控制。逆逆变模块块工作时时所需要要的直流流电压信信号由整整流电路路对38
13、80V电电源进行行全桥整整流得到到。控制系统各各功能元元件的选选型与设设计。1.1 单单片机MCS-551把微微型计算算机的主要部部件都集集成在一一块心片片上，使使得数据据传送距距离大大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。MCS-551的开开发环境境要求较较低，软软件资源源十分丰丰富，介介绍其功功能特性性书籍和和开发软软件随处处可取，只只需配备备一台PPC（个个人电脑脑对电脑的配配置基本本上
14、无要要求），一一台仿真真编程器器即可实实现产品品开发，早早期的开开发软件件多使用用DOSS版本，随随着Wiindoows视视窗软件件的普及及，现在在几乎都都使用WWinddowss版本，并并且软件件种类繁繁多，琳琳琅满目目，在众众多的单单片机品品种中，CC51的的环境资资源是最最丰富的的，这给给C511用户带带来极大大的便利利。选用INTTEL公公司生产产的80031单单片机，它它主要通通过并行行82555口担担负控制制系统的的信号处处理：接接收系统统对转矩矩、阀门门开启、关关闭及阀阀门开度度等设定定信号，并并提供三三相PWWM波发发生器所所需要的的控制信信号；处处理IPPM发出出的故障障信号
15、和和报警信信号；处处理通过过模拟输输入口接接收的电电流、电电压、位位置等检检测信号号；提供供显示电电动执行行机构的的工作状状态信号号；执行行控制系系统来的的控制信信号，向向控制系系统反馈馈信号。1.1.11MCSS-511 80031单单片机内内部结构构及特点点CPU(运算器)（控制器）数据存储器RAMP1P2程序存储器ROMEPROMMP1P3串行口定时器/计数器中断系统特殊功能寄存器（SFR）图1.1为为INTTER MCSS-511 80031单单片机内内部结构构图1、中央处处理单元元（8位位）:数据处处理、测测试位，置置位，复复位,位操作作;2、只读存存储器（44KB或或8KBB）:永
16、久性性存储应应用程序序，掩模模ROMM、EPPROMM、EEEPROOM;3、随机存存取内存存（1228B、1128BB SFFR）:在程序序运行时时存储工工作变量量和资料料;4、并行输输入/输输出口（II / O）（332条）:作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片;5、串行输输入/输输出口（22条）:串行通通信、扩扩展I / OO接口芯芯片;6、定时/计数器器（166位、加加1计数数）:计满溢溢出、中中断标志志置位、向向CPUU提出中中断请求求，与CPU之之间独立立工作;7、时钟电电路:内振、外外振;8、中断系系统:五源中中断、22级优先先。结构特点：MCSS-511系列单单片机为为哈佛
17、结结构（而而非普林林斯顿结结构）1、内ROOM：44KB2、内RAAM：1128BB3、外ROOM：664KBB4、外RAAM：664KBB5、I / O线线： 332根（44埠，每每埠8根根）6、定时/计数器器：2个个16位位可编程程定时/计数器器7、串行口口：全双双工，22 根8、寄存器器区：工工作寄存存器区、在在内1228B RAMM中，分分4个区区，9、中断源源：5源源中断，22级优先先10、堆栈栈：最深深1288B11、布尔尔处理机机：位处处理机，某某位单独独处理12、指令令系统：五大类类，1111条。1.1.22 单片片机外部部引脚MCS-551 80031单单片图1.2为为INT
18、TER MCSS-511 80031单单片机外外部引脚脚结构图图1、主电源源引脚：Vsss、Vccc。2、外接晶晶振引脚脚：XTAAL1 、 XXTALL2。3、控制或或复位引引脚： RSST / VPPD 两两个机器器周期高高电平，单单片机复复位。P0-P33 口：输出高高电平SP ： 07HHSFR、PPC： 清0不不影响内内RAMM状态，机机器从00地址开开始执行行。ALE / PRROG ：地址址锁存控控制端提提供1/6 ffoscc振荡频频率，输输入编程程脉冲EEPROOMPSEN：外部程程序内存存的读选选通信号号端。EEA / VPPP：EEA = 1 ，访问问内部程程序内存存当P
19、C值超过过内ROOM范围围（0FFFFHH）时，自自动转执执行外部部内存的的程序EEA = 0 ， 只只访问外部程序内内存。对对87551机，可可施加221V编编程电源源（Vppp）4、输入/输出引引脚：P0-P3：四个II / O口，每每口8线线，共同同32线线。1.2 三三相PWWM波发发生器三相PWMM波发生生器PWWM波的的产生通通常有模模拟和数数字两种种方法。模模拟法电电路复杂杂，有温温漂现象象，精度度低，限限制了系系统的性性能；数数字法是是按照不不同的数数字模型型用计算算机算出出各切换换点，并并存入内内存，然然后通过过查表及及必要的的计算产产生PWWM波，这这种方法法占用的的内存较
20、较大，不不能保证证系统的的精度。为为了满足足智能功功率模块块所需要要的PWWM波控控制信号号，保证证微处理理器有足足够的时时间进行行整个系系统的检检测、保保护、控控制等功功能，文文中选用用MITTEL公公司生产产的SAA82882作为为三相PPWM发发生器。SSA82282是是专用大大规模集集成电路路，具有有独立的的标准微微处理器器接口，芯芯片内部部包含了了波形、频频率、幅幅值等控控制信息息的功功能特点点:控制制技术是是通过控控制电路路按一定定规律来控控制开关关管的通通断,以以得到一一组等幅幅而不等等宽的矩矩形脉冲冲波形并并使其逼逼近正弦弦电压波波形。其其方法有模模拟方法法和数字字方法两两种，
21、其其中模拟拟方法的的电路比比较复杂杂,且有有温漂现现象，会会影响精度度,降低低系统的的性能。数数字方法法则是按按照不同同的数字字模型用用计算机算算出各切切换点并并将其存存入内存存,然后后通过查查表及必必要的计计算生成成波，因因此数字字方法受受内存影影响较大大,且与与系统精精度之间间存在着着矛盾。是是英国公司司生产的的全数字字化三相相发生器器，它频频率范围围宽、精精度高，并并可与微微处理器器进行接接口,同同时能够够完成外外围控制制功能,因而可可实现智智能化。中中的每相相输出控控制电路路均由脉脉冲取消消和脉冲冲延时电电路构成成。脉冲冲取消电电路用于于去掉脉脉冲宽度度小于取取消时间间的脉冲冲，以保保
22、证最小小输出脉脉冲宽度度大于器器件的开开关周期期。延时时电路可可保证死死区间隔隔，其作作用是在在改变任任一相中中两个开开关器件件的状态态时提供供一个较较短的延延迟时间间，以使使这段时时间里的的两个开开关都处处于关状状态，从从而防止止在转换换瞬间桥桥臂开关关元件出出现共通通（两个个开关在在状态转转换期间间造成直直通短路路）现象象。在软软件的主主程序中中初始化化命令和和控制命命令的参参数计算算及设置置主要用用来确定定频率调调节范围围、死区区时间、输输出电压压幅值和和中心频频率等。软软启动决决定着系系统开机机时输出出电压由由低逐渐渐升高的的缓变过过程。电电压、频频率调整整主要是是将转换换的数据据经计
23、算算处理后后去控制制输出的的电压和和频率。过过载保护护程序的的作用是是在外接接负载达达到额定定负载的的时,能使系系统在延延时一段段时间后后关闭，以以达到关关断输输出的目目的。短短路保护护程序可可在外接接负载大大于额定定负载时,立立即关闭闭系统。由由于本电电路采用用单片机机及三相相集成电电路来进进行设计计,因而而其控制制电路大大为简化化,器件件减少，结结构紧凑凑，同时时也进一一步降低低了成本本,提高高了可靠靠性。1.3 智智能逆变变模块IIPMIPM（IInteelliigennt PPoweer MModuule）,即智能能功率模模块，不不仅把功功率开关关器件和和驱动电电路集成成在一起起。而且
24、且还内藏藏有过电电压，过过电流和和过热等等故障检检测电路路，并可可将检测测信号送送到CPPU。它它由高速速低功耗耗的管芯芯和优化化的门极极驱动电电路以及及快速保保护电路路构成。即即使发生生负载事事故或使使用不当当，也可可以保证证IPMM自身不不受损坏坏。IPPM一般般使用IIGBTT作为功功率开关关元件，内内藏电流流传感器器及驱动动电路的的集成结结构。IIPM以以其高可可靠性，使使用方便便赢得越越来越大大的市场场，尤其其适合于于驱动电电机的变变频器和和各种逆逆变电源源，是变变频调速速，冶金金机械，电电力牵引引，伺服服驱动，变变频家电电的一种种非常理理想的电电力电子子器件。1.3.11 智能能逆
25、变模模块IPPM的用用途智能逆变模模块IPPM为了了满足执执行机构构体积小小，可靠靠性高的的要求，电电机电源源采用智智能功率率模块IIPM。该该执行机机构主要要适用功功率小于于555kW的的三相异异步电机机，其额额定电压压为3880V，功功率因数数为075。经经计算可可知，选选用日本本产的智智能功率率模块PPM500RSAA1200可以满满足系统统要求。该该功率模模块集功功率开关关和驱动动电路、制制动电路路于一体体，并内内置过电电流、短短路、欠欠电压和和过热保保护以及及报警输输出，是是一种高高性能的的功率开开关器件件。智能功率模模块(IInteelliigennt PPoweer MModuu
26、le,IPMM)以开开关速度度快、损损耗小、功功耗低、有有多种保保护功能能、抗干干扰能力力强、无无须采取取防静电电措施、体体积小等等优点在在电力电电子领域域得到越越来越广广泛的应应用。以以PM2200DDSA0060型型IPMM为例。介介绍IPPM应用用电路设设计和在在单相逆逆变器中中的应用用。1.3.22 IPPM的结结构IPM由高高速、低低功率IIGWTT、优选选的门级级驱动器器及保护护电路构构成。其其中,IIGBTT是GTTR和MMOSFFET的的复合,由MOOSFEET驱动动GTRR,因而而IPMM具有GGTR高高电流密密度、低低饱和电电压、高高耐压、MMOSFFET高高输入阻阻抗、高
27、高开关频频率和低低驱动功功率的优优点。根根据内部部功率电电路配置置情况,IPMM有多种种类型,如PMM2000DSAA0600型：IIPM为为D型(内部集集成2个个IGBBT)其内部部功能框框图如图图1-33所示,内部结结构如图图1-44所示。内内有驱动动和保护护电路,保护功功能有控控制电源源欠压锁锁定保护护、过热热保护、过过流保护护和短路路保护,当其中中任一种种保护功功能动作作时。IIPM将将输出故故障信号号FO。图1.3 IPPM的内内部功能能框图图1.4 IPMM的内部部结构IPM内部部电路不不含防止止干扰的的信号隔隔离电路路、自保保护功能能和浪涌涌吸收电电路。为为了保证证IPMM安全可
28、可靠。需需要自己己设计部部分外围围电路。1.3.33 IPPM的外外部驱动动电路设设计IPM的外外部驱动动电路是是IPMM内部电电路和控控制电路路之间的的接口,良好的的外部驱驱动电路路对以IIPM构构成的系系统的运运行效率率、可靠靠性和安安全性都都有重要要意义。由IPM内内部结构构图可见见器件件本身含含有驱动动电路所以只只要提供供满足驱驱动功率率要求的的PWMM信号、驱驱动电路路电源和和防止干干扰的电电气隔离离装置即即可。但但是IIPM对对驱动电电路输出出电压的的要求很很严格：驱动电电压范围围为1335VV1665VV电压压低于11355V将发发生欠压压保护电压高高于1665VV可能损损坏内部
29、部部件;驱动信信号频率率为5HHz-220kHHz,且且需采用用电气隔隔离装置置。防止止干扰：驱动电电源绝缘缘电压至至少是IIPM极极间反向向耐压值值的2倍倍(2VVcess);驱驱动电流流达199mA一一26mmA;驱驱动电路路输出端端的滤波波电容不不能太大大这是是因为当当寄生电电容超过过1000pF时时。噪声声干扰将将可能误误触发内内部驱动动电路。图1.5所所示是一一种典型型的高可可靠性IIPM外外部驱动动电路方方案。来来自控制制电路的的PWMM信号经经R1限限流再再经高速速光耦隔隔离并放放大后接接IPMM内部驱驱动电路路并控制制开关管管工作,FO信信号也经经过光耦耦隔离输输出。其其中每个
30、个开关管管的控制制电源端端采用独独立隔离离的稳压压。155V电源源,且接接1只110FF的退耦耦电容器器(图中中未画出出)以滤滤去共模模噪声。RRl根据据控制电电路的输输出电流流选取如用DDSP产产生PWWM则则R1的的阻值可可为3330。RR2根据据IPMM驱动电电流选值值,一方方面应尽尽可能小小以避免免高阻抗抗IPMM拾取噪噪声另另一方面面又要足足够可靠靠地控制制IPMM。可在在2k68k内选取取。C11为2端端与地间间的O1FF滤波电电容器,PWMM隔离光光耦的要要求是ttPLHHO8FF,trrm10kkVs,可可选用HHCPIIA5003型、HHCPIIA5004型、PPS2004l
31、型型(NEEC)等等高速光光耦,且且在光耦耦输入端端接1只只O11的退退耦电容容器(图图中未画画出)。FFO输出出光耦可可用低速速光耦(如PCC8177)。IIPM的的内部引引脚功能能如表11所示。图1.5 IPMM的外部部驱动电电路和引引脚连接接示意图图图1.5的的外部接接口电路路直接固固定在PPCB上上且靠近近模块输输入脚以减少少噪声和和干扰PCBB上布线线的距离离应适当当,避免免开关时时干扰引引起的电电位变化化。另外,考虑虑到强电电可能造造成外部部驱动电电路到IIPM引引线的干干扰,可可以在引引脚14间,3-4间,4-5间根根据干扰扰大小加加滤波电电容器。1.3.44 IPPM的保保护电
32、路路设计由于，IPPM本身身提供的的保护电电路不具具备自保保护功能能所以以要通过过外围硬硬件或软软件的辅辅助电路路将内部部提供的的：FOO信号转转换为封封锁IPPM的控控制信号号关断断IPMM,实现现保护。1. 硬件件IPM有故故障时,FO输输出低电电平,通通过高速速光耦到到达硬件件电路,关断PPWM输输出,从从而达到到保护IIPM的的目的。具具体硬件件连接方方式如下下：在PPWM接接口电路路前置带带控制端端的3态态收发器器(如774HCC2455)。PPWM信信号经过过3态收收发器后后送至IIPM接接口电路路IPPM的故故障输出出信号FFO经光光耦隔离离输出送送入与非非门。再再送到33态收发
33、发器使能能端OEE。IPPM正常常工作时时与非非门输出出为低电电平。33态收发发器选通通;IPPM有故故障时。与与非门输输出为高高电平。33态收发发器所有有输出置置为高阻阻态。封封锁各个个IPMM的控制制信号关断IIPM实现保保护。2. 软件件IPM有故故障时FO输输出低电电平,FFO信号号通过高高速光耦耦送到控控制器进进行处理理。处理理器确认认后。利利用中断断或软件件关断IIPM的的PWMM控制信信号从从而达到到保护目目的。如如在基于于DSPP控制的的系统中中利用用事件管管理器中中功率驱驱动保护护引脚(PDPPINTT)中断断实现对对IPMM的保护护。通常常1个事事件管理理器严生生的多路路P
34、WMM可控制制多个IIPM工工作其其中每个个开关管管均可输输出FOO信号,每个开开关管的的FO信信号通过过与门当任一一开关管管有故障障时输出出低电平平,与门门输出低低电平将该引引脚连至至PDPPINTT,由于于PDPPINTT为低电电平时DDSP中中断,所所有的事事件管理理器输出出引脚均均被硬件件设置为为高阻态态,从而而达到保保护目的的。以上2种方方案均利利用IPPM故障障输出信信号封锁锁IPMM的控制制信号通通道因因而弥补补了IPPM自身身保护的的不足,有效地地保护了了器件。1.3.55 IPPM的缓缓冲电路路设计在IPM应应用中,由于高高频开关关过程和和功率回回路寄生生电感等等叠加产产生的
35、ddiddt、ddvddt和瞬瞬时功耗耗会对器器件产生生较大的的冲击,易损坏坏器件因此需需设置缓缓冲电路路(即吸吸收电路路),目目的是改改变器件件的开关关轨迹,控制各各种瞬态态过压,降低器器件开关关损耗保护器器件安全全运行。图1-6为为常用的的3种IIPM缓缓冲电路路。图11-6(a)为为单只无无感电容容器构成成的缓冲冲电路,对瞬变变电压有有效且成成本低,适用于于小功率率IPMM。图11-6(b)为为RCDD构成的的缓冲电电路,适适用于较较大功率率IPMM缓冲冲二极管管D可箝箝住瞬变变电压,从而抑抑制由于于母线寄寄生电感感可能引引起的寄寄生振荡荡。其RRC时间间常数应应设计为为开关周周期的11
36、3,即r=T33=13f。图图1-66(c)为P型型RCDD和N型型RCDD构成的的缓冲电电路,适适用于大大功率IIPM。功功能类似似于图11-6(b)所所示的缓缓冲电路路,其回回路电感感更小。若若同时配配合使用用图1-6(aa)所示示的缓冲冲电路。还还能减小小缓冲二二极管的的应力,缓冲效效果更好好。图1.6 常用的的IMPP缓冲电电路在图1.66中,当当IGBBT关断断时负负载电流流经缓冲冲二极管管向缓冲冲电容器器充电,同时集集电极电电流逐渐渐减少,由于电电容器二二端的电电压不能能突变所以有有效地限限制了IIGBTT集电极极电压上上升率ddvddt。也也避免了了集电极极电压和和集电极极电流同
37、同时达到到最大值值。IGGBT集集电极母母线电感感、电路路及其元元件内部部的杂散散电感在在IGBBT开通通时储存存的能量量,这时时储存在在缓冲电电容器中中。当IIGBTT开通时时,集电电极母线线电感以以及其他他杂散电电感又有有效地限限制了IIGBTT集电极极电流上上升率ddiddt同同样也避避免了集集电极电电压和集集电极电电流同时时达到最最大值。此此时,缓缓冲电容容器通过过外接电电阻器和和IGBBT开关关放电,其储存存的开关关能量也也随之在在外接电电阻器和和电路、元元件内部部的电阻阻器上耗耗散。如如此,便便将IGGBT运运行时产产生的开开关损耗耗转移到到缓冲电电路最最后在相相关电阻阻器上以以热
38、的形形式耗散散,从而而保护IIGBTT安全运运行。图1.6中中的电阻阻值和电电容值按按经验数数据选取取：如PPM2000DSSA0660的电电容值为为02221xxF-0447xFF,耐压压值是IIGBTT的11倍-155倍,电电阻值为为1020,电阻功功率按PP=fCCU2xxlO-6计算算,其中中f为IIGBTT工作频频率,uu为IGGBT的的工作峰峰值电压压。C为为缓冲电电路与电电阻器串串联电容容。二极极管选用用快恢复复二极管管。为了了保证缓缓冲电路路的可靠靠性,可可以根据据功率大大小选择择封装好好的图11-6所所示的缓缓冲电路路。另外,由于于母线电电感、缓缓冲电路路及其元元件内部部的杂
39、散散电感对对IPMM尤其是是大功率率IPMM有极大大的影响响,因此此愈小愈愈好。要要减小这这些电感感需从多多方面人人手：直直流母线线要尽量量地短;缓冲电电路要尽尽可能地地靠近模模块;选选用低电电感的聚聚丙烯无无极电容容器、与与IPMM相匹配配的快速速缓冲二二极管及及无感泄泄放电阻阻器。1.3.66 IPPM在单单相全桥桥逆变器器中的应应用图1-7所所示的单单相全桥桥逆变电电路主要要由逆变变电路和和控制电电路组成成。逆变变电路包包括逆变变全桥和和滤波电电路,其其中逆变变全桥完完成直流流到交流流的变换换滤波波电路滤滤除谐波波成分以以获得需需要的交交流电;控制电电路完成成对逆变变桥中开开关管的的控制
40、并并实现部部分保护护功能。图1.7 单相全全桥逆变变电路图中的逆变变全桥由由4个开开关管和和4个续续流二极极管组成成,工作作时开关关管在高高频条件件下通断断开关关瞬间开开关管电电压和电电流变大大,损耗耗大,结结温升高高,加上上功率回回路寄生生电感、振振荡及噪噪声等极易导导致开关关管瞬间间损坏,以往常常用分立立元件设设计开关关管的保保护电路路和驱动动电路,导致电电路庞大大且不可可靠。笔者采用一一对PMM2000DSAA0600双单元元IPMM模块分分别代替替图中VVl、DD1、VV2、DD2组合合和V33、D33、v44、D44组合构构成全桥桥逆变电电路,利利用DSSP对IIPM的的控制,完成了
41、了中频率率20kkW、2230VV逆变器器的设计计和调试试,采用用了如上上所述的的驱动电电路、中中的缓冲冲电路和和基于DDSP控控制的软软件IPPM保护护电路。设设计实践践表明：使用IIPM可可简化系系统硬件件电路、缩缩短系统统开发时时间、提提高可靠靠性、缩缩小体积积,提高高保护能能力。1.4位置置检测电电路位置检测电电路的位置检检测电路路是执行行机构的的重要组组成部分分，它的的功能是是提供准准确的位位置信号号。关键键问题是是位置传传感器的的选型。在在传统的的电动执执行机构构中多采采用绕线线电位器器、差动动变压器器、导电电塑料电电位器等等。绕线线电位器器寿命短短被淘汰汰。差动动变压器器由于线线
42、性区太太短和温温度特性性不理想想而受到到限制。导导电塑料料电位器器目前较较为流行行，但它它是有触触点的，寿寿命也不不可能很很长，精精度也不不高。笔笔者采用用的位置置传感器器为脉冲冲数字式式传感器器，这种种传感器器是无触触点的，且且具有精精度高、无无线性区区限制、稳稳定性高高、无温温度限制制等特点点。1.5 电电压及电电流检测测检测电压、电电流主要要是为了了计算电电机的力力矩，以以及变频频器输出出回路短短路、断断相保护护和逆变变模块故故障诊断断。由于于变频器器输出的的电流和和电压的的频率范范围为00500Hz，采采用常规规的电流流、电压压互感器器无法满满足要求求。为了了快速反反映出电电流的大大小
43、，采采用霍尔尔型电流流互感器器检测IIPM输输出的三三相电流流，对于于IPMM输出电电压的检检测采用用分压电电路。图1.8 IPMM输出电电流和电电压检测测IPM的主主要特点点：IPM是将将主开关关器件、续续流二极极管、驱驱动电路路、过电电流保护护电路、过过热保护护电路和和短路保保护电路路以及驱驱动电源源不足保保护电路路、接口口电路等等集成在在同一封封装内，形形成的高高度集成成的智能能功率集集成电路路。它的的主要特特点体现现在控制制功能、保保护功能能和接口口功能方方面。 (1)驱驱动电路路：在IPPM内部部设置了了高性能能的驱动动电路，具具有出现现故障后后自动软软关断IIGBTT的功能能，同时
44、时，由于于结构紧紧凑，驱驱动电路路与IGGBT之之间距离离极短，抗抗干扰能能力强，输输出阻抗抗又很低低，不需需要加反反偏压，简简化了驱驱动电路路电源，仅仅需提供供1组下下桥臂的的公共电电源和33组上桥桥臂的独独立“浮浮地”电电源。 (2)欠欠电压保保护每个个驱动电电路都具具有欠电电压(WW)保护护功能。无无论什么么原因，只只要驱动动电路电电源电压压认c低低于欠电电压阂值值yuvv时间超超过100ms，IIPM就就会关断断，同时时输出一一个故障障报警信信号。 (3)过过热保护护：UM内内部绝缘缘基板上上设有温温度传感感器，当当温度超超过过热热断开阔阔值时，IIPM内内部的保保护电路路就会阻阻止门
45、极极驱动信信号，不不接受控控制输入入信号，直直至过热热现象消消失，保保护器件件不受损损坏，同同时输出出过热故故障信号号。当温温度下降降到过热热复位网网值时，电电路自动动恢复正正常工作作。 (4)过过电流、短短路保护护：IPMM中的IIGBTT电流传传感器是是射极分分流式，采采样电阻阻上流过过的电流流很小，但但与流过过开关器器件上的的电流成成正比例例关系，从从而取代代了大功功率电阻阻、电流流互感器器、霍尔尔电流传传感器等等电流检检测组件件。如果果UM中中任意一一IGBBT的CC极电流流大于过过电流动动作电流流时间超超过100LLss时，UUM将软软关断，并并且输出出过电流流报警信信号。 (5)制制动电路路:IPMM中设有有IGBBT组成成的制动动电路。当当UM接接收到制制动信号号后，通通，接在在制动端端BN的的制动电电阻吸收收电能，制制动电路路工作。 (6)使使用方便便制动电电路中的的IGBBT导UUM采用用陶瓷绝绝缘结构构，直接接安装在在散热板板上；直直流输入