異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐-電力電子綜合課設(shè)-文庫吧
2025-05-16 16:11 本頁面
【正文】 來分，電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)。由于直流機(jī)調(diào)速容易實(shí)現(xiàn)，性能好，因此過去生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速多用直流電動機(jī)。但直流機(jī)固有的缺點(diǎn)：由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換，故費(fèi)時費(fèi)工，成本高，給人們帶來太大的麻煩。因此人們希望，讓簡單可靠廉價的籠式交流電機(jī)也像直流電動機(jī)那樣調(diào)速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速等交流調(diào)速方式。當(dāng)然也出現(xiàn)了 滑差電機(jī)、繞線式電機(jī)、同步式交流電機(jī)等。而隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)，它一出現(xiàn)就以其優(yōu)異的性能逐步取代其它交流電機(jī)調(diào)速方式，乃至直流電機(jī)調(diào)速，而成為電氣傳動的中樞。 變頻調(diào)速被認(rèn)為是一種理想的交流調(diào)速方法。但如何得到一個異步電動機(jī)供電的經(jīng)濟(jì)可靠的變頻電源，一直是交流變頻調(diào)速的主要課題。 20世紀(jì) 60年代中期，隨著普通的晶閘管、小功率管的實(shí)用化，出現(xiàn)了靜止變頻裝置，它是將三相的工頻電源經(jīng)變換后，得到頻率可調(diào)的交流電。這個時期的變頻裝置，多為分立元件，它體積大、造價高，大多是 為特定的控制對象而研制的，容量普遍偏小，控制方式也很不完善，調(diào)速后電動機(jī)的靜、動態(tài)性能還有待提高，特別是低速的性能不理想，因此僅用于紡織、磨床等特定場合。 20世紀(jì) 70年代以后，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步，開始出現(xiàn)了通用變頻器。它功能豐富，可以適用于不同的負(fù)載和場合，特別是進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代，隨著半導(dǎo)體開關(guān)器件 IGBT、矢量控制技術(shù)的成熟，微機(jī)控制的變頻調(diào)速成為主流，調(diào)速后異步電動機(jī)的靜、動態(tài)特性已經(jīng)可以和直流調(diào)速相媲美。隨著變頻器的專用大規(guī)模集 成電路、半導(dǎo)體開關(guān)器件、傳感器的性能越來越高，進(jìn)一步提高變頻器的性能和功能已成為可能。現(xiàn)在的變頻器功能很多，操作也很方便，其壽命和可靠性也較以前有了很大的進(jìn)步。 所謂變頻就是利用電力電子器件 (如功率晶體管 GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT)將 50Hz 的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。它分為直接變頻 (又稱交 交變頻 )，即把市電直接變成比它頻率低的交流電，大量用在大功率的交流調(diào)速中 。間接變頻 (又稱交 直 交變頻 )，即先將市電整流成直流，再變換為要求頻率的交流。它又分為諧振變頻和方波變頻。前者主要用于 中頻加熱，方波變頻又分為等幅等寬和 SPWM變頻。常用的方法有正弦波 (調(diào)制波 )與三角波 (載波 )比較的 SPWM法、磁場跟蹤式 SPWM 法和等面積 SPWM 法等。 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的題目屬于間接變頻調(diào)速技術(shù)。它主要包括主電路部分、控制部分及保護(hù)部分等。逆變環(huán)節(jié)為三相 SPWM逆變方式。 3 總之，交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻器傳動本身固有的優(yōu)勢，必將使之應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，以體現(xiàn)出不同的功能，達(dá)到不同的目的，收到相應(yīng)的效益。因此，本論文通過對變頻器的研究，對于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)理論的應(yīng)用，有著實(shí)際的意義和一定的應(yīng) 用價值。 4 2 設(shè)計(jì)方案論證 變頻器的主電路方案 變頻器最早是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組作為可變頻率電源供給交流電動機(jī)。隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交 直 交變頻器和交 交變頻器。交 交型變頻器：它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可調(diào)電壓的交流電（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。由于中間不經(jīng)過直流環(huán)節(jié)，不需換流，故效率很高。因而多用于低速大功率系統(tǒng)中，如回轉(zhuǎn)窯、軋鋼機(jī)等。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達(dá)到電源頻 率的 1/3～ 1/2,所以不能高速運(yùn)行。交 直 交型變頻器：交 直 交變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交 直 交變頻器是目前廣泛應(yīng)用， 所以我們選用了 交直 交變頻器。 系統(tǒng)的原理框圖 交直交變頻器由以下幾部分組成，如圖 21所示。 圖 21 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)各組成部分簡介： 供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220V，中大功率的采用三相 380V 電源。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用中等容量的電動機(jī)，所以采用三相 380V 電源。 主電路 分為 整流部分和 逆變 部分：整流部分將交流電變?yōu)槊}動的直流電，必須加以濾波。在本設(shè)計(jì)中采用三相不可控整流。它可以使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近 1。逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設(shè)計(jì)中采用三相橋逆變，開關(guān)器件選用全控型開關(guān)管 IGBT。 5 濾波電路：因在本設(shè)計(jì)中采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。 電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護(hù)信號。 控制電路：采用 8051 單片機(jī)和 SPWM 波生成芯片 SA4828，控制電路的主要功能是接受各種設(shè)定信息和指令，根據(jù)這些指令和設(shè)定信息形成驅(qū)動逆變器工作的信號。這些信號經(jīng)過光電隔離后去驅(qū)動開關(guān)管的關(guān)斷。 驅(qū)動電路：查資料 之后 ,使用東芝公司的 TLP250，電路非常簡單。 TLP250 采用 8 腳的 DIP 封裝，引腳如圖 22。輸入端光耦的隔離電壓達(dá)到 3000V，輸入電流為 5~10mA，可以驅(qū)動 100A/600V 的 IGBT。它采用單電源供電，使用時須外接一個電阻和一個 10V 的穩(wěn)壓管，把 25V 的隔離電源變?yōu)?+15V 的導(dǎo)通電壓和－ 10V的關(guān)斷電壓。如前所述，為了驅(qū)動主電路逆變橋的三 個上橋臂的 IGBT，必須給每一路提供一個隔離的 25V 電源而三個下橋臂可以共用一個電源。此外， SA4828及單片機(jī)系統(tǒng)還需要 +5V 電源以及異步通訊所需的177。 12V 電源。 圖 22 TLP 驅(qū)動電路 6 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速實(shí)際上是向交流異步電動機(jī)提供一個頻率可控的電源。能實(shí)現(xiàn)這個功能的裝置稱為變頻器。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交 直 交方式，先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?(整流，濾波 )，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。 主電路包括整流電路，濾波電路和逆變 電路構(gòu)
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