電源工業(yè)振動棒變頻管理論文.doc

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1、電源工業(yè)振動棒變頻管理論文摘要：介紹了一種新型的應用于工業(yè)振動棒的變頻電源，它大大改進了現(xiàn)有振動棒電源體積和重量大的缺陷，詳細介紹了幾個重要部分電路的設計，并通過各部分的分析和實驗說明本設計具有體積小，重量輕，高性能等多方面優(yōu)點。關鍵詞：有源功率因數(shù)校正；正激變換器；振動棒；變頻調(diào)速引言隨著電力電子技術，微型計算機和大規(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用?，F(xiàn)有的振動棒產(chǎn)品基本上都是一種電動機帶發(fā)電機，再由發(fā)電機提供200Hz交流電，帶

2、動高速振動棒電機運行的工作狀態(tài)[1]。其突出的缺點是體積和重量都比較大，對現(xiàn)場施工造成使用和移動上的很大不便。本文研究的重點是將交流變頻調(diào)速技術，應用在振動棒這一種小型建筑用機械上，開發(fā)一種新型變頻電源。在實現(xiàn)振動棒功能的同時使整機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如下：供振動器的內(nèi)置式異步偏心式振動電機的電源頻率為200Hz，單相輸入，三相輸出，電機的線電壓為42V，單機功率為350W，要求能帶雙機運行。1電壓型逆變器的

3、主電路變頻電源不但要實現(xiàn)變壓和變頻功能，還要使輸入與輸出實現(xiàn)電氣隔離，并且還要滿足電網(wǎng)的諧波要求，其基本結構一般均包括AC/DC，DC/DC和DC/AC等幾個重要部分。4學海無涯本電源主電路由APFC前級，DC/DC和三相逆變3個部分構成。輸入經(jīng)全橋不控整流后，用Boost電路作為APFC的電路拓撲進行電壓預調(diào)節(jié)。DC/DC部分采用單端正激變換器實現(xiàn)降壓和隔離的功能。三相逆變部分則采用SPWM控制方式，其基本結構如圖1所示。由于采用了功率因數(shù)校正技術，因此輸入功率因數(shù)高，電網(wǎng)側流諧波小，對電網(wǎng)的諧波污

4、染很??；而且當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，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管。2有源功率因數(shù)校正（APFC）電路采用平均電流控制的Boost電路來實現(xiàn)APFC，是目前在高頻開關電源中使用最廣泛的一種APFC控制方法。應用平均電流控制法的功率因數(shù)校正器的控制電

5、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，并在實際中得到了較廣泛的應用。在本方案中，就是采用Unitrode公司的UC3854芯片來實現(xiàn)的，其電路原理圖如圖2所示[2]，輸入端電壓電流實驗結果如圖3所示。實際電壓和圖中電壓對應關系為為1V∶1V，實際電流和圖中電流對應關系為4A∶1V。3正激（Forward）變換器的設計[2]振動棒是一種手持式電動產(chǎn)品，為了操作人員的人身安全，輸入與輸出之間要實現(xiàn)電氣隔離。APFC前級的輸入與輸出是沒有隔離

6、的，實現(xiàn)隔離的功能是由DC/DC部分完成的。由于采用的是高頻DC/DC變換電路，因此變壓器的體積可以做得很小。另外，由于APFC的輸出電壓大約為350～400V，考慮到后面逆變電路開關管的電壓應力問題，DC/DC部分應該還具有降壓的功能?；谶@種考慮，在本方案中，DC/DC部分采用的是正激變換電路（ForwardConverter）。正激變換器的最大優(yōu)點是結構簡單，可靠性高，減少了成本和重量?？紤]變壓器的磁復位問題，本方案采用如圖4所示的電路。在開關管導通時，變壓器傳輸能量，在開關管關斷時，輸出二極管

7、D1反偏沒有能量泄放回路，磁化能量將引起較大的反壓加在MOS管的漏極和源極之間。采用N2線圈的作用就在于經(jīng)二極管D可以把儲存的能量返回到電源中。只要N2和N1的匝數(shù)相同，開關管承受的漏－源電壓就為2Vs。采用N1與N2兩個繞組雙線并繞的方法，可以減小漏感。在圖4電路中，功率開關的控制芯片采用的是Unitrode公司的UC3844。4三相逆變器控制、驅(qū)動與保護電路的設計4.1逆變控制電路的設計[3]4學海無涯由于本方案逆變部分不需要通過調(diào)節(jié)調(diào)制深度來改變輸出電壓的大小，僅須實現(xiàn)變頻功能就可以，故控制電路

8、采用的芯片是INTEL的87C51FX系列的8位單片機，價格比通用的Intel196單片機大大降低，而性能足夠。一般而言，應用CPU產(chǎn)生PWM的典型用法是采用定時的方法，在定時中斷中通過查詢的方式來確定三相的輸出。但是，這種方法只適用于輸出PWM脈沖頻率很低的情況，當輸出頻率大于1kHz時，中斷查詢時間就可能會長于最小輸出脈沖寬度，這樣就會造成輸出脈沖寬度變大或減小，使輸出諧波加大，三相之間的對稱關系也會受到影響。與普通的51系列單片機相比，87C51F