變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以分為兩個(gè)重要部分

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以分為兩個(gè)重要部分，軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)首先簡(jiǎn)要闡述了變頻調(diào)速的基礎(chǔ)技術(shù)，SPWM理論及常用的設(shè)計(jì)方法等。 然后對(duì)變頻 調(diào)速的硬件做了系 統(tǒng)電路地描述。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的主電路、控制電路、各種保護(hù)電路及控制 實(shí)現(xiàn)的軟件都進(jìn)行了 系統(tǒng)的分析。主電路部分給出了整流、濾波、逆變器等器件各個(gè)環(huán)節(jié)的 參數(shù)的計(jì)算。控制電路采用TMS320F2812、顯示電路、輸入電路、檢測(cè)電路等，并配備了 系統(tǒng)保護(hù)電路。在硬件電路的基礎(chǔ)上，用MATLAB工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的SPWM仿真。仿真實(shí) 驗(yàn)結(jié)果表明，這些設(shè)計(jì)使系統(tǒng)能夠可靠工作，運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了設(shè) 計(jì)目的。最后給出了各個(gè)軟件設(shè)計(jì)的系

2、統(tǒng)流程圖。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制，IPM，智能功率模塊，SPwM，TMS320F28124一SummaryThe variablespeedCallbe divided into twoimportant parts：soft designand hardware designThe designfirstly explains the basic techniquesof the variable speed，the theory andmethod of the SPWMThen the major hardware circuit is introduced，Especilly

3、 TMS320F2812 and IPMThe calculation about parameter is madein the major circuitAt the same time the security of the circuit was equippedDSP was regarded as the controller core of the SPWMa system modelwhich control system speed openand closeloopwith SPWM，we simulate andanalyze the control system thr

4、oughMATLABThesimulation results demonstrate that it is a high value topopularize and apply thecontrolling systemFinallyThe design also gave the flow chart about the soft designKeyword：variblefreqency adjusting speed，IPM，SPWMPower Supply ModuleTMS320F2812，5貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文 附：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 原創(chuàng)性聲明本人

5、鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本 論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。 對(duì)本文的研究曾做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確 方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律責(zé)任由We establish本人承擔(dān)。 論文作者簽名：也是壘El期：2QQ澀生 旦關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解貴州大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)貴州大學(xué)可以將本學(xué)位論丈的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印或其他

6、復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名：德題導(dǎo)師簽名：鞋日霸：貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章交流調(diào)速的發(fā)展11交流調(diào)速的意義電動(dòng)機(jī)及其控制在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用。 無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、運(yùn) 輸、國防宇航、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)施還是日常生活中的家用電器，都廣泛地使用 各種各樣的電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)是電能應(yīng)用的主要形式，是應(yīng)用最廣泛到機(jī)械能的變換裝置，世 界上超過60的發(fā)電 量用于驅(qū)動(dòng)各種各樣的以電動(dòng)機(jī)的為基礎(chǔ)的電力傳動(dòng)裝置與系統(tǒng)。 其中 許多的機(jī)械有著調(diào)速 的要求，如車輛、機(jī)床、造紙機(jī)械、紡織機(jī)械等等。 另一類設(shè)備如風(fēng)機(jī)、 水泵等節(jié)約電能也需要調(diào)速。為了減少運(yùn)

7、行的損耗，滿足生產(chǎn)工藝等要求為目的，需要對(duì) 電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。鑒于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能， 高性能可調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流電 動(dòng)機(jī)。在過去，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)占據(jù)主導(dǎo)地位。 但是直流電動(dòng)機(jī)本身在機(jī)構(gòu)上存在 嚴(yán)重的問題，它的機(jī) 械接觸式換向器不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴；而 且運(yùn)行中容易產(chǎn)生火 花，以及更換機(jī)械強(qiáng)度不高，電刷易于磨損等，在運(yùn)行中需要有經(jīng)常性 的維護(hù)，同時(shí)對(duì)環(huán)境 的要求也比較高，不能使用于化工、礦山等周圍環(huán)境中，如有粉塵、腐 體和易燃、易爆氣體 的場(chǎng)合：即便應(yīng)用在車輛牽引上，也感到維護(hù)檢修不便，特別是由于換 向問題的存在，直流電動(dòng)機(jī)無法做成高速大容量的機(jī)組， 目

8、前高速直流電動(dòng)機(jī)所能做到的最 大容量只有400千瓦 左右，低速的也只能做到幾千千瓦，容量較大的直流電機(jī)往往要做成雙 電樞，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)向高速大容量化發(fā)展的要求。 眾所周知，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)是一 種控制性能非常優(yōu)越的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橛趲缀沃行跃€上， 電機(jī)的勵(lì)磁回路所產(chǎn)生的勵(lì)磁電流與 電樞回路所產(chǎn)生的電樞電流在空間是相互垂直的。若不考慮磁路飽和的影響，它們之間沒有 耦合關(guān)系，互不影響，可以分別獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以它調(diào)速方便，只要改變電機(jī)的輸入電壓電 流，就可以在寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，而且在磁場(chǎng)一定的條件下它和電樞電流成正比， 它的轉(zhuǎn)矩易于控制，因此直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)比較容易得到良好的動(dòng)態(tài)特性，

9、所以過去直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。而交流電機(jī)早在十九世紀(jì)八十年代中期 就己?jiǎn)柺?，由于它具有消耗原料少、制造成本低、結(jié)構(gòu)牢固、運(yùn)行安全可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 以及易于向高壓、高速度和大容量方向發(fā)展等特點(diǎn)，迅速得到廣泛的應(yīng)用。這種所謂的不變速系統(tǒng)是指交流電機(jī)本身不進(jìn)行調(diào)速，而為了達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制又不得不采用其它的措 施進(jìn)行調(diào)速，從而白自消耗了大量的電能。這樣，如何從本質(zhì)上改變交流電機(jī)調(diào)速控制特性， 使之具有直流電機(jī)1貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文的調(diào)速性能，便成為近幾十年來電氣傳動(dòng)研究工作者努力研究的主要課 題之一。交流調(diào)速系統(tǒng)具有以下幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：交流電動(dòng)機(jī)的價(jià)格遠(yuǎn)低于直流電動(dòng)機(jī)，

10、而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造方便、堅(jiān)固耐用、可靠性和運(yùn)行效率高，不易出故 障，維修工作量?。皇褂脠?chǎng)合沒有限制，在惡劣的甚至是含有易燃易爆性氣體的環(huán)境中安全 運(yùn)行；單機(jī)容量遠(yuǎn)大于直流電動(dòng)機(jī)。正是由于交流電動(dòng)機(jī)的這種優(yōu)勢(shì)，使它在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍比直流 電動(dòng)機(jī)要廣泛得多，約占整個(gè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康?0%以上。在整個(gè)電機(jī) 調(diào)速中有重要的地位。而制約交流調(diào)速發(fā)展的重要原因是， 交流電機(jī)是高階、多變量、強(qiáng)耦合、 非線性系統(tǒng)，與直流電機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩難于控制。交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)及自動(dòng)控制于一身的一項(xiàng)技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，它是通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率來控制轉(zhuǎn)速， 從而實(shí)現(xiàn)交流

11、電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一種方法。交流變頻調(diào)速以其調(diào)速范圍廣，平滑性好，具有優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)特性，顯著的節(jié)能效果和廣泛的適用性被公認(rèn)為應(yīng)用性好、效率高，是理想的電氣傳動(dòng)方案。隨著電力電子學(xué)與電子技術(shù)的發(fā)展， 新型電力電子器件不斷涌現(xiàn)，微處理器的進(jìn)步，使得采用半導(dǎo)體交流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的不斷創(chuàng)新，為交流電力傳動(dòng)的開發(fā)創(chuàng)造了有利條件，使得交流電力傳動(dòng)加寬了調(diào)速范圍、提高了穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行的技術(shù)性能。隨著各種功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的相繼問世，使得長(zhǎng)期阻礙變頻技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題一如何構(gòu)成經(jīng)濟(jì)、可靠的高性能大功率變頻器得

12、到解決，從而使變頻調(diào)速方式在工業(yè)應(yīng)用中顯示出強(qiáng)大的生命力。近年來，隨著數(shù)字化控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得巨大發(fā)展，先進(jìn)的控制理論（如磁場(chǎng)定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）被廣泛應(yīng)用，變頻裝置中的電器件如IGBT、IGCT等性能大大提高，冋時(shí)核心控制計(jì)算機(jī)從16位機(jī)發(fā)展到普遍使用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),來進(jìn)行復(fù)雜的控制算法運(yùn)算，快速運(yùn)算和高精度控制?，F(xiàn)代的數(shù)字化控制變頻調(diào)速系統(tǒng)噪聲大大降低，耗電大幅度減少，并且可以得到良好的電流波形，從而使系統(tǒng)更加可靠。同時(shí)調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率和使用性等方面都是不可比擬的。目前全數(shù)字化控制變頻調(diào)速電流響應(yīng)可達(dá)到0.卜0.7ms,速

13、度響應(yīng)可達(dá)到2-4 ms,足以滿足傳動(dòng)領(lǐng)域當(dāng)前的需要。交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，成為主要的傳動(dòng)裝置，現(xiàn)代高速列車、地鐵、電動(dòng)汽車都采用了交流調(diào)速系統(tǒng)。2貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文1.2電力電子技術(shù)變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。在低壓交流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)控制中，應(yīng)用最多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊IPM(IntelligentPower Module)，后面兩種集GTR的低飽和電壓特性和MOSFET的高頻開關(guān)特性于一體，是 目前變頻系統(tǒng)和通用變頻器中最廣泛使用的主流功率器件。IGBT作為第二代的電力電子器件，它的應(yīng)用使變頻器的性能有了很大的提高，主要表

14、現(xiàn)為：發(fā)熱減少，將曾占主回路發(fā)熱5070%的器件發(fā)熱降低了30%:高載波控制，使輸出電流波形有明顯改善：提高開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行的靜音化：驅(qū)動(dòng)功率減少，體積趨于更?。恢悄芄β誓K（IPM）是向第四代器件功率集成電路（PIC）的過渡產(chǎn)品，是 微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 它不但提供一定功率輸出能力， 而且具有 邏輯、控制、傳感、檢測(cè)、保護(hù)和自診斷等功能。IPM具有以下特點(diǎn)：開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電流小，控制驅(qū)動(dòng)更為簡(jiǎn)單；采用了隔離技術(shù)，散熱更均勻，體積更加緊湊；集成度高，它集成了驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路甚至光耦，大大縮短開發(fā)時(shí)間：內(nèi)含電流傳感器，可以高效迅速地檢測(cè)出過電流和短路電流，能對(duì) 功率

15、芯片給予足夠的保護(hù)，故障率大大降低；保護(hù)功能豐富，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、溫度保護(hù)等一應(yīng)俱全，實(shí)現(xiàn) 了信號(hào)處理、故障診斷、自我保護(hù)等多種智能功能，既減小了體積、減輕了重量，又提高了可靠性；由于在器件內(nèi)部電源電路和驅(qū)動(dòng)電路的配線設(shè)計(jì)上做到優(yōu)化，所以 浪涌電壓，門極振蕩，噪聲引起的干擾等問題能有效得到控制；很高的性能價(jià)格比，IPM的售價(jià)已逐漸接近IGBT，而采用IPM后 的開關(guān)電源容量、驅(qū)動(dòng)功率容量的減小和器件的節(jié)省以及綜合性能提高等因素3貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文后在許多場(chǎng)合其性價(jià)比己高過IGBT，有很好的經(jīng)濟(jì)性；目前IPM己經(jīng)在工業(yè)變頻器（中、小功率）中被大量米用，隨著技術(shù)的不 斷改進(jìn)，IPM的功率也

16、越來越大。同時(shí)經(jīng)濟(jì)型的IPM在近年內(nèi)也開始在一些民用品 如家用空調(diào)變頻器、冰箱變頻器、洗衣機(jī)變頻器中得到應(yīng)用。IPM也在向更高的水平發(fā)展。 日本三菱電機(jī)最近開發(fā)的專用智能模塊ASTPM將不需要外接光耦，通過內(nèi)部自舉電路可 單電源供電并采用了低電感的封裝技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化、專用化、高性能、低成本方面又推進(jìn)了一步。1.3國內(nèi)外交流調(diào)速的現(xiàn)狀1.3.1國外現(xiàn)狀：在大功率交一交變頻調(diào)速技術(shù)方面，法國阿爾斯通己能提供單機(jī)容量達(dá)3萬h的電氣傳動(dòng)設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。在大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方 面，意大利ABB公司提供了單機(jī)容量為6萬h的設(shè)備用于抽水蓄能電站。 在中功率變頻調(diào)速 技術(shù)方面，德國西

17、門子公司SimovertA電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為102600kVA和Si g vertPGToPWM變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為100900kra,其控制系統(tǒng) 己實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，用于電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵傳動(dòng)。在小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)方面，日 本富士BJT變頻器最大單機(jī)容量可達(dá)700kVA，IGBT變頻器己形成系列產(chǎn)品，其控制系 統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。同時(shí)國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點(diǎn)：1)市場(chǎng)的大量需求。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短 缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行 業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能場(chǎng)合，已取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。2)功率器件的

18、發(fā)展。 近年來高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件 的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高低壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生 產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。3)控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊 控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)：16位、32位高速 微處理器以及信號(hào)處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，為 實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能提供了硬件手段。4貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文4)基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，交頻器相關(guān)配套件社會(huì)化、專 業(yè)化生產(chǎn)。132國內(nèi)現(xiàn)狀從總體上看我國電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平差距10一15年。在大功率交一

19、交、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面， 國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造， 但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當(dāng)差距。 而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站 機(jī)組起動(dòng)及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷揚(yáng)方面有很大需求。在中小功 率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)學(xué)者作了大量的變頻理論的基礎(chǔ)研究，早在80年代，已經(jīng)成功引進(jìn)了矢量控制的理論， 針對(duì)交流電機(jī)具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦和 非線性解耦的方法，探討交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制策略。進(jìn)入90年代，隨著高性能單片機(jī) 和數(shù)字信號(hào)處理器的使用，國內(nèi)學(xué)者緊跟國外最新控制策略，針對(duì)交流感應(yīng)電機(jī)特點(diǎn)，采用 高次諧波注入SPWM和空間磁通矢量P刪等方法

20、，控制算法采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì) 感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線觀測(cè)， 在實(shí)現(xiàn)無速度傳感器交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研 究上作了大量有益 基礎(chǔ)研究。在新型電力電子器件應(yīng)用方面，由于GTR、GTO、IGBT、IPM等全控器件的使用， 使得中小功率的變流主電路大大簡(jiǎn)化， 大功率SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的并聯(lián)、串聯(lián) 技術(shù)應(yīng)用，使高電壓、大電流變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。在控 制器件方面，實(shí)現(xiàn)了從16位單片機(jī)到32位DSP的應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者并一直致力于變頻調(diào) 速新型控制策略的研究，但由于半導(dǎo)體功率器件和DSP等器件依賴進(jìn)口，使得變頻器的制 造成本較高，無法形成產(chǎn)業(yè)化，與國外的知名

21、品牌相抗衡。 國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的vf控制，僅有少量的樣機(jī)采用矢量控制， 品種與質(zhì)量還不能滿足市場(chǎng)需要， 每年大量進(jìn) 口高性能的變頻器。國內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下。a)變頻器的整機(jī)技術(shù)落后， 國內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力但 由于力量分散，并沒有形成定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。b)變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)還不成熟。c)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。d)產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平不高。產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平 不高。5貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文14論文的來源永青示儀電科技有限公司所使用的變頻器均采用外購。 外購的變頻器本 身的價(jià)格比較 高。他們希望有一套具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的變頻器。

22、鑒于此，本人與該廠技術(shù) 人員合作共同開發(fā)和 設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)計(jì)劃分為三大部分：第一是設(shè)計(jì)系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)，第二是結(jié)構(gòu) 工藝的設(shè)計(jì)，第三是采購各個(gè)系部分元件組成變頻器并調(diào)試產(chǎn)品。15論文的設(shè)計(jì)任務(wù)本論文就是從設(shè)計(jì)系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)， 重點(diǎn)分析變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要組成模塊，各個(gè)模塊的選型，以及設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 最后利用MatlabSimulink仿 真工具對(duì)各個(gè)模塊進(jìn) 行仿真。在開環(huán)控制系統(tǒng)得基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真，然后設(shè)計(jì)PI控制器并組 成閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿 真，進(jìn)而驗(yàn)證變頻調(diào)速硬件電路的設(shè)計(jì)的正確性和可行性。本設(shè)計(jì)是以 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的交流異 步電動(dòng)機(jī)為樣機(jī)的，但變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)適合各種異步電動(dòng)機(jī)。16變頻調(diào)速系統(tǒng)指標(biāo) 控

23、制系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般從系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)上衡量。 本設(shè)計(jì)系 統(tǒng)需要完成的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)為：D;10,S一0.05，系統(tǒng)需要完成的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)為： 盯=(35)，上 升時(shí)間t-2.3s。1.7控制方案的選擇 交一交變頻一般只用于低轉(zhuǎn)速、大容量的調(diào)速系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)選擇交一直 一交變頻裝置。系統(tǒng)選用不可控整流橋來提高功率因數(shù)。 電流型交直交一般只用于要求頻 繁加減速的大容量電機(jī)傳動(dòng)， 而且電壓型逆變器能使直流電壓波形比較平直。因此逆變器設(shè) 計(jì)選用電壓型逆變器， 采用SPInt逆變技術(shù)。6貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章變頻調(diào)速的基本原理與方法21異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理概述在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)， 首先要考慮的一個(gè)

24、重要因素， 總是希望保持每極磁 通量中用為額 定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如 果過分增大磁通，又 會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞 電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的， 只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適， 保持中歷不變是很容 易做到的。而對(duì)于 交流電機(jī)，它只有一個(gè)供電回路，一個(gè)定子繞組，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁 動(dòng)勢(shì)合成產(chǎn)生的，這就使得它的控制比較困難。 三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是：易z4.44五W1rIV1西用（21）式中國 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為V； 矗一定子頻率，單位為日：；V1一定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；h。

25、一基波繞組系數(shù)；m。一每極氣隙磁通量肋；由式（2一1）可知，只要適當(dāng)控制和五， 便可達(dá)到控制磁通巾。 的目的， 在確保中。不變的情況下，分兩種情況考慮：1）基頻以下調(diào)速由式（2一1）可知，要保持。不變，當(dāng)頻率六從額定值凡向下調(diào)節(jié)時(shí)， 必須同時(shí)降低融，使等一，即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。 然而，繞組中的感應(yīng)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略 定子繞組的漏磁阻抗壓降，認(rèn)為定子相電壓U1一Eg,于是可得到：貴州大學(xué)碩士學(xué)位 論文魯這是恒壓頻比的控制方式。低頻時(shí)，q和t都很小，定子阻抗壓降所占的分量比較顯著，不可再忽 略,這時(shí)可以采取將電壓U曲線向上抬高的措施, 以便補(bǔ)償定子壓降。

26、帶定子壓降補(bǔ) 償?shù)暮銐侯l比控制特性如圖21中的曲線II所示,無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詾榍€I。田2一l恒壓瓤比控制特性I一無補(bǔ)償U(kuò)帶定子壓降樸償2）基頻以上調(diào)速U1IJlNFlN ft蟹22異步電機(jī)變壓變頻調(diào)邃控輯特性在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從五W往上增高， 但電壓U卻不能增加到比額定電壓U1IV還要大，最多只能保持與Uz%。由式(21)知，磁通將隨著的五增加而成反比例降低，相當(dāng)于直流電機(jī)的弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來， 可得到圖(2-2)所示的異步電機(jī)變壓交頻調(diào)控制特性。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流， 則電機(jī)都能在溫升允許條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，根

27、據(jù)電機(jī)原理，在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 ”的性質(zhì)，在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)，轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于 “恒功率調(diào)速 ”【3】22變頻調(diào)速裝置分類如上節(jié)討論， 對(duì)于異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速， 必須提供能夠同時(shí)改變電壓和頻率的交流電源?，F(xiàn)有的交流電源式恒壓恒頻的，因此，必須配備變壓變頻裝置，（通稱VVVF裝置）。最早的VwF裝置是旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組，現(xiàn)在的控制方式表明，為滿足變頻 調(diào)速的要求，必須同8貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文時(shí)改變電源的電壓和頻率。 現(xiàn)有的交流供電電源都是恒壓恒頻的， 因此， 必須通過變頻裝置 獲得變壓變頻的電源，這樣的裝置稱為靜止式變頻裝置。靜止式變頻裝置從結(jié)構(gòu)上分為間接變

28、頻和直接變頻兩類。 間接變頻裝置 的變頻原理是先將工頻交流電源通過整流器變成直流， 然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成 可控頻率的交流，因此又稱有中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置。 直接變頻裝置的變頻原理則將工頻 交流一次變換成可控頻率的交流，沒有中間環(huán)節(jié)。目前，在實(shí)際中應(yīng)用較多的是間接變頻裝1）間接變頻裝置（交一直一交變頻裝置） 50HI凸ICDC夏50H1E2-3問接變頻裝置（交一直一交交頻裝置）Il C IIC）交一交變頻圖24直接（交一交）變頻裝置間接變頻裝置的變頻原理如圖2-3所示，此類裝置按照不同的控制方式 可分為三類：a）用可控整流器調(diào)壓、用逆變器調(diào)頻的變頻裝置（采用PAM調(diào)制方式），此類變頻裝

29、置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。這種控制方式中，由于輸入和輸出分別在兩個(gè) 環(huán)節(jié)上進(jìn)行，兩者需要在控制電路上協(xié)調(diào)配合，由于輸入環(huán)節(jié)采用可控整流器， 當(dāng)電壓和頻率調(diào)得很低時(shí)， 電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較低， 輸出環(huán)節(jié)多用由晶閘管組成的 三相六拍逆變器，輸出諧波較大。b）用不可控整流器整流、斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻的交一直一交 變頻裝置（仍采用PAM調(diào)制方式），此整流器不調(diào)壓，單獨(dú)設(shè)置斬波器，用脈寬調(diào)壓， 調(diào)壓時(shí)輸入 功率因數(shù)不變，但還有交大的諧波輸出。c）用不可控整流器整流、脈寬調(diào)制逆變器同時(shí)調(diào)壓和調(diào)頻的交一直一 交變頻裝置功率因數(shù)提高（采用P刪調(diào)制方式），這種控制方式中，用不可控整流，功 率因數(shù)提高，用PWM逆變，諧波減小，諧波減小的程度取決于開關(guān)的頻率，而 開關(guān)頻率受9貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文 器件開關(guān)時(shí)間的限制，它是當(dāng)前最有發(fā)展前途的一種裝置。2）直接變壓變頻裝置（交一交變壓變頻裝置）它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)（如