新型三相四线制串级数字调速系统设计

文章摘要： MCS80C196KC单片机是专为电机控制而设计的16位机，其晶振可以用到20MHz，指令执行速度快，可以满足算法控制、脉冲产生、系统保护的功能要求。它的内部有HSI高速输入单元和HSO高速输出单元。MCS80C196KC内部还有A/D 模数转换单元，不用外扩A/D转换。本方案以 MCS80C196KC单片机为核心组成了全数字新型串级调速控制系统，其系统结构框图如图4所示。 图中电流反馈信号取自逆变器交流侧，经全波整流电路

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MCS80C196KC单片机是专为电机控制而设计的16位机，其晶振可以用到20MHz，指令执行速度快，可以满足算法控制、脉冲产生、系统保护的功能要求。它的内部有HSI高速输入单元和HSO高速输出单元。MCS80C196KC内部还有A/D 模数转换单元，不用外扩A/D转换。本方案以
MCS80C196KC单片机为核心组成了全数字新型串级调速控制系统，其系统结构框图如图4所示。

图中电流反馈信号取自逆变器交流侧，经全波整流电路送到MCS80C196单片机A/D转换口ACHl，电流反馈信号用于过流保护；对于风机、泵类负载，要求的转速控制精度不是很高，把转子整流电压信号反馈给单片机(接A/D转换口ACH2)，组成电压反馈转速控制系统，这样可以省去测速码盘或测速发电机，使系统简化。给定量由ACH0端送入，在单片机内与反馈量进行比较、计算后，由高速输出通道(HSO，0，HSO，1)和P1口输出脉冲，控制IGBT与逆变桥晶闸管的导通与关断，控制电机调速。两个IGBT的控制脉冲，从 MCS80C196KC高速输出口发出，经过最小脉冲宽度15°和IGBT过电压检测保护处理后，输入到 IGBT驱动电路。

同步电路产生晶闸管的触发脉冲和IGBT的控制脉冲，通过检测主电路电压的过零点，取得同步。在知道主电路电压的过零时刻后，通过单片机内部的定时器就可以知道在何时产生触发和控制脉冲。
在新型三相四线制串级调速中，晶闸管是通过 IGBT强迫换流的。晶闸管的关断需要一定时间，当IGBT的控制脉冲宽度小于换相重叠角时，就会出现换相失败。为了防止这种情况的发生，IGBT的控制脉冲宽度最小设定为15°。从三相四线制串调方案的原理可知，VT8的控制脉冲开始时刻正好是由同步电路形成的三路20ms方波信号的上升沿时刻，VT7的控制脉冲开始时刻正好是三路20ms方波信号的下降沿时刻。因此用CC4098进行沿检测并形成15°的脉冲，这样就从硬件上实现了IGBT的最小控制角。

在IGBT关断时，主电路的电流发生变化，由主电路电抗引起高压，产生开关浪涌电压。而IGBT承受正向过电压的能力有限，为了防止正向过电压击穿IGBT，在有主电路的RCD保护的同时，增加了IGBT正向过电压检测保护电路。这样，在出现RCD网络不能保护的过电压异常时，检测电路检测到过电压信号，使IGBT重新导通， IGBT承受的高压就会消失。

4结论

在能源日益紧张的今天，占工业总用电量1/3 的风机、泵类负载的节能运行，必将对缓解当前能源紧张的局面产生巨大的影响。虽然传统串级调速系统的功率因数很低，但作为风机、泵类负载最合适调速方法定会得到更深入的研究和更广泛的应用。如果这种高功率因数的新型串级调速方法在工业生产中得到大范围内的推广和应用，会在很大程度上减少风机、泵类负载对能源的浪费，对缓解能源的紧张状况做出巨大贡献。

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