課程設(shè)計(jì)---異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　信息工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　課 程 名 稱 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)總評成績 </p><p>　　學(xué)生姓名、學(xué) 號 </p><p>　　學(xué) 生 專 業(yè)

2、班級 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 姓名 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)起止日期 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)基本要求</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是工科學(xué)生十分重

3、要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用先修課程的理論知識和專業(yè)技能，解決工程領(lǐng)域某一方面實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)報(bào)告是科學(xué)論文寫作的基礎(chǔ)，不僅可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達(dá)能力，也是規(guī)范課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求、反映課程設(shè)計(jì)教學(xué)水平的重要依據(jù)。為了加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)管理，提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，特?cái)M定如下基本要求。</p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)教學(xué)一般可分為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方

4、案論證、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析、答辯等4個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)有一定的考核要求和考核成績。</p><p>　　2. 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題要符合本課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱的要求，該項(xiàng)目應(yīng)能突出學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項(xiàng)目有一定的實(shí)用性，且學(xué)生通過努力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是可以完成的。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱、目的及技術(shù)要求記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書一、二項(xiàng)中，課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題考核成績占10%左右。</p><p

5、>　　3. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要包括可行性設(shè)計(jì)方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實(shí)施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證內(nèi)容記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第三項(xiàng)中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要考核設(shè)計(jì)方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績占30%左右。</p><p>　　4. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析主要包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作結(jié)果的工藝水平，項(xiàng)目測試性能指標(biāo)的正確性和完整性，項(xiàng)目測試中出現(xiàn)故障或錯(cuò)誤原因的

6、分析和處理方法。項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第四項(xiàng)中，考核成績占25%左右。</p><p>　　5. 學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中應(yīng)認(rèn)真閱讀與本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目相關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習(xí)慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻(xiàn)閱讀摘要記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第五項(xiàng)中，考核成績占10%左右。</p><p>　　6. 答辯是課程設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師向答辯學(xué)生提

7、出2～3個(gè)問題，通過答辯可進(jìn)一步了解學(xué)生對課程設(shè)計(jì)中理論知識和實(shí)際技能掌握的程度，以及對問題的理解、分析和判斷能力。答辯考核成績占25%左右。</p><p>　　7.學(xué)生應(yīng)在課程設(shè)計(jì)周內(nèi)認(rèn)真參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書交給課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師應(yīng)認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)全過程，認(rèn)真評閱學(xué)生的每一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告，給出課程設(shè)計(jì)綜合評閱意見和每一個(gè)環(huán)節(jié)的評分成績（百分制），最后將百分制評

8、分成績轉(zhuǎn)換為五級分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評成績。</p><p>　　8. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書是實(shí)踐教學(xué)水平評估的重要資料，應(yīng)按課程、班級集成存檔交實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理。</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及技術(shù)要求</p>&

9、lt;p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　設(shè)計(jì)SPWM控制正弦脈寬調(diào)制變頻控制器，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，理解SPWM控制方法。</p><p>　　技術(shù)要求及初始條件：</p><p>　　1.三相異步電機(jī)參數(shù)： PN＝30KW，f＝50Hz，UAB＝380V ，定子電流IS＝60A，電流過載倍數(shù)γ＝2，nN＝1470

10、r/min 。</p><p>　　2.進(jìn)線交流電源：三相380V，頻率50Hz 。</p><p>　　3.性能指標(biāo)：調(diào)速范圍5：1，轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度在10％以內(nèi)，額定轉(zhuǎn)速和額定負(fù)載時(shí)裝置效率高于0.9，功率因數(shù)高于0.85，電網(wǎng)電壓波動(dòng)10％時(shí)，輸出電壓波動(dòng)不大于5％。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù): </b></p>

11、<p>　　1.交-直-交三相SPWM逆變器主電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2. 集成SPWM調(diào)制波發(fā)生器電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　3. 集成驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　4. 低頻補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　5. 檢測及保護(hù)電路設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　6.提供總電

12、路圖。</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求: </b></p><p>　　1．對系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說明系統(tǒng)工作原理。</p><p>　　2. 畫出單元電路圖，說明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過程。</p><p>　　3. 對項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。</p>

13、<p>　　3. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號及文字符號符合國家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4.課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。</p><p>　　三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖)</p><p><b>　　1 方案論證</b><

14、;/p><p><b>　　1.1 變極調(diào)速</b></p><p>　　變極調(diào)速一般是通過改變定子繞組的接線方式來改變電動(dòng)機(jī)的定子繞組極對數(shù)，從而達(dá)到調(diào)速的目的。它既不是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，也不是恒功率調(diào)速方式。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn):</b></p><p>　　1 具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定

15、性良好。</p><p>　　2 無轉(zhuǎn)差損耗，效率高。</p><p>　　3 接線簡單、控制方便，易維修、價(jià)格低。</p><p><b>　　缺點(diǎn):</b></p><p>　　有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速，且由于受到電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)2-3種極對數(shù)的有級調(diào)速，調(diào)速范圍相當(dāng)有限。<

16、/p><p>　　1.2 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速</p><p>　　變轉(zhuǎn)差率調(diào)速實(shí)現(xiàn)方法眾多，例如調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速和滑差離合器調(diào)速等方法。</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)的輸出功率的表達(dá)式為:</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p><b>　　其中M—電磁

17、轉(zhuǎn)矩。</b></p><p>　　ω—電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的速度。</p><p>　　—旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度</p><p><b>　　s—轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　式(1一1)中稱為交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率，這一部分功率主要消耗在轉(zhuǎn)子阻抗上。因此，當(dāng)s增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的損耗也將會增大。由此可以看出，調(diào)節(jié)電機(jī)

18、轉(zhuǎn)差率、調(diào)速是一種耗能的調(diào)速方法，是低效率的調(diào)速方式。</p><p><b>　　1.3 變頻調(diào)速</b></p><p>　　是通過改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法即調(diào)節(jié)來調(diào)速。在轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)、基本不變，交流電動(dòng)機(jī)的輸出與輸入電磁功率。:成比例變化，損耗基本沒有增加，是一種高效的調(diào)速方法。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn): 效率高，調(diào)速

19、過程中無附加損耗。應(yīng)用范圍廣，可用于籠型交流電動(dòng)機(jī)。調(diào)速范圍大，特性硬，精度高。對于低負(fù)載運(yùn)行時(shí)間較多或起停運(yùn)行較頻繁的場合，</p><p>　　缺點(diǎn): 技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)檢修困難。從上述比較可以看出，與變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速相比，變頻調(diào)速可在寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，并可獲得很好的起動(dòng)和運(yùn)行特性，是一種效率比較高的調(diào)速方法。</p><p><b>　　最有調(diào)速為變頻調(diào)

20、速</b></p><p>　　2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的u/f控制方式</p><p>　　電機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場磁力線的結(jié)果，本質(zhì)上是定子繞組的自感電動(dòng)勢。其三相交流異步電機(jī)每相電動(dòng)勢的有效值是:</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中:—?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯?/p>

21、中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值;</p><p>　　—與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù);</p><p><b>　　—定子頻率;</b></p><p>　　—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù);</p><p><b>　　—每極氣隙磁通量;</b></p><p>　　由上式可見，如果定子每相電動(dòng)勢的有

22、效值不變，改變定子頻率時(shí)會出現(xiàn)下面兩種情況:如果大于電機(jī)的額定頻率廠N，那么氣隙磁通量中、就會小于額定氣隙磁通量中、。其結(jié)果是:盡管電機(jī)的鐵心沒有得到充分利用是一種浪費(fèi)，但是在機(jī)械條件允許的情況下長期使用不會損壞電機(jī)。</p><p><b>　　(1)基頻以下調(diào)速</b></p><p>　　由式(2-1)可知，要保持中不變，當(dāng)頻率關(guān)從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必同時(shí)降低使

23、常數(shù)，即采用電動(dòng)勢與頻率之比恒定的控制方式。當(dāng)電動(dòng)勢的值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓，則得常數(shù)。這是恒壓頻比的控制方式。在恒壓頻比的條件下改變頻率f時(shí)，我們能證明:機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖2-1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)矩T增大到最大值后，特性曲線就折回來了。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速n下都具有額定電流，則電機(jī)都能在溫升允許條件下長期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩T基本上隨磁通變化，由于在基頻以下調(diào)速時(shí)磁通恒定，所以轉(zhuǎn)矩T也恒定。根據(jù)電機(jī)

24、與拖動(dòng)原理，在基頻以下調(diào)速屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的性質(zhì)。低頻時(shí)，和都較小，定子阻抗壓降所占的分量就比較顯著，不能再忽略。</p><p><b>　　(2)基頻以上調(diào)速</b></p><p>　　在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從往上增高，但電壓卻不能超過額定電壓, 最多只能保持=、。由式(2-1)可知，這將迫使磁通隨頻率升高而降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。在基頻關(guān)以

25、上變頻調(diào)速時(shí)，由于電壓=不變，我們不難證明當(dāng)頻率提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩T減小，機(jī)械特性上移，如圖2-2所示。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動(dòng)勢必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩T減小。由于轉(zhuǎn)速n升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。</p><p>　　把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得圖2-3所示的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性。</p><p>　　3 SPWM控制技術(shù)原理</p>

26、;<p>　　逆變器的輸出波形是一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，</p><p>　　產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波SPWM的原理是;用一組等腰三角形波與一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，如圖3-2所示，其相交的時(shí)刻(即交點(diǎn))來作為開關(guān)管“開”或“關(guān)”的時(shí)刻。正弦波大于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通;當(dāng)正弦波小于三角載波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件截止。</p><p><b>　　u</b&

27、gt;</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　u</b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　圖3-1與正弦波等效的等幅脈沖序列波

28、</p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　－1</b></p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　　0</b>&l

29、t;/p><p><b>　?。?</b></p><p>　　圖3-2 SPWM控制的基本原理圖</p><p>　　3.1 單極性SPWM控制技術(shù)</p><p>　　如圖3-3所示。這時(shí)的調(diào)制情況是:當(dāng)正弦調(diào)制波電壓高于三角載波電壓時(shí)，相應(yīng)比較器的輸出電壓為正電平，反之則為零電平。只要正弦調(diào)制波的最大澎氏于三角載波的

30、由圖3-3（A)的調(diào)制結(jié)果必然形成圖3-3(B)所示的等幅不等寬而且兩側(cè)窄中間寬的SPWM脈寬調(diào)制波形。負(fù)半周用同樣的方法調(diào)制后再倒相而成。</p><p><b>　　調(diào)制波</b></p><p><b>　　載波（A）</b></p><p><b>　　（B）</b></p>&

31、lt;p>　　(A)調(diào)制波和載波 (B)單極性SPWM波形</p><p>　　圖3-3單極性脈寬調(diào)制波的形成</p><p>　　單極性調(diào)制的工作特點(diǎn):每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷的工作，另一個(gè)完全截止;而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工作情況正好相反。流經(jīng)負(fù)載Z的便是正、負(fù)交替的交變電流，如圖3-4所示。</p>&

32、lt;p>　　3.2 雙極性SPWM控制技術(shù)</p><p>　　雙極性調(diào)制技術(shù)與單極性相同，只是功率開關(guān)器件通斷情況不一樣。繪出了三相雙極式的正弦脈寬調(diào)制波形。當(dāng)A相調(diào)制波>時(shí)，V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷，使負(fù)載上的相電壓為UA=+U/z(假設(shè)交流電機(jī)定子繞組為星型聯(lián)接，其中性點(diǎn)0與整流器輸出端濾波電容器的中點(diǎn)0相連，那么當(dāng)逆變器任一相導(dǎo)通時(shí)在電機(jī)繞組上所獲得的相電壓為U/2,當(dāng)，V1關(guān)斷而V2導(dǎo)通，則UA

33、=-U/2 )所以A相電壓是以+U/2和-U/2為幅值作正、負(fù)跳變的脈沖波形。同理，的是由V3和V4交替導(dǎo)通得到的，的是由V5和V6交替導(dǎo)通得到的。由和相減，可得逆變器輸出的線電壓波形。的脈沖幅值為+U和－U。盡管相電壓是雙極性的，但是合成后的線電壓脈沖系列與單極性相電壓合成的結(jié)果一樣都是單極性的。</p><p>　　綜上所述，雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn):逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)

34、律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，而流過負(fù)載Z的電流是按線電壓規(guī)律變化的交變電流，如圖3-5所示。</p><p>　　3.3 SPWM的調(diào)制方法</p><p>　　SPWM波畢竟不是真正的正弦波，它仍然含有高次諧波的成分，因此盡量采取措施減少它。圖3-6是通過電動(dòng)機(jī)繞組的SPWM電流波形。顯然，它僅僅是通過電動(dòng)機(jī)繞組濾波后的近似正弦波。圖中給出了載波在不同頻率時(shí)的SPWM電流波形，可見載波頻率越高，

35、諧波波幅越小，SPWM波形越好。因此希望提高載波頻率來減小諧波。另外，高的載波頻率使變頻器和電機(jī)的噪聲進(jìn)入超聲范圍，超出人的聽覺范圍之外，產(chǎn)生“靜音”的效果。但是，提高載波的頻率要受逆變開關(guān)管的最高開關(guān)頻率限制，而且也形成對周圍電路的干擾源。</p><p>　　SPWM的調(diào)制方式有三種:同步調(diào)制、異步調(diào)制和分段同步調(diào)制。在一個(gè)調(diào)制信號周期內(nèi)所包含的三角載波的個(gè)數(shù)稱為載波頻率比。在變頻過程中艱口調(diào)制信號周期變化過

36、程中，載波個(gè)數(shù)不變的調(diào)制稱為同步調(diào)制，載波個(gè)數(shù)才應(yīng)變化的調(diào)制稱為異步調(diào)制。</p><p>　　3.3.1 同步調(diào)制</p><p>　　在改變正弦信號周期的同時(shí)成比例地改變載波周期，使載波周期與信號頻率的比值保持不變。對于三相系統(tǒng)，為了保證三相之間對稱，互差相位角，通常取載波頻率為3的整數(shù)倍。而且，為了雙極性調(diào)制時(shí)每相波形正負(fù)波形對稱，上述倍數(shù)必須是奇數(shù)，這樣在信號波處，載波的正負(fù)半周恰

37、好分布在處的左右兩側(cè)。由于波形的左右對稱，這就不會出現(xiàn)偶次諧波問題。但是這種調(diào)制，在信號頻率較低時(shí)，載波的數(shù)量顯得稀疏，電流波形脈動(dòng)大，諧波分量劇增，電動(dòng)機(jī)的諧波損耗及脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。而且，此時(shí)載波的邊頻帶靠近信號波，容易干擾基波頻域。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，必須在低頻時(shí)提高載波比，這就是異步調(diào)制方式。</p><p>　　3.3.2 異步調(diào)制</p><p>　　異步調(diào)制方式是指在整個(gè)變頻

38、范圍內(nèi)，載波比都是變化的。一般在改變調(diào)制頻率時(shí)保持三角載波頻率不變，因此提高了低頻時(shí)的載波比，在低頻工作時(shí)，逆變器輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可以隨著輸出頻率的降低而增加，相應(yīng)的減小了負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與噪聲，改善了低頻時(shí)的工作特性。但是由于載波比隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，逆變器輸出電壓的波形其相位也會發(fā)生變化，很難保持三相輸出的對稱關(guān)系，因此會引起電動(dòng)機(jī)的工作不穩(wěn)定。</p><p>　　3.3.3 分段同步調(diào)

39、制</p><p>　　為了克服同步調(diào)制和異步調(diào)制的缺點(diǎn)，可以將他們結(jié)合起來，組成分段同步調(diào)制方式。分段同步調(diào)制是指在一定的頻率范圍內(nèi)，采用同步調(diào)制，保持輸出波形對稱的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)頻率降低較多時(shí)，使載波比分段有級的增加，這樣就利用了異步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)方法是把逆變器整個(gè)變頻范圍劃分為若干個(gè)頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比恒定，對于不同頻段取不同的載波比，頻率較低載波比取大點(diǎn)，一般有經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可取.</p>

40、<p>　　4 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-1為變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體方框圖，其中主電路部分由整流電路、濾波電路、逆變電路和驅(qū)動(dòng)電路與吸收電路組成</p><p>　　4.2 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路原理圖如圖4-2所示，由整流電路、濾波電

41、路、逆變電路和吸收電路組成。主電路采用典型的交一直一交電壓源型通用變頻器結(jié)構(gòu)，輸入功率級采用單相橋式不可控整流電路RB1，整流輸出經(jīng)中間環(huán)節(jié)大電容(由C1到C4電容組成)濾波，獲得平滑的直流電壓。逆變部分通過功率器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出交變的脈沖電壓序列。由于功率器件開關(guān)頻率過高，會產(chǎn)生電壓尖脈沖，因此需要吸收電路來消除該尖峰。圖中C5為C型吸收電路，R6到R11和C6到C11組成RC型吸收電路。發(fā)光二極管DS1用來顯示濾波電容兩

42、端的電量。</p><p>　　圖4-2主電路原理圖</p><p>　　下面詳細(xì)介紹各個(gè)部分電路及元件參數(shù)(被控電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:△聯(lián)接，額定功率為= 60W,額定電壓=220V,額定電流=60A,額定頻率= 50Hz，額定轉(zhuǎn)速n=1470r/min.)</p><p>　　4.2.1 逆變電路</p><p>　　三相交流負(fù)載需要三相逆變器，

43、在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為可控元件的電壓型三相逆變電路如圖4-3所示，可以看出電路由三個(gè)半橋組成。</p><p>　　電壓型三相逆變橋的基本工作方式與單相逆變橋相同，也是導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相(同一半橋)上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的時(shí)間依次相差。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)臂，下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通

44、。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此，也被稱為縱向換流。</p><p>　　用T記為周期，只要注意三相之間互隔T／3(T是周期)就可以了，即B相比A相滯后T／3，C相又比B相滯后T／3。</p><p>　　具體的導(dǎo)通順序如下：</p><p>　　第1個(gè)T／6：V1，V6，V5導(dǎo)通，V4，V3，V2截止：</p><p>

45、;　　第2個(gè)T／6：Vl，V6，V2導(dǎo)通，V4。V3，V5截止：</p><p>　　第3個(gè)T／6：V1，V3，V2導(dǎo)通，V4，V6，V5截止：</p><p>　　第4個(gè)T／6：V4，V3，V2導(dǎo)通，V1，V6，V5截止：</p><p>　　第5個(gè)T／6：V4，V3，V5導(dǎo)通，V1，V6，V2截止：</p><p>　　第6個(gè)T／6：V4

46、，V6，V5導(dǎo)通，V1，V3，V2截止。</p><p>　　下面來分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形。</p><p>　　對于A相輸出來說，當(dāng)橋臂l導(dǎo)通時(shí)，</p><p><b>　　當(dāng)橋臂4導(dǎo)通， </b></p><p>　　因此，的波形是幅值為的矩形波。B，C兩相的情況和A相類似，的波形形狀和相同，只是相

47、位依次相差。三相逆變電路輸出電壓波形如圖4-4：</p><p>　　4.2.2 驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　IR2110還設(shè)有保護(hù)功能SD端(1l腳)。只有當(dāng)SD端輸入為邏輯高電平時(shí)，控制信號才有效。驅(qū)動(dòng)芯片IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋電路如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 IR2llO驅(qū)動(dòng)半橋電路</p><p><b&g

48、t;　　工作過程如下：</b></p><p>　　兩個(gè)輸出通道(上通道H0及下通道LO)通過邏輯電路與輸入信號HIN和LIN相對應(yīng)，當(dāng)保護(hù)輸入端SD為高電平時(shí)，施密特觸發(fā)器反相器的輸出端為低電平，兩個(gè)RS觸發(fā)器的置位信號無效，則兩或非門的輸出跟隨HIN及LIN變化，控制信號有效；當(dāng)SD端輸入低電平時(shí)，因施密特觸發(fā)器的輸出端為高電平，兩個(gè)RS觸發(fā)器置位，兩或非門輸出恒為低電平，控制信號無效。只有當(dāng)sD

49、端輸入恢復(fù)低電平，且HIN和LIN輸出脈沖的上升沿到來時(shí)，控制信號才有效。</p><p>　　4.2.3 吸收電路</p><p>　　開關(guān)過電壓是IGBT在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的過電壓，也叫瞬態(tài)過電壓，消除這種電壓尖峰的電路叫吸收電路(snubber)。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電路如圖4-6

50、所示。由于保護(hù)電路屬于系統(tǒng)的弱電控制部分，而故障信號又是從主電路中取出的，為保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定應(yīng)實(shí)行弱電和強(qiáng)電隔離，即使兩者之間既保持控制信號聯(lián)系，又要隔絕電氣方面的聯(lián)系。這就要求我們在設(shè)計(jì)保護(hù)電路的同時(shí)應(yīng)該考慮抗干擾問題。以下將分別介紹各個(gè)保護(hù)裝置。</p><p>　　圖4-6系統(tǒng)的保護(hù)電路</p><p>　　4.3.1 過壓、欠壓保護(hù)電路</p><p>　　

51、系統(tǒng)中設(shè)置了直流電壓過壓、欠壓保護(hù)電路。因?yàn)镮GBT集射極耐壓及承受反壓的能力有限，而我國電網(wǎng)電壓的線性度較差，電壓會有一定的波動(dòng)范圍，這會導(dǎo)致直流回路過壓或欠壓，因此應(yīng)設(shè)置直流電壓過壓、欠壓保護(hù)電路，如圖4-7所示。</p><p>　　直流電壓保護(hù)信號取自主回路濾波電容器兩端，經(jīng)電阻R1,R4分壓和光耦隔離后送入控制電路。光電耦合器是用來抑制輸入信號的共模干擾。利用光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號源

52、隔離開來，也就是把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開。被測信號通過光電耦合獲得通路，而共模干擾由于不能形成回路而得到有效抑制。注意在這里的隔離光耦是工作在線性工作區(qū)內(nèi)。</p><p>　　圖4-7過壓、欠壓保護(hù)電路</p><p><b>　　(1)工作原理</b></p><p>　　在過(欠)壓保護(hù)中，當(dāng)采樣電壓高(低)于保護(hù)參考點(diǎn)V2 (V1)

53、，則OVH(OVL)輸出低電平，與其它故障信號相與后送入DSP的/PDPINTA中斷a，當(dāng)DSP的}PDPINTA管腳接收到低電平信號，DSP將做出相應(yīng)的中斷處理，立即封鎖PWM輸出及停止運(yùn)行。</p><p>　　(2)保護(hù)點(diǎn)參數(shù)選擇，設(shè)置電網(wǎng)電壓士10%為允許的電壓變化范圍。</p><p>　　欠壓保護(hù)電壓:U1 =(1-10%} = 311(1-10%) = 280V ( 4-1

54、6）</p><p>　　過壓保護(hù)電壓;U2=(1+10%}=311(1+10%)=342V (4-17)</p><p>　　4.3.2 限流啟動(dòng)電路</p><p>　　此電路是用來防止在開啟主回路時(shí)，由于儲能電容大，加之在接入電源時(shí)電容器兩端的電壓為零，故當(dāng)主電路剛合上電源的瞬間，濾波電容器的充電電流是很大的，過大的沖擊電流將可能使整流橋的二極管損

55、壞。因此為了保護(hù)整流橋，在主電路上串接入限流電阻R1，當(dāng)濾波電容上的電壓達(dá)到電機(jī)正常運(yùn)行的65%時(shí)，電壓繼電器常開觸頭閉合，將電阻y短路，結(jié)束限流起動(dòng)過程，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　四、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析（分析試驗(yàn)過程中獲得的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象或問題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確結(jié)果的原因和處理方法）</p><p>　　1.在基頻以下的變頻調(diào)速中，本文通過設(shè)定完全轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)腣

56、/F曲線，可以提升變頻后的最大轉(zhuǎn)矩，得到較好的控制特性。</p><p>　　2.變頻驅(qū)動(dòng)器主電路的逆變采用了SPWM調(diào)制技術(shù)，理論表明，當(dāng)載波頻率較高時(shí)，其輸出脈沖序列的基波電壓幅值與所要求的等效正弦波幅值相等。故這種調(diào)制方式能很好地滿足異步電機(jī)變壓變頻的要求。通過對其頻譜的分析，還證明了提高載波頻率，可以有效抑制諧波電壓和電流，從而改善電機(jī)的運(yùn)行性能。</p><p>　　3.專為電機(jī)

57、控制而設(shè)計(jì)的單片機(jī)8OC196MC能方便可靠地實(shí)現(xiàn)雙極性SPWM調(diào)制，特別適用于高頻逆變場合。其SPWM控制信號采用片內(nèi)WFG外設(shè)電路生成，用戶只需考慮調(diào)制函數(shù)表的設(shè)定，依靠查表和計(jì)算就可以快速確定SPWM占空比，極大地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　4.開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路使用IGBT專用混合驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，實(shí)驗(yàn)表明，使用集成混合驅(qū)動(dòng)電路具有較高的可靠性。</p><p>　　五、參

58、考文摘（相關(guān)文摘不少于5篇，記錄每篇文獻(xiàn)的作者姓名.文獻(xiàn)名稱.文獻(xiàn)發(fā)行城市：文獻(xiàn)出版社，出版年；文獻(xiàn)內(nèi)容摘要, 每篇不少于100字）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】阮毅、陳伯時(shí)編 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》第4版 上海：機(jī)械工業(yè)出版社 2009；</p><p>　　摘要：《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制

59、系統(tǒng):運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第4版)》第3版2003年出版，第3版主要體現(xiàn)了三方面的技術(shù)進(jìn)步：全控型電力電子器件取代半控型器件，變換技術(shù)由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制；模擬電子控制已基本上讓位于數(shù)字電子控制；交流可調(diào)拖動(dòng)系統(tǒng)逐步取代直流拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)成為不爭的事實(shí)，而且交流拖動(dòng)控制技術(shù)本身也有不小的進(jìn)展。第4版在繼承與發(fā)揚(yáng)第3版特色的基礎(chǔ)上，將計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)逐步融入運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能分析與設(shè)計(jì)中。第4版共3篇，第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)，第2篇交流調(diào)速

60、系統(tǒng)，第3篇伺服系統(tǒng)。編寫的思路繼承了前三版的特色，理論和實(shí)際相結(jié)合，應(yīng)用自動(dòng)控制理論解決運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，以轉(zhuǎn)矩和磁鏈(或磁通)控制規(guī)律為主線，由簡入繁、由低及高地循序深入，論述系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。為了適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，補(bǔ)充和添加了部分新內(nèi)容，以供選用。 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng):運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第4版)》可作為高等學(xué)校電氣工程與自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)的教材，也可供有關(guān)工程師和技術(shù)人員參考。<

61、/p><p>　　【2】阮毅、陳維鈞編 《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》 清華大學(xué)出版社 2006；</p><p>　　摘要：《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》按照《全國高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》編審委員會制定的要求編寫，適用于高等院校自動(dòng)化專業(yè)以及電氣工程與自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)本科“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程，也可供電力電子與電力傳動(dòng)研究生和從事運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工程技術(shù)人員參考?！哆\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》共3篇7章，內(nèi)容涵蓋: 可

62、控電源電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問題及機(jī)械特性，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)，交、直流調(diào)速系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及分析方法，反饋控制的基本特點(diǎn)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真軟件在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等。《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》以控制規(guī)律為主線，按照從直流到交流、從開環(huán)到閉環(huán)、從調(diào)速到伺服循序漸進(jìn)的原則編寫。</p><p>　　【3】謝青紅、 張?bào)憷缶?《TMS320F2812

63、 DSP原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》 電子工業(yè)出版社 2009；</p><p>　　摘要：《TMS320F2812 DSP原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》介紹了美國TI公司最新推出的TMS320F2812DSP芯片的原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。前5章介紹了TMS320F2812 DSP芯片的總體結(jié)構(gòu)及各個(gè)硬件功能模塊；第6章介紹了一些常用的DSP編程實(shí)例；第7～11章分別介紹了DSP在機(jī)器人、汽車、電力

64、電子、電機(jī)控制方面的應(yīng)用，并闡述了利用DSP對各種控制對象進(jìn)行控制的方法，結(jié)合每種控制原理和方法的介紹，給出了具體的編程實(shí)例和非常詳細(xì)的程序注釋?！禩MS320F2812 DSP原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》可作為工業(yè)領(lǐng)域中從事電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人、控制和電力電子技術(shù)的科研及工程技術(shù)人員的參考書，也可作為高等院校電力電子、自動(dòng)控制、電氣工程等專業(yè)的高年級本科生和碩士研究生的教學(xué)參考書。</p><p>　　【4

65、】王曉明編 《電動(dòng)機(jī)的DSP控制:TI公司DSP應(yīng)用(第2版)》 北京航空航天大學(xué)出版社 2009；</p><p>　　摘要：《電動(dòng)機(jī)的DSP控制:TI公司DSP應(yīng)用(第2版)》以TI公司的DSP為例，詳盡、系統(tǒng)地介紹了直流電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)、交流永磁同步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)這些常用電動(dòng)機(jī)的控制原理，并介紹了利用DSP對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的方法。結(jié)合每一種控制原理和方法的介紹，《電

66、動(dòng)機(jī)的DSP控制:TI公司DSP應(yīng)用(第2版)》都給出了具體的編程例子，并給出了非常詳細(xì)的程序注釋，使讀者一看就懂，一學(xué)就會。與第1版相比，增加了定點(diǎn)DSP數(shù)據(jù)Q格式表示法和交流異步電動(dòng)機(jī)無速度傳感器控制技術(shù)。電動(dòng)機(jī)的數(shù)字控制是電動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展趨勢，為電動(dòng)機(jī)控制而專門設(shè)計(jì)的DSP已逐漸地成為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全數(shù)字實(shí)時(shí)控制的最有力的工具?！峨妱?dòng)機(jī)的DSP控制:TI公司DSP應(yīng)用(第2版)》適合于對電動(dòng)機(jī)的DSP控制感興趣的初學(xué)者使用，可作為從事

67、電動(dòng)機(jī)控制和電氣傳動(dòng)研究的工程技術(shù)人員、高校教師、研究生和本科生自學(xué)用書。</p><p>　　【5】楊耕、 羅應(yīng)立編 《電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》 清華大學(xué)出版社 2006；</p><p>　　摘要：隨著教學(xué)改革的深入，各高等院校在自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化專業(yè)中把電動(dòng)機(jī)原理和電機(jī)控制系統(tǒng)合為一門課程已成為趨勢。本書是滿足相關(guān)教學(xué)需求的一本基礎(chǔ)教材。本書的主要內(nèi)容有： (1)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本原理