電機變頻控制系統(tǒng)設計【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計文獻綜述</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p>　　電機變頻控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟生活中，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)

2、及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器作為高新技術(shù)、節(jié)能技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于各個領域。它依靠電力半導體器件的通、斷作用將固定頻率、電壓的交流電變換為頻率、電壓都連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，主要用于對異步電動機 的調(diào)速控制。而變頻調(diào)速就是利用變頻器產(chǎn)生可變頻率、可變電壓的交流電源向交流電動機供電而實現(xiàn)的交流調(diào)速。它具有節(jié)能、易操作、便于維護、控制精度高等優(yōu) 點。[1-3]本設計通過DSP編程等知識實現(xiàn)遠程終端與多個變頻器的驅(qū)動與控制功能，從而實現(xiàn)P

3、C機能遠程控制電機的啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)等各種運行狀態(tài)。涉及了電子技術(shù)、自動控制、變頻調(diào)速系統(tǒng)設計、PWM控制技術(shù)以及DSP的控制系統(tǒng)等知識。</p><p><b>　　二、主題</b></p><p>　　變頻器技術(shù)是強弱電混合、機電一體化的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變）問題，同時又要處理信息的收集、變換和傳輸問題。在巨大電能轉(zhuǎn)換的功率部分要解決

4、高電壓、大電流的技術(shù)問題，及新型電力電子器件的應用問題，而在信息的收集、變換和傳輸?shù)目刂撇糠?，則主要解決控制的硬件、軟件問題。變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎技術(shù)和節(jié)能技術(shù),已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領域的所有技術(shù)部門中。[1.5.6.8]目前變頻器的發(fā)展趨勢是朝著智能、操作簡便、功能健全、安全可靠、環(huán)境低噪、低成本和小型化的方向發(fā)展。[2]</p><p>　　變頻器是由主回路和控制回路兩大部分組成的。主回路由整流器(整流模

5、塊)、濾波器(濾波電容)和逆變器(大功率晶體管模塊)三個主要部件構(gòu)成。其中逆變器是變頻器的核心部分，它可由不同器件做成，如高頻變頻器用功率MOS晶體管，大容量變頻器用GTO晶閘管，中小型變頻器用IGBT晶體管等。控制制回路則由單片機、驅(qū)動電路和光電隔離電路構(gòu)成。[4]現(xiàn)代通用變頻器的控制電路電路大都是以微機為核心的數(shù)字電路。[1.3.7]控制電路的主要作用是將檢測電路得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必

6、要的門極（基極）驅(qū)動信號，并對變頻器以及異步電動機提供必要的保護。[7]</p><p>　　異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高。[4,13]隨著電力電子技術(shù)和微機應用的不斷發(fā)展，能夠提供一種合乎異步電動機調(diào)速要變頻電源裝求的置，與結(jié)構(gòu)簡單的異步電動機組成調(diào)速系統(tǒng)，在調(diào)速性能上已能和直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。

7、目前異步電動機的變頻調(diào)速越來越受到人們的注意，已經(jīng)在很多領域得到了應用。異步電動機用變頻器調(diào)速時，需要根據(jù)電動機特性對供電電壓、電流、頻率進行適當?shù)目刂芠7,13]。控制方式大體可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。作為開環(huán)控制的有V/f控制方式；閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制等方式。從歷史發(fā)展來看各種控制方式，是按V/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的順序發(fā)展起來的。在對電動機的控制性能方面，越是后來的控制方式、性能越優(yōu)良，特別是矢量控制，可

8、以實現(xiàn)與直流電動機電樞電流控制方式相匹配的傳動性能。[13]在通用變頻器中，目前比較常用的控制模式有U/f模式、矢量控制模式和直接轉(zhuǎn)矩控制模式三大類，其中 U/f控制又稱VVVF控制，是一種比較簡單的控制方式。它的基本特點是對變頻器輸出的</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制是利用相當于基波分量的信號波對三角載波進行調(diào)制，達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的一種方法，所謂的相當于基波分量的信號波并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式

9、控制中可以是預畸變的信號波。正弦信號波是一種最通俗的調(diào)制</p><p>　　信號，但決不是最優(yōu)信號。而三角載波也只是為了形象說明調(diào)制原理而借用或用模擬電路產(chǎn)生PWM脈沖時必須采用的波形，在用數(shù)字化控制技術(shù)產(chǎn)生PWM脈沖時，三角載波實際上是不存在的，完全由軟件代替了，這樣既可減少硬件投資又能提高系統(tǒng)可靠性。不同信號波調(diào)制后生成的PWM脈寬對變頻效果，比如輸出基波電壓幅值、基波轉(zhuǎn)短、脈動轉(zhuǎn)矩、諧波電流損耗、功率半導

10、體開關器件的開關損耗等的影響差異很大。[15]PWM控制技術(shù)就是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。[14]</p><p>　　變頻器的控制接口用于變頻器與外部交換信息。開關量輸入接口接收外部的邏輯控制命令，如起動、停止、旋轉(zhuǎn)方向控制、運行方式切換等；模擬量輸入接口接收外部參數(shù)，如

11、頻率設定、信號反饋等；開關量輸出接口向外部發(fā)送變頻器運行、故障等狀態(tài)信號；模擬量輸出接口向外部提供變頻器的頻率、電流等運行參數(shù)。變頻器的控制接口數(shù)量不多，當需要交換的信號和數(shù)據(jù)數(shù)量很大時，需要采用通信方式實現(xiàn)。[1]現(xiàn)場總線技術(shù)是當今自動化技術(shù)研究的熱點之一, 它應用于工業(yè)現(xiàn)場可以在微機集控設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通訊. 它把單個分散</p><p>　　的被控設備作為網(wǎng)絡節(jié)點,以現(xiàn)場總線為紐帶,把所有被控

12、設備連接成可以相互溝通信息、共同完成自動控制任務的網(wǎng)絡系統(tǒng),具有分散控制、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約硬件設備、易于安裝維護等優(yōu)點。[20]Modbus協(xié)議是一種可靠而有效通用串行通信協(xié)議,它可以把 PLC、PC機、終端設備和其他監(jiān)視器、感應器、控制設備結(jié)合起來形成分布式控制系統(tǒng)。[19]</p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號

13、處理算法。[16-18]作為一種特殊的單片機，DSP也是將中央處理器、控制單元以及外圍設備集成到一塊芯片上。不同于普通單片機的是，DSP采用了多組總線技術(shù)實現(xiàn)并行運行機制，從而極大地提高了運行速度。[18]采用DSP編程等知識應用PWM控制技術(shù)和MODBUS總線設計技術(shù)來實現(xiàn)變頻調(diào)速即實現(xiàn)對電動機的啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)等運行功能。 </p><p><b>　　三、總結(jié) </b></p

14、><p>　　本畢業(yè)設計課題電機變頻控制系統(tǒng)設計涉及了電子技術(shù)，自動控制，變頻器和變頻調(diào)速的相關知識，DSP編程知識，MODBUS現(xiàn)場總線的知識，通過對變頻器和變頻器調(diào)速技術(shù)的認識來了解電機變頻控制的發(fā)展現(xiàn)狀并掌握變頻器的工作原理，通過電子技術(shù)知識的掌握來設計各個電路，通過DSP編程知識和MODBUS現(xiàn)場總線的設計來利用變頻器來驅(qū)動控制多個電機的運行狀態(tài)，此次課題的設計能培養(yǎng)我把理論和實際結(jié)合起來，能讓我更深刻的掌握

15、所學的知識，能培養(yǎng)我對所學知識的運用的能力，此次的設計對我來說是個挑戰(zhàn)也對我以后會很有幫助。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]王樹.變頻調(diào)速系統(tǒng)設計與應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[2]薛曉明.變頻器技術(shù)與應用[M].北京:北京理工大學出版社，2009. </p

16、><p>　　[3]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應用[M].福建：福建科學技術(shù)出版社，2005.</p><p>　　[4]馮垛生，張淼.變頻器的應用與維護[M].廣州：華南理工大學出版社，2001.</p><p>　　[5]江明，王偉.變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況及趨勢[J].安徽機電學院學報，2002(17):73～77.</p><p>　　[6]

17、王太成.變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展. [J].山西建筑，2003(29):160～161.</p><p>　　[7]原魁，劉偉強，鄒偉，朱海兵.變頻器基礎及應用（第2版）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[8]趙相賓,年培新.談我國變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及應用[J].電氣傳動，2002(1):3～6.</p><p>　　[9]馬小亮.高性能

18、變頻調(diào)速及其典型控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[10]馮垛生.電力變頻調(diào)速與節(jié)能[M].貴州:貴州科技出版社，1992.</p><p>　　[11]丁斗章.變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[12]李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.</

19、p><p>　　[13]戴廣平.電動機變頻器與電力拖動[M].北京:中國石化出版社，1999.</p><p>　　[14]吳守箴,臧英杰.電氣傳動的脈寬調(diào)制控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2004.</p><p>　　[15]陳國呈. PWM變頻調(diào)速技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.</p><p>　　[16]姚天任，江太

20、輝.數(shù)字信號處理[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.</p><p>　　[17]韓安太，劉峙飛，黃海. DSP控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應用[M]. 北京:清華大學出版社，2003.</p><p>　　[18]扈宏杰.DSP控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[19]劉玲玲，劉德平，李保強，朱曉謙.基于

21、Modbus協(xié)議的變頻器遠程控制器的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2010(1):32～35.</p><p>　　[20]王聰，鄧新平. 基于MODBUS現(xiàn)場總線的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng). [J].吉林化工學院學報，2009(26):53～55.</p><p>　　[21] Vogelsberger,M.A;Grubic,S. S.;Habetler, T. G.;Wolbank, T.

22、M. Using PWM-Induced Transient Excitation and Advanced Signal Processing for Zero-Speed Sensorless Control of AC Machines[J]. Industrial Electronics, IEEE Transactions on 2010(57): 365～374.</p><p>　　[22] Al