1、富士 IPM 在自动门变频调速中的应用第 4 期2OO5 年 8 月工矿自动化IndustryandMineAutomationNO,4Aug.2005文章编号:1671251X(2005)04007202富士 IPM 在自动门变频调速中的应用马高印,王福忠,郑征(河南理工大学电气工程系,河南焦作 454003)摘要:文章论述了利用富士功率 IPM 模块 6MBP50RA060 驱动交流异步电机,建立自动门变频调速系统的一种方法.采用电机调速专用单片机 80C196MC 控制 6MBP50RA060 进行变频调速,与常用的梯形变频调速曲线不同,本系统将自动门分成三级进行调速控制,大大增强了自动
2、门运行的稳定性和平滑性.关键词:自动门;异步电机;变频调速;IPM;6MBPSORA060中图分类号:TM921.51 文献标识码:BO 引言方式,防止因噪声等使 VGE 升高而产生的误导通.富士智能功率模块 IPM(IntelligentPowerModules)是先进的混合集成功率器件,由高速,低功耗的 IGBT 芯片和优选的门极驱动及保持电路构成.IPM 与普通 IGBT 模块相比,在系统性能和可靠性上有进一步的提高,使设计和开发变得简单.由于 IPM 通态损耗和开关损耗都比较低,使得散热器减小,因而系统尺寸也减小.尤其 IPM 集成了驱动和保护电路,使系统的硬件电路简单可靠,并提高了故
3、障情况下的自保护能力.16MBP50RA060 的功能说明6MBP50RA060 内部方框图如图 1 所示,将3 相变频器用 IGBT,FWD 内置,在 IPM 内部有3 相连线,一旦在 P,N 端子上接上主电源,在 U,V,w 端子上接上 3 相输出线,主配线即告完成.全部 IGBT 的驱动功能为内置,驱动电路具有如下特点:(1)软开关分别使用单独门极电阻,根据驱动元件的特性,可独立地控制各自的开关 dv/dt.(2)单电源驱动无须反偏电源.由于驱动电路与 IPM 间的连线缩短,布线阻抗变小,无反偏电源也能正常驱动.下臂侧控制地 GND 公用,仅需 1 组驱动电源,总共需 4 组独立驱动电源
4、.(3)误导通防止关断时,由于设计为低阻抗接地收稿日期:20041213作者简介:马高印(1982 一),男,2003 年 6 月毕业于焦作工学院,现为河南理工大学电气工程系硕士研究生,主要从事单片机控制及智能电动执行器方面的研究工作VinYVinZ图 1IPM6MBP50RA060 内部方框图2 系统的硬件设计整个自动门控制,检测和驱动系统由80C196MC 单片机,IPM 模块 6MBP50RA060,传感器,异步交流变频电机等构成.整个系统的框图如图 2 所示.本系统所采用的 80C196MC 是专为电机控制而设计的一种 16 位单片机,其后缀 MC 即是 MotorController
5、 的缩写 .80C196MC 由 1 个 C196 核心,一个三相波形发生器 WFG 和若干个其它片内外设构成.片内外设包括 1 个 A/D 转换器(13 路),1 个事件处理阵列(EPA),两个定时器和 1 个脉宽调制单元 PWM(两个 PWM 输出).波形发生器 wFG有 3 个同步的 PWM 模块,每个模块包含 1 个相位比较器,1 个无信号时间(Dead-Time)发生器和一对UUUVVVrJXDl;l2005 年第 4 期马高印等:富士 IPM 在自动门变频调速中的应用?73?可编程的输出.WFG 可以产生独立的 3 对 PWM波形,它们有共同的载波频率图,无信号时间和操作方式.一旦
6、起动之后,只要通过编程改变 WFG 的控制字,即可改变 PWM 的占空比.实现电机转速的调节.图 2 硬件系统框图IPM 模块的隔离采用美国安捷伦公司(原惠普公司)专为 IPM 等功率器件设计的光电隔离接口芯片 HCPL4504,使单片机可靠地发出 PWM 波形信号,其瞬间共模比大于 10kV/us.同时,它的极短的寄生延时为 IPM 应用中高速开关的死区时间,确保了安全.在门框上方安装 4 个接近开关(分别安装在 a,b,C,d)对门的位置进行检测定位.从门闭到门开依次经过 a,b,C,d 四个点.本系统在内外各安装一个红外传感器,以检测是否有人到来.根据自动门负载的驱动要求,本系统选用 1
7、50w 的交流变频电机.3 系统的软件设计当检测到人时,运行开门程序,先低速运行0.5s 后,通过接近开关检测门的位置.改变 WFG控制字,调节 PWM 的占空比,使电机经过三级加速,实现自动门快速稳定打开.门打开后,延时 3S后,若检测没人,则运行闭门行程.在闭门运行过程中,必须始终用红外传感器检测是否有人.检测到有人的情况下,立即停止闭门,并运行开门行程.自动门的整个行程流程图如图 3 所示.4 结语通过实验仿真,证明了用该 IPM 模块变频驱动广-稠一7-Y广医固+/+Y!三+Y 甲甲l 制动器动作,电机 lI 停止运行,门全关 Il 保持门开状态,Il 延时 3Sll 写入 WFG1,
8、Il 电机低速运行 J+甲I 写入 WFG2,Il 电机中速运行 ll 型翌:!l写入 WFG2,电机中速运行到 b 点否?:!TY 上回.+唪图 3 自动门行程流程图自动门系统结构简单,运行可靠,有良好的动态性.同时,系统还具有强大的自保护功能.在应用 IPM模块时应注意下列事项:应用正确的控制电压和输入信号;仔细检查驱动电压和输入信号端的外围接线.错误的接线很有可能使模块烧毁;测量饱和压降时,电感造成的浪涌电压有可能超出模块所能承受的范围.同时还要尽量避免模块受到振动,造成陶瓷绝缘层的损坏;不要弯曲,扭转模块的端子,用螺丝固定模块时不得超出最大扭转力矩;散热面与散热片的接触一定要平整,均匀.参考文献:1日岩本,洋主,森田克己 ,等.机电一体化入门M.北京 :科学出版社,2003.2孙树朴,李明 .电力电子技术M.徐州:中国矿业大学出版社,2000.3 吴玉香 ,吴忻生,胡跃明.交流变频电机在自动门控制系统中的应用J.中小型电机,2002.
