87C196MC与IPM模块组成的变频调速系统

  在一般工业领域以至许多民用领域中已得到广泛应用。在节能、减少维修、提高产品产量及产品质量等方面都取得了明显的经济效益。目前,高性能交流调速的研究和开发已引起各国学者的高度重视,而所用微处理器、功率器件及产生SPWM波的方法是影响变频器性能好坏的直接因素。

  87C196MC是Intel公司专门为三相异步电动机和直流无刷电动机控制而设计的16位单片机。它由C196内核、8KB EPROM、三相波形发生器WFG、A/D转换器、事件处理门阵列EPA、定时器和脉宽调制单元等组成。其中,三相波形发生器WFG是87C196MC的一大特色。双输入双输出模块WFG可以通过P6口直接输出用于逆变器驱动的6路SPWM信号,每个引脚的驱动电流可达20mA,在使用16MHz时,驱动信号的频率可达 8MHz。为防止同一桥臂上2个功率管发生直通造成短路,该发生器还可通过编程设置死区互销时间,在16MHz晶振时,死区时间范围为 0.125~125s之间。一旦启动,WFG只要CPU在改变PWM波的占空比时加以干涉,大大减少了CPU的开销。三相波形发生器WFG的存在大大简化了用于产生PWM波形的软件和硬件,使系统得以大大简化。

  智能功率已经被广泛应用在变频器、数控机库、工业机器人等电能转换设备中。带有IGBT驱动电路和自诊断、保护功能完善的IPM的使用,使得电能转换设备体积更小、更可靠、更具智能化。本系统所选用的功率器件为7MBP50RA120。它内部含有组成1个三相H桥(逆变桥)和1个制动单元的7个 IGBT和7个快速功率二极管,并且含有相应的驱动电路。另外它的保护功能相当完善,内含过电流保护(OC)、短路保护(SC)、驱动电源欠电压保护(UV)、过热保护(OH)、报警输出(ALM)等。7MBP50RA120是富士电机推出的第4代R-系列智能功率模块IPM,它克服了在传统的 IGBT-IPM中,当工作温度迅速上升时IPM可能被击穿(这种击穿发生是因为提供温度保护的温控器安装在IGBT芯片的绝缘基板上)以及有时由于寄生电容或控制电路产生的寄生电感而引起的噪声使IGBT产生误动作的缺点,并且该系列的IPM所使用的元件数量比传统的IPM少得多(仅为5%),可靠性得到很大提高。

  系统硬件电路采用交-直-交变频方式,如图1所示。三相工频电压经速流桥6RI30G-160整流后,双输入双输出模块再经2个电容器HCGF5A2W222Y平滑滤波后送至IPM模块7MBP50RA120的主电流输入端口P、N端。

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