【正文】 性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，成為現(xiàn)代調(diào)速傳動(dòng)的主流。以前，這樣的傳動(dòng)裝置幾乎全部是直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，并根據(jù)具體應(yīng)用的需要配置各種結(jié)構(gòu)的 ACDC 變換器。一般來說，交流傳動(dòng)與相當(dāng)?shù)闹绷鱾鲃?dòng)相比通常有價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)，而且具有較少維護(hù)、較小的電機(jī)尺寸和更高的可靠性。 Second, the main circuit、 control circuit、 electrical control circuit and software and hardware of the control device is analyzed systematically. Based on the foregoing analyses, AC— DC— AC voltage source inverter( VSI ) and IGBT devices are selected in the main circuit . According to the generating theory of PWM wave, a new method of digital PWM wave generator based on CPLD using VHDL language is discussed from the point view of hardware and software. A rotate speed negative feedback control is adopted according to the design request of the system, which improves the system’s accuracy and stabilization. At last, the design of corresponding circuit of electric control and DC power is pleted. It is proved by design experiments and simulation waves that this design accords with the expectable requirements. Keywords： AC speed adjusting； Variancefrequency speed adjusting； IGBT；CPLD； PWM 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) III 目 錄 第一章 前言 .............................................................................................................1 交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 ...................................................1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向 .....................................................2 相關(guān)技術(shù)分析 .........................................................................................4 本章小結(jié) .....................................................................................................5 第二章 系統(tǒng)方案論證 .........................................................................................6 系統(tǒng)主電路方案的確定 .........................................................................6 系統(tǒng)控制電路方 案的確定 .....................................................................8 系統(tǒng)電路總體框圖 ..................................................................................10 本論文所完成的任務(wù) ..............................................................................10 本章小結(jié) ..................................................................................................11 第三章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ......................................................................................12 主電路工作原理 ......................................................................................12 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇 ..................................................................15 本章小結(jié) ..................................................................................................19 第四章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) ..................................................................................20 觸發(fā)控制回路設(shè)計(jì) .............................................................................20 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................................................................30 保護(hù)電路設(shè)計(jì) ........................................................................................32 系統(tǒng)所需直流電源設(shè)計(jì) ..........................................................................41 本章小 結(jié) ..............................................................................................44 第五章 系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計(jì) ..........................................................................45 系統(tǒng)電氣控制線路主要設(shè)計(jì)要求 ..........................................................45 電氣控制單元電路設(shè)計(jì) ..........................................................................45 系統(tǒng)電氣控制線路原理圖 ......................................................................48 本章小結(jié) ..................................................................................................48 第六章 結(jié)論 ..........................................................................................................49 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................50 結(jié)束語 ......................................................................................................................51 附 錄 ........................................................................................................................52 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第一章 前 言 交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 在過去的幾十年里 ,世界范圍的工業(yè)進(jìn)步的一個(gè)重要因素是工廠自動(dòng)化程度的不斷提高。 本論文首先論述了變頻調(diào)速的基礎(chǔ)技術(shù)，簡(jiǎn)述了它在我國的發(fā)展和應(yīng)用以及今后在這方面應(yīng)做的工作；其次對(duì)系統(tǒng)的主電路、控制電路、電氣控制電路以及實(shí)現(xiàn)控制的軟、硬件進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，并對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行了論證。在此基礎(chǔ)上，調(diào)速系統(tǒng)主電路采用了交 直 交型電路形式，并采用 IGBT 作為主電路的功率開關(guān)器件；根據(jù) PWM 波形的生成原理 ，采用 VHDL 語言，從硬件和軟件上探討了基于 CPLD，用于 IGBT 控制的數(shù)字化 PWM 波形產(chǎn)生器的實(shí)現(xiàn)方法；根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度；最后完成了相應(yīng)的電氣控制電路和直流電源的設(shè)計(jì)。工廠里的生產(chǎn)線一般包括一個(gè)或多個(gè)可變速的電機(jī)傳動(dòng)裝置 ,用于大功率傳送帶、機(jī)械手、橋式吊車、鋼材扎制生產(chǎn)線以及塑料和合成纖維生產(chǎn)線等。然而對(duì)這些傳動(dòng)系統(tǒng)可利用的控制靈活性是非常有限的，而且它們的應(yīng)用主要局限在風(fēng)機(jī)、泵和壓風(fēng)機(jī)等應(yīng)用方面，其速度只需要粗略調(diào)節(jié)而對(duì)暫態(tài)響應(yīng)和低速特性沒有嚴(yán)格要求。然而，采用適當(dāng)控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)在高性能應(yīng)用上已勝過直流傳動(dòng)，并且交流傳動(dòng)更加廣泛的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的傳動(dòng)、機(jī)床和電動(dòng)工具、機(jī)器人和自動(dòng)裝置的傳動(dòng)、電動(dòng)汽車和電器火車傳動(dòng)等等。在冶金、交通、機(jī)械、電子、石油化工、紡織、制藥、造紙、家用電器、電力牽引等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。國家成立了風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓(xùn)。變頻調(diào)速技術(shù)己成為節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。 （ 1） 改變極對(duì)數(shù)作幾擋的有級(jí)調(diào)速，該種電機(jī)通用性差，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、維護(hù)性差。因此通過連續(xù)改變定子電壓供電頻率 f 就能平滑、無級(jí)地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，)1(60 sp fn ??交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。并且若能保持電壓和頻率成比例變化，則最大轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這是一種近于恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方案。 小型化緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，功率器件發(fā)熱的改善和冷卻技術(shù)的發(fā)展己成為重要原因。時(shí)的噪聲交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 可降低 15—— 20dB。 相關(guān)技術(shù)分析 PWM 技術(shù) PWM 技術(shù)是變頻調(diào)速技術(shù)的核心技術(shù)之一。如在整流電路中，采用自關(guān)斷器件進(jìn)行 PWM 控制，可使電網(wǎng)側(cè)的輸入電流接近正弦波，并且功率因數(shù)達(dá)到 1，可望徹底解決對(duì)電網(wǎng)的污染問題。其缺點(diǎn)是輸出電壓中除基波外，還含有較大的諧波分量。 （ 4）電流跟蹤型 PWM 法 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 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。目前，大功率半導(dǎo)體器件又向集成化智能化方向發(fā)展。它具有開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電流小，控制驅(qū)動(dòng)更為簡(jiǎn)單，保護(hù)功能更為豐富等優(yōu)勢(shì)。 本章將分別對(duì)系統(tǒng)主電路和控制電路的幾種可能實(shí)現(xiàn)的方案進(jìn)行充分論證的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)采納的方案以及說明選用該方案的原因。當(dāng)正向組工作在整流狀態(tài)，反向組工作在逆變狀態(tài)時(shí)，交流電機(jī)得到的是正 電壓；反之，電機(jī)繞組得到的是負(fù)電壓。 所以，交 交變頻電路主要用于轉(zhuǎn)速在 600r/min 以下的大功率交流調(diào)速裝置中。 由于電壓源型變頻電路是作為電壓源向交流電機(jī)提供電功率的，因此，其主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行幾乎不受負(fù)載功率因數(shù)和換流的影響；缺點(diǎn)是當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路或過流時(shí)，必須采取保護(hù)措施。因此，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中主電路選擇了電 壓源型交 直 交變頻電路。而不可控整流的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)的干擾較小，整流得到的直流諧波小，電壓