電壓型三相交流變頻調速系統設計

電子機電論文編號:JD976   論文字數:27897,頁數:54

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
第1章  前言 1
1.1  電力電子技術的發展與創新 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 電力電子器件發展回顧 1
1.1.3 電力電子器件發展趨勢 2
1.1.4 電力電子技術創新 2
1.2 設計本課題的總思路 3
1.3 設計任務及要求 3
第2章  變頻調速基本原理及應用 4
2.1  變頻調速技術的發展 4
2.1.1 變頻技術的發展方向 4
2.1.2 交流變頻調速技術的發展 5
2.2 變頻調速基本原理 6
2.2.1 變頻調速的工作原理p——磁極對數 6
2.2.2 變頻調速的控制原理 6
2.2.3 變頻調速的性能比較 7
2.3 變頻器 8
2.3.1 變頻器的選型 8
2.3.2 變頻器的工作原理 8
2.3.3 頻器的運行和相關參數的設置 9
2.4 變頻調速的應用 9
2.4.1 變頻調速技術的實際運用分析 9
2.4.2 我國變頻調速技術的應用 10
第3章  脈寬調制技術 11
3.1 相電壓控制PWM 11
3.1.1 等脈寬PWM法 11
3.1.2 隨機PWM 11
3.1.3 SPWM法 12
3.1.4 梯形波與三角波比較法 12
3.2 線電壓控制PWM 12
3.2.1 馬鞍形波與三角波比較法 13
3.2.2 單元脈寬調制法 13
3.3  電流控制PWM 13
3.3.1 滯環比較法 13
3.3.2 三角波比較法 14
3.3.3 預測電流控制法 14
3.4 空間電壓矢量控制PWM 14
3.5 矢量控制PWM 15
3.6 直接轉矩控制PWM 15
3.7 非線性控制PWM 15
第4章  系統的硬件設計 16
4.1 系統工作原理 16
4.1.1 SPWM技術原理 17
4.1.2 C8051實現SPWM波形的原理及算法 18
4.2 主電路的設計 20
4.2.1 整流電路設計 21
4.2.2 逆變電路的設計 21
4.2.3 逆變驅動電路的設計 21
4.2.4 轉速檢測電路 23
4.2.5 濾波電路的設計 23
4.3 光電隔離電路 24
4.4 過壓保護電路 25
4.5 8051控制電路 26
4.5.1 8051控制電路 26
4.5.2 PWM輸出與光耦驅動的接口電路 26
4.6 人機接口電路 26
第5章  系統的軟件設計 27
5.1 單片機程序設計 28
5.1.1 初始化程序 28
5.1.2 轉速調節程序 29
5.1.3 顯示中斷程序 29
5.1.4 故障中斷服務程序 30
5.1.5 顯示子程序及鍵盤服務程序流程圖 31
5.2 控制電路 31
5.3 最小脈沖問題分析 32
總結 32
參考文獻 33
致謝 34
附錄A 35

摘要：本課題主要是研究電壓型三相交流SPWM變頻技術的基本原理、實現方法及軟硬件設計，完成系統的軟硬件設計。要求完成內容主要有：1、變頻調速技術基本原理2、變頻調速基本原理3、控制方案確定4、軟件與硬件設計5、實驗調試。涉及的主要相關知識：電力電子及運動控制、微機控制。在通常情況下交流異步電動機用作調速機時，它的控制電路復雜，系統的效率較低。采用單片機微機控制的交流異步電動機變頻調速系統使起控制電路大為簡化，使用正弦脈寬調制（SPWM）驅動，系統效率也有所提高。
 交流異步電動機的變頻調速，實際中多采用脈沖寬度調制（PWM），完成調頻和調壓兩種功能。用單片微機實現（PWM）來控制可使調節靈活，電路簡化。本設計采用的MCS51系列的單片微機控制PWM，在300W的二相異步交流電機上進行運行實驗。
 傳統的交流變頻調速系統由正弦波和鋸齒波相交產生所需的脈寬調制波實現恒壓額比的變頻調速控制。這種系統由于采用模擬控制，設備復雜、調整困難，且控制精度低，可靠性差，因而限制了這種系統的應用。與上述傳統的系統相比，本系統具有如下特點：采用新型大規模專用集成電路產生脈寬調制波，使波形穩定，精度和可靠性顯著增加。以單片機8031CPU為核心的全數字控制．電路簡單，調整迅速，進一步提高了控制精度。
關鍵詞：電壓型三相PWM整流器，變頻調速，單片機，交流電機；

Design of three-phase Voltage-type Inverter Control System
ABSTRACT： Focus is Studying SPWM three-phase voltage-type AC inverter with the fundamental principles in this paper, and designing the methods and software and hardware, and complete system software and hardware. The main completion on: 1.the basic principles of VVVF technology 2. three basic principles of Frequency Control, the control scheme for the 4, 5 software and hardware design, experimental debugging. The main relevant knowledge: power electronics and motion control, computer control. Under normal circumstances in exchange for motor asynchronous speed machine, it's complicated control circuits, the system's efficiency is low. SCM using computer control the exchange of asynchronous motor Frequency Control System that has greatly simplified control circuit, the use of SPWM (SPWM) drive, the system has improved efficiency.    Induction Motor Frequency Control, in the actual use of pulse width modulation (PWM), and completed FM Surge two functions. To achieve single-chip microprocessor (PWM) to control can adjust flexibly, to simplify circuit. This design by the MCS51 series of single-chip microprocessor achives PWM control, 300W in the two-phase asynchronous motor exchanges on running the experiment.
    The traditional exchange of Frequency Control System from the intersection of a sine wave and the sawtooth PWM wave of constant pressure to achieve than the frequency for arrest control. As a result of this analog control system, equipment complex and difficult adjustment, and low-precision control, reliability poor, thus limiting the application of such a system. With the traditional systems, this system has the following characteristics: a new type of large-scale ASIC PWM wave, the wave stability, accuracy and reliability of a significant increase in SCM (8031 CPU as the core of digital control. Circuit simple to adjust quickly to further enhance the control accuracy.
Keywords：Three-Phase PWM voltage rectifier, Frequency Control, SCM, AC motor, computer control