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IGBT開關(guān)式自并激微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理及應(yīng)用
畢業(yè)論文網(wǎng) 2009/7/16
（接上頁）士電機(jī)公司生產(chǎn)的厚膜集成電路如EXB840/841、EXB850/851是專為IGBT設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊，符合上述所有驅(qū)動(dòng)條件，是理想的驅(qū)動(dòng)電路模塊。HWKT—09型微機(jī)IGBT開關(guān)式勵(lì)磁裝置采用了這種專用芯片。驅(qū)動(dòng)模塊的原理框圖如圖四所示。
VCC、VEE為(±20V供電電源，光耦PC1提供控制電路和IGBT的隔離。Dz為5V穩(wěn)壓管，在IGBT截止時(shí)提供－5V反向偏壓。當(dāng)15腳到14腳有4mA電流通過時(shí)，光耦PC1導(dǎo)通，通過放大器G使輸出三極管T1導(dǎo)通、T2截止，VCC通過T1、R8、IGBT的柵極G、射極E，穩(wěn)壓管Dz給IGBT柵極提供+15V正向偏置，IGBT導(dǎo)通; 當(dāng)15腳到14腳無電流時(shí)，PC1不通，T1截止、T2導(dǎo)通，穩(wěn)壓管DZ上+5V電壓通過IGBT的射極E、柵極G、R8、T2使IGBT柵極電壓為－5V，保證其可靠截止。當(dāng)IGBT過電流時(shí)，VCE增加，通過檢測二極管D使過流保護(hù)動(dòng)作，關(guān)閉放大器G，起到護(hù)作用。
2.6 滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)
該回路由高能氧化鋅壓敏電阻組件和專用快速直流開關(guān)為主組成。滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)原理接線圖如圖五所示。圖中YMR表示氧化鋅壓敏電阻，它是一種非常優(yōu)良的非線性元件，其電壓與電流關(guān)系可用下式描述:
與此相對應(yīng)的伏安特性如圖六所示。可以將伏安特性劃分為兩個(gè)工作區(qū)域: I是小電流區(qū)，II是大電流區(qū)，A稱為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
由于YMR與FLQ是并聯(lián)連接，當(dāng)正常工作時(shí)，F(xiàn)LQ兩端電壓較低，YMR工作在小電流I區(qū)，流過它的電流較小，僅為數(shù)百微安，稱為泄露電流。它既不能消耗能量，也不影響被保護(hù)對象的工作狀況。一旦有過電壓發(fā)生，氧化鋅壓敏電阻本身無任何延時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間大約為100毫秒，因此，它立即過渡到大電流II區(qū)工作,使得過電壓得到限制并被吸收，保護(hù)了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子免受過電壓侵襲。
當(dāng)需要滅磁時(shí)，指令快速直流開關(guān)FMK分?jǐn)�，它很快切斷轉(zhuǎn)子繞組與勵(lì)磁電源的聯(lián)系。轉(zhuǎn)子作為一個(gè)大電感，使di/dt上升，即勵(lì)磁繞組兩端電壓急劇增加，當(dāng)超過氧化鋅壓敏電阻件的轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，YMR立即工作在II區(qū)而呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流從FMK轉(zhuǎn)移到壓敏電阻上，迅速完成換流過程。轉(zhuǎn)子能量得以通過壓敏電阻釋放，實(shí)現(xiàn)滅磁。在滅磁過程中，YMR兩端亦即轉(zhuǎn)子電壓幾乎為一恒定值。因此，這種滅磁方式接近于理想滅磁狀態(tài)。從FMK開斷到安全建壓僅需要數(shù)毫秒，而整個(gè)滅磁過程經(jīng)歷的時(shí)間大約為400毫秒�？梢�，這種新型的滅磁方式確實(shí)具有操作簡單，滅磁速度快，開關(guān)容量大，過電壓保護(hù)水平可控等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
3. IGBT勵(lì)磁系統(tǒng)控制單元
3.1 硬件控制電路
HWKT－09型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制回路由主控電路、鍵盤顯示電路、測量電路、同步電路、開關(guān)量輸入電路、調(diào)寬脈沖輸出電路、信號輸出電路、電源等部分組成。
在設(shè)計(jì)HWKT－09的主控電路時(shí)，充分利用該單片機(jī)的一些獨(dú)特之處，使得這樣一塊小小芯片能充分、合理的控制一套復(fù)雜的勵(lì)磁系統(tǒng)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，它功能完善、性能可靠�，F(xiàn)舉幾例說明HWKT－09如何充分應(yīng)用單片機(jī)所擁有的資源。
◆四通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，可以十分方便地用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在裝置中，直接采集四路模擬信號: 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁PT電壓UFL、發(fā)動(dòng)機(jī)儀表PT電壓UFY、發(fā)電機(jī)定子電流IF及勵(lì)磁電流IL。
◆四路高速輸入通道HSI.0、HSI.1、HSI.2、HSI.3，可用以記錄外部事件。在本裝置中，利用HSI.1通道測量同步脈沖信號，利用HSI.0通道測量功率脈沖信號。
◆六路高速輸出通道HSO.0、HSO.1、HSO.2、HSO.3、HSO.4、HSO.5。在本裝置中利用這些輸出通道輸出IGBT器件的觸發(fā)信號。
◆WATCHDOG功能，使得系統(tǒng)在故障情況下能夠自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
◆數(shù)據(jù)通訊功能，可根據(jù)用戶的需要，增加與電廠監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。
另外，該單片機(jī)指令系統(tǒng)極其豐富，采用寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)，增設(shè)了乘、除法指令，使編程簡潔方便。另外，CPU能接收17個(gè)中斷源信號，使中斷系統(tǒng)簡練適用。一只CPU芯片幾乎包含了一臺計(jì)算機(jī)的所有部件。再經(jīng)過有針對性的設(shè)計(jì)，使HWKT－09系列微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器較國內(nèi)其它廠家常用的八位Z80CPU、Intel8031以及8086CPU等，在用于實(shí)時(shí)控制方面，功能更強(qiáng)，性能更優(yōu)，抗干擾性能更好，可靠性更高。
由于全部采用了進(jìn)口大規(guī)�；虺笠�(guī)模集成電路芯片，及其它工業(yè)級器件，可靠性得到保證。由于硬件極其簡單，給調(diào)試及維護(hù)帶來極大的方便。另外輸入、輸出信號經(jīng)過多重全隔離，采用了高質(zhì)量的雙套開關(guān)電源電路，又采取了有效的抗干擾措施以（未完，下一頁）
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