电压型三相交流变频调速系统的设计

电压型三相交流变频调速系统设计

摘要：本课题主要是研究电压型三相交流SPWM变频技术的基本原理、实现方法及软硬件设计，完成系统的软硬件设计。要求完成内容主要有：1、变频调速技术基本原理2、变频调速基本原理3、控制方案确定4、软件与硬件设计5、实验调试。涉及的主要相关知识：电力电子及运动控制、微机控制。在通常情况下交流异步电动机用作调速机时，它的控制电路复杂，系统的效率较低。采用单片机微机控制的交流异步电动机变频调速系统使起控制电路大为简化，使用正弦脉宽调制（SPWM）驱动，系统效率也有所提高。

交流异步电动机的变频调速，实际中多采用脉冲宽度调制（PWM），完成调频和调压两种功能。用单片微机实现（PWM）来控制可使调节灵活，电路简化。本设计采用的MCS51系列的单片微机控制PWM，在300W的二相异步交流电机上进行运行实验。

传统的交流变频调速系统由正弦波和锯齿波相交产生所需的脉宽调制波实现恒压额比的变频调速控制。这种系统由于采用模拟控制，设备复杂、调整困难，且控制精度低，可靠性差，因而限制了这种系统的应用。与上述传统的系统相比，本系统具有如下特点：采用新型大规模专用集成电路产生脉宽调制波，使波形稳定，精度和可靠性显著增加。以单片机8031CPU为核心的全数字控制．电路简单，调整迅速，进一步提高了控制精度。

关键词：电压型三相PWM整流器，变频调速，单片机，交流电机；

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章  前言 1

1.1  电力电子技术的发展与创新 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 电力电子器件发展回顾 1

1.1.3 电力电子器件发展趋势 2

1.1.4 电力电子技术创新 2

1.2 设计本课题的总思路 3

1.3 设计任务及要求 3

第2章  变频调速基本原理及应用 4

2.1  变频调速技术的发展 4

2.1.1 变频技术的发展方向 4

2.1.2 交流变频调速技术的发展 5

2.2 变频调速基本原理 6

2.2.1 变频调速的工作原理p——磁极对数 6

2.2.2 变频调速的控制原理 6

2.2.3 变频调速的性能比较 7

2.3 变频器 8

2.3.1 变频器的选型 8

2.3.2 变频器的工作原理 8

2.3.3 频器的运行和相关参数的设置 9

2.4 变频调速的应用 9

2.4.1 变频调速技术的实际运用分析 9

2.4.2 我国变频调速技术的应用 10

第3章  脉宽调制技术 11

3.1 相电压控制PWM 11

3.1.1 等脉宽PWM法 11

3.1.2 随机PWM 11

3.1.3 SPWM法 12

3.1.4 梯形波与三角波比较法 12

3.2 线电压控制PWM 12

3.2.1 马鞍形波与三角波比较法 13

3.2.2 单元脉宽调制法 13

3.3  电流控制PWM 13

3.3.1 滞环比较法 13

3.3.2 三角波比较法 14

3.3.3 预测电流控制法 14

3.4 空间电压矢量控制PWM 14

3.5 矢量控制PWM 15

3.6 直接转矩控制PWM 15

3.7 非线性控制PWM 15

第4章  系统的硬件设计 16

4.1 系统工作原理 16

4.1.1 SPWM技术原理 17

4.1.2 C8051实现SPWM波形的原理及算法 18

4.2 主电路的设计 20

4.2.1 整流电路设计 21

4.2.2 逆变电路的设计 21

4.2.3 逆变驱动电路的设计 21

4.2.4 转速检测电路 23

4.2.5 滤波电路的设计 23

4.3 光电隔离电路 24

4.4 过压保护电路 25

4.5 8051控制电路 26

4.5.1 8051控制电路 26

4.5.2 PWM输出与光耦驱动的接口电路 26

4.6 人机接口电路 26

第5章  系统的软件设计 27

5.1 单片机程序设计 28

5.1.1 初始化程序 28

5.1.2 转速调节程序 29

5.1.3 显示中断程序 29

5.1.4 故障中断服务程序 30

5.1.5 显示子程序及键盘服务程序流程图 31

5.2 控制电路 31

5.3 最小脉冲问题分析 32

总结 32

参考文献 33

致谢 34

附录 35