新型工業(yè)振動(dòng)棒變頻電源的研制

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1、新型工業(yè)振動(dòng)棒變頻電源的研制

2、第1摘要：介紹了一種新型的應(yīng)用于工業(yè)振動(dòng)棒的變頻電源，它大大改進(jìn)了現(xiàn)有振動(dòng)棒電源體積和重量大的缺陷，詳細(xì)介紹了幾個(gè)重要部分電路的設(shè)計(jì)，并通過各部分的分析和實(shí)驗(yàn)說明本設(shè)計(jì)具有體積小，重量輕，高性能等多方面優(yōu)點(diǎn)?！　?引言隨著電力電子技術(shù)，微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，使得由變頻器組成的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)迅速發(fā)展成熟起來，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的振動(dòng)棒產(chǎn)品基本上都是一種電動(dòng)機(jī)帶發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)提供200Hz交流電，帶動(dòng)高速振動(dòng)棒電機(jī)運(yùn)行的工作狀態(tài)。其突出的

3、缺點(diǎn)是體積和重量都比較大，對現(xiàn)場施工造成使用和移動(dòng)上的很大不便。本文研究的重點(diǎn)是將交流變頻調(diào)速技術(shù)，應(yīng)用在振動(dòng)棒這一種小型建筑用機(jī)械上，開發(fā)一種新型變頻電源。在實(shí)現(xiàn)振動(dòng)棒功能的同時(shí)使整機(jī)的體積和重量都大幅減小，并提高輸入端的功率因數(shù)，穩(wěn)定輸出端的電壓和頻率，還能降低產(chǎn)品的成本。該變頻電源基本性能指標(biāo)如下：供振動(dòng)器的內(nèi)置式異步偏心式振動(dòng)電機(jī)的電源頻率為200Hz，單相輸入，三相輸出，電機(jī)的線電壓為42V，單機(jī)功率為350控制方式，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于采用了功率因數(shù)校正技術(shù)，因此輸入功率因數(shù)高，電網(wǎng)

4、側(cè)電流諧波小，對電網(wǎng)的諧波污染很?。欢耶?dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，由于DC/DC環(huán)節(jié)的控制可以保持三相逆變部分的直流側(cè)電壓穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)的輸出電壓穩(wěn)定，而不需要通過調(diào)節(jié)三相逆變部分的調(diào)制深度來改變輸出電壓的大小，因此，對逆變部分的控制芯片的要求就可以降低，可以采用比較廉價(jià)的CPU。另外，由于是低壓逆變，則可采用低壓MOS管作為逆變電路的功率開關(guān)管。500)this.style.ouseg(this)">圖1逆變電源的基本原理框圖2有源功率因數(shù)校正（APFC）電路采用平均電流控制的Boost電路來實(shí)

5、現(xiàn)APFC，是目前在高頻開關(guān)電源中使用最廣泛的一種APFC控制方法。應(yīng)用平均電流控制法的功率因數(shù)校正器的控制電路在市場上已有很多種集成電路芯片可供選擇，其中美國Unitrode公司的UC3854是很有代表性的一種，并在實(shí)際中得到了較廣泛的應(yīng)用。在本方案中，就是采用Unitrode公司的UC3854芯片來實(shí)現(xiàn)的，其電路原理圖如圖2所示，輸入端電壓電流實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。實(shí)際電壓和圖中電壓對應(yīng)關(guān)系為為1V∶1V，實(shí)際電流和圖中電流對應(yīng)關(guān)系為4A∶1V。500)this.style.ouseg(this)"

6、>圖2UC3854功率因數(shù)校正電路原理圖500)this.style.ouseg(this)">圖3校正電路實(shí)驗(yàn)波形3正激（Forouseg(this)">圖4帶去磁復(fù)位的Forouseg(this)">圖5可編程計(jì)數(shù)器陣列本方案采用不對稱規(guī)則采樣法產(chǎn)生三相6路控制脈沖。相比于對稱規(guī)則采樣法，不對稱規(guī)則采樣法所形成的階梯波更接近于正弦波。將計(jì)算出的三相脈沖寬度的值存成一個(gè)數(shù)據(jù)表，作為定時(shí)基準(zhǔn)，在程序中查詢這些定時(shí)時(shí)間就可以得到6路控制脈沖。工作原理簡述如下：應(yīng)用87C51FX的軟件定時(shí)器和高速輸出方式

7、，在16位比較方式中，16位PCA定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和模塊中的16位比較寄存器中的預(yù)置值在每個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行3次比較，若相等則產(chǎn)生一個(gè)匹配信號，使模塊工作于高速輸出方式，即在PCA定時(shí)器計(jì)數(shù)值和模塊的比較寄存器比較相等時(shí)產(chǎn)生一個(gè)匹配信號，該信號使外部引腳CEXn上的輸出電平發(fā)生跳變，如果允許也產(chǎn)生一個(gè)PCA中斷。由軟件來設(shè)置CEXn上輸出電平的初態(tài)，就可以使該引腳在預(yù)定時(shí)刻達(dá)到時(shí)發(fā)生正（負(fù)）跳變，利用這種方式就可以產(chǎn)生16位P波。由于引腳的跳變不須經(jīng)過CPU的運(yùn)算來完成，因此，避免了由于最小脈沖寬度過窄而造

8、成的脈沖寬度變化。程序主要由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成。主程序主要是進(jìn)行初始化工作，將定時(shí)器和各個(gè)寄存器賦予初值。中斷程序主要包括用于產(chǎn)生P脈沖的PCA中斷服務(wù)程序和保護(hù)中斷程序：在PCA中斷服務(wù)程序中，主要是將下一個(gè)定時(shí)時(shí)間賦值給各個(gè)模塊的比較寄存器；保護(hù)中斷程序主要是處理當(dāng)有保護(hù)信號到來時(shí)，封鎖P輸出。4.2驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本方案中驅(qū)動(dòng)芯片采用IR2130。IR2130的最大優(yōu)點(diǎn)是可共地運(yùn)行，因此只需要一路控制電源。而且它的6路輸出信號中的3路還具有電平轉(zhuǎn)換功能，既能驅(qū)動(dòng)低壓側(cè)的功率器件，也能驅(qū)

9、動(dòng)高壓側(cè)的功率器件。IR2130還具有電流放大和過電流保護(hù)功能；欠壓鎖定并能指示欠壓和過電流狀態(tài)功能；輸入端噪聲抑制功能；同時(shí)還能自動(dòng)產(chǎn)生上、下側(cè)驅(qū)動(dòng)所必需的死區(qū)時(shí)間（2μs）等功能。實(shí)際應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。500)this.style.ouseg(this)">圖6采用IR2130的驅(qū)動(dòng)電路4.3保護(hù)電路與主電路的設(shè)計(jì)由于驅(qū)動(dòng)電路部分具有電流保護(hù)功能，因此，保護(hù)電路部分只設(shè)計(jì)了電壓保護(hù)，包括輸入過壓、欠壓保護(hù)和輸出過壓、欠壓保護(hù)。保護(hù)電路如圖7