【正文】 f 控制，僅有少量的樣機采用矢量控制，品種與質量還不能滿足市場需要，每年大量進口。 (4) 基礎工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關配套件社會化、專業(yè)化生產。在小功率交流變頻調速技術 方 面，日本富士 BJT 變頻器最大單 機容量可達 700 kVA， IGBT 變頻器已形成系列產品，其控制系統也已實現全數字化。 變頻調速是一種經典的交流電動機調速方法，交流電動機采用變頻調速技術不僅能夠實現無級調速，而且可以根據負載的不同，通過適當調節(jié)電壓和頻率的關系，使電機始終在高效率區(qū)運行，并且保證良好的動態(tài)性能，因而被廣泛使用。在變頻調速領域，我國雖然取得了很大成績，但應看到由于國內自行開發(fā)、生產產品的能力弱，對國外公司的依賴性仍較嚴重。我國是一個發(fā)展中國家，變頻調速產品大體只相當于國際上 20 世紀 80 年代水平。 近 年來 交流調速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調速技術。 (4) 變頻器體積小，便于安裝、調試、維修簡便。 交流變頻調速的優(yōu)異特性： (1) 調速時平滑性好，效率高。 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 plex and difficult adjustment, and lowprecision 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 largescale 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. 【 Key words】 ThreePhase PWM voltage rectifier, Frequency Control, SCM, AC motor, puter control 目錄 摘要 ………………………………………………………………………………………… ..1 ABSTRACT………………………………………………………………………………… ..2 第一章 緒論 ……………………………………………………………………………… ..4 當前變頻調速的發(fā)展狀況及其趨勢 ……………………… ………………………… ...4 設計本課題的總思路 ………………………………………………………………… ...8 設計任務及要求 ……………………………………………………………………… ...8 第二章 異步電動機變頻調速 …………………………………………………………… ..9 變頻器 …………………………………………………………………………………. ..9 變頻調速基本原理 …………………………………………………………………… ..10 第三章 脈寬調制技術 ……………………………………… …………………………… .12 相電壓控制 PWM………………………………………………………………… ........12 線電壓控制 PWM……………………………………………………………………… 14 電流控制 PWM………………………………………………………………………… 15 空間電壓矢量控制 PWM……………………………………………………………… 16 矢量控制 PWM……………………………………………………………………… ...16 直接轉矩控制 PWM…………………… …………………………………………… ...17 非線性控制 PWM……………………………………………………………………… 17 第四章 系統的硬件設計 ………………………………………………………………… ..18 系統工作原理 ………………………………………………………………………… ...18 主電路的設計 ………………………………………………………………………… ...22 光電隔離電路 ………………………………………………………………………… ...26 過電壓保護電路 …………… ………………………………………………………… ...27 8051 控制電路 ………………………………………………………………………… ...28 第五章 系統的軟件設計 ………………………………………………………………… ..30 單片機程序設計 ……………………………………………………………………… ...30 控制電路 ……………………………………………………………………………… ...35 最小脈沖問題分析 …………………………………………………………………… ...35 總結 …………… …………………………………………………………………………… ..36 參考文獻 ...………………………………………………………………………………… ...37 第一章 緒論 當前變頻調速的發(fā)展狀況及趨 勢 在交流調速中，交流電動機的調速方法有三種 :變極調速、改變轉差率調速和變頻調速。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。本設計采用的 MCS51系列的單片微機控制 PWM。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。 基于單片機的交流電機變頻調速系統的設計 【 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。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。 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。 【 關鍵詞 】 電壓型三相 PWM整流器； 變頻調速；單片機； 交流電機 【 A B S T R A C T 】 Focus is Studying SPWM threephase voltagetype AC inverter with the fundamental principles in this paper, and designing the methods and software and hardware, and plete system software and hardware. The main pletion on: basic principles of VVVF technology 2. the basic principles of Frequency Control, control scheme for the and hardware design. The main relevant knowledge: power electronics and motion control, puter control. Under normal circumstances in exchange for motor asynchronous speed machine, it39。其中變頻調速具有絕對的優(yōu)勢，并且他的調速性能和可靠性不斷完善，價格不斷降低。低速時，特性靜關率較高，相對穩(wěn)定性好。 (5) 易于實現過程自動化。變頻調 速是交流調速的基礎和主干內容。隨著改革開放，經濟高速發(fā)展，變頻調速產品形成了一個巨大的市場，它既對國內企業(yè)，也對外國公司敞開。 在我們現在日常生活中，高速電力機車、汽車、電梯、音樂噴泉、冰箱、洗衣機、印刷設備、空調等，接近我們生活的一些用具以及生活用品對變頻控制的采用也是越來越多了。 國內外技術現狀對比 國外現狀 在大功率交 交變頻（循環(huán)變流器）調速技術方面，法國阿爾斯通已能提供單機容量達 3 萬 kW 的電氣傳動設備用于船舶推進系統。 國外交流變頻調速技術高速發(fā)展有以下特點 ： (1) 市場的大量需求。 國內現狀 從總體上看我國電氣傳動的技術水平較國際先進水平差距 10 ~ 15 年。國內交流變頻調速技術產業(yè)狀況表現如下 : (1) 變頻器的整機技術落后，國內雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并沒有形成一定的技術和生產規(guī)模。 變頻調速技術的發(fā)展方向 交流變頻調速技術是強、弱電混合，機電一體化的綜合性技術。鑒于這兩方面，未來變頻調速技術的發(fā)展方向主要有以下幾點： （ 1） 各種控制方法的深入研究和實現，進一步提高變頻調速性能。 （ 2） 進一步提高變頻器的功率因素，降低網側和負載側的諧波，以減少對電網的污染和電動機的轉矩脈動。與之配套的功率器件冷卻方式的改變（如冷水、蒸發(fā)冷卻和熱管），也有利于整機體積的減小。 變頻調速的主要類型 目前，應用較為廣泛的變頻調速系統主要有以下幾種： 所謂轉速開環(huán)變頻調速就是采用開環(huán)、恒壓頻比，并且?guī)У皖l電壓補償的控制方式。 設計本課題的總思路 本文對于逆變器供電的變頻調速系統進行了分析，并設計了一 種以 MCS51系列單片機為基礎生成的 SPWM 來控制逆變器的控制系統。 設計任務及要求 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。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 ② 電流匹 配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型 。電源裝置變頻調速的主裝置的主回路由充電接觸器、進線電抗器、充電電容、平波電容絹和 6組 SKIIP模塊組成。 圖 變頻器原理圖 首先是將單相或三相交流電流電源通過整流器并經電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。如果連續(xù)地改變供電電源的頻率就可以調節(jié)電動機的轉速，這就是變頻調速的工作原理。 通過電工理論分析可知，轉矩與磁通量（最大值）成正比，在轉子參數值一定時，轉矩與電源電壓的平方成正比。在變頻調速中，前者主要應用于 PWM 斬波（ DC－ DC 變換），后者主要應用于PWM 逆變（ DC－ AC 變換）。 PWM 控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波 或其他所需要的波形。 PWM 控制技術 以其控制簡單 ,靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為 電力電子技術 最廣泛應用的控制方式 ,也是人們研究的熱點。等脈寬 PWM 法正是為了克服 PAM 法的這個缺點發(fā)展而來的，是 PWM 法中最為簡單的一種。 SPWM 法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的 PWM 法。 ⒈ 等面積法 ⒉ 硬件調制法 ⒊ 軟件生成法 ⒋ 低次諧波消去法 梯形波與三角波比較法 前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的，從而忽視了直流電壓的利用率，如 SPWM 法，其直流電壓利用率僅為 %。但由于梯形波本身含有低次諧波，所以輸出波形中含有 5 次、 7 次等低次諧波。在三相無中線系統中，由于三次諧波電流無通路，所以三個線電壓和線電流中均不含三次諧波?，F在把一個周期等分為 6 個區(qū)間，每區(qū)間60176。區(qū)間的兩種波形形狀，并且有正有負。 該方法不僅能抑制較多的低次諧波，還可減小開關損耗和加寬線性控制區(qū)，同時還能帶來用微機控制的方便，但該方法只適用于異步電 動機，應用范圍較小。該方法的優(yōu)點是電路簡單，動態(tài)性能好，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量。但是，這種方式電流響應不如滯環(huán)比較法快。 空間電壓矢量控制 PWM 空間電壓矢量控制 PWM(SVPWM)也叫磁通正弦 PWM 法。磁通開環(huán)法用兩個非零矢量和一個零矢量合成一個等效的電壓矢量，若采樣時間足夠小，可合成任意電壓矢量。這種方法克服了磁通開環(huán)法的不足，解決了電機低速時，定子電阻影響大的問題，減小了電機的脈動和噪音。通過控 制轉子磁