【正文】 1( 602)( 2 222m i n2??? ???? () 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 27 － 濾波電容理論上講越大越好，實(shí)際中考慮價(jià)格我們選擇 4 個(gè) 450 伏 330μ F 的電解電容，分別兩個(gè)并聯(lián)后再 2 個(gè)串聯(lián)，最后等效為一個(gè)耐壓 900 伏 330μ F 的電容。濾波電容除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器之間起去禍作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無(wú)功功率。整流二極管的 電壓定額： Un= )3~2( Um = 2202)3~2( ?? = )(933~622 V () 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 26 － 選用 Un=1000V。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。發(fā)光二極管 DS1 用來(lái)顯示濾波電容兩端的電量。主電路采用典型的交－直－交電壓源型通用變頻器結(jié)構(gòu)，輸入功率級(jí)采用單相橋式不可控整流電路 RB1，整流輸出經(jīng)中間環(huán)節(jié)大電容 (由 C1 到 C4 電容組成 )濾波，獲得平滑的直流電壓。把上述各種故障信號(hào)進(jìn)行綜合處理后形成總的故障信號(hào)送入 DSP(TMS320LF2407A)的 PDPINTA 故障中斷入口，進(jìn)而封鎖 DSP 的 PWM 波輸出。其工作原理是把單相交流電壓通過(guò)不可控整流模塊變?yōu)橹绷麟妷?，整流后的脈北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 24 － 動(dòng)電壓再經(jīng)過(guò)大電容 C1， C2 平滑后成為穩(wěn)定的直流電壓。分段同步調(diào)制是指在一定的頻率范圍內(nèi)，采用同步調(diào)制，保持輸出波形對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)頻率降低較多時(shí)，使載波比分段有級(jí)的增加，這樣 就利用了異步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 22 － (2)異步調(diào)制 異步調(diào)制方式是指在整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比都是變化的。由于波形的左右對(duì)稱，這就不會(huì)出現(xiàn)偶次諧波問(wèn)題。相位角，通常取載波頻率為 3 的整數(shù)倍。在一個(gè)調(diào)制信號(hào)周期內(nèi)所包含的三角載波的個(gè)數(shù)稱為載波頻率比。因此希望提高載波頻率來(lái)減小諧波。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 19 － 圖 雙極性 SPWM 逆變器三相輸出波形 綜上所述，雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，而流過(guò)負(fù)載 Z 的電流是按線電壓規(guī)律變化的交變電流，如圖 所示： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 20 － V1V2Z 圖 雙極性調(diào)制工作特點(diǎn) SPWM的調(diào)制方式 SPWM 波畢竟不是真正的正弦波，它仍然含有高次諧波的成分，因此盡量采取措施減少它。同理，圖 (c)的 UB是由 V3和 V4 交替導(dǎo)通得到的，圖 (d)的 UC 是由 V5和 V6 交替導(dǎo)通得到的。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 18 － V1V2Z 圖 單極性調(diào)制工作特點(diǎn) 雙極性 SPWM控制技術(shù) 雙極性調(diào)制技術(shù)與單極性相同，只是功率開(kāi)關(guān)器件通斷情況不一樣。只要正弦調(diào)制波的最大值低于三角載波的幅值，由圖 (A)的調(diào)制結(jié)果必然形成圖 (B)所示的等幅不等寬而且兩側(cè)窄中間寬的 SPWM 脈寬調(diào)制波形。 SPWM 波形如圖 所示： 產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波 SPWM 的原理是：用一組等腰三角形波與一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，如圖 所示，其相交的時(shí)刻 (即交點(diǎn) )作為開(kāi)關(guān)管“開(kāi)”或“關(guān)”的時(shí)刻。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 15 － U1f1fN0U1U1 N恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速恒 功 率 調(diào) 速φmφm 圖 交流 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性 正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)控制理論 我們期望變頻器輸出的電壓波形是純粹的正弦波形，但就目前的技術(shù)，還不能制造功率大、體積小、輸出波形如同正弦波發(fā)生器那樣標(biāo)準(zhǔn)的可變頻變壓的逆變器。由于頻率提 f 1 Nf2f3f4n0Tf1 N f2 f3 f4恒 P 圖 基頻以上調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 高而電壓不變，氣隙磁動(dòng)勢(shì)必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩 T 減小。這時(shí)，可以人為地把電壓 U1抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。在恒壓頻比的條件下改變頻率 f 時(shí)，我們能證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖 所示，當(dāng)轉(zhuǎn)矩 T 增大到最大值后，特性曲線就折回來(lái)了。 因此，要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，在不損壞電機(jī)的條件下，充分利用鐵心，發(fā)揮電機(jī)轉(zhuǎn)矩的能力，應(yīng)在變頻時(shí)保持每極磁通量φ MN 為額定值不變。其三相交流異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是： MNKE ????? 1111 () 式中： E1—— 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值； K1—— 與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； f1 —— 定子頻率； N1—— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； φ M—— 每極氣隙磁通量； 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 13 － 由上式可見(jiàn)，如果定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值 E1 不變，改變定子頻率時(shí)會(huì)出現(xiàn)下面兩種情況： 如果 f1 大于電機(jī)的額定頻率 f1N，那么氣隙磁通量中φ M 就會(huì)小于額定氣隙磁通量中φ MN。 4) 對(duì)于低負(fù)載運(yùn)行時(shí)間較多或起停運(yùn)行較頻繁的場(chǎng)合，可以達(dá)到節(jié)電和保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)， s 基本不變，交流電動(dòng)機(jī)的輸出功率 Pz=Mω =Mω s(1s)與輸入電磁功率 SM MP ?? 成比例變化，損耗基本沒(méi)有增加，是一種高效的調(diào)速方法。 交流電動(dòng)機(jī)的輸出功率 PZ 的表達(dá)式為： MM sPPsMM ????? )1(n 0 ?? () 其中 M —— 電磁轉(zhuǎn)矩 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 12 － ω —— 電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度 ω s—— 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速度 s —— 轉(zhuǎn)差率 式 ()中 sPM 稱為交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率，這一部分功率主要消耗在轉(zhuǎn)子阻抗上。 c) 接線簡(jiǎn)單、控制方便，易維修、價(jià)格低。 (1)變極調(diào)速：變極調(diào)速一般是通過(guò)改變定子繞組的接線方式來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的定子繞組極對(duì)數(shù)，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 在我國(guó)，工頻 f1=50Hz，電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)極對(duì)數(shù) p ＝ 1～ 4p 。以空間角，如圖 所示，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，即 p =1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同，而磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向與通入繞組的三相電流的相序有關(guān)。電動(dòng)勢(shì)的方向可由 右手定則確定。i wi vω t 圖 三相電流波形 三相電流共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)將隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，即形成所謂的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖 所示： ++V 2U 1W 2V 1U 2W 1NS+V 2U 1W 2V 1U 2W 1NS++V 2U 1W 2V 1U 2W 1NS++a ) ω t = 0 176。 交流電動(dòng)機(jī)是利用載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力的原理制成的。 (b)線繞式 其轉(zhuǎn)子鐵心與鼠籠式相同，不同的是在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌置對(duì)稱的三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)其構(gòu)造分為兩種形式：鼠籠式和線繞式?，F(xiàn)分別介紹如下： 圖 三相交流電機(jī)的主要部件 (1)定子 定子是電動(dòng)機(jī)的不動(dòng)部分、它主要由鐵心、定子繞組和機(jī)座組成。 U/f 控制方式 的變頻調(diào)速系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路比較簡(jiǎn)單，電機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性能 /價(jià)格比比較高。 目前變頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 、展望 近幾年來(lái)對(duì)電力電子裝置控制技術(shù)的研究十分活躍，各種現(xiàn)代控制理論，如自適應(yīng)控制、滑?？刂坪腿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及智能控制 (如專家系統(tǒng)、模糊控制、遺傳算法、采用微分幾何理論的非線性解禍、魯棒觀察器，在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和尼奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等 )和無(wú)速度傳感器等高動(dòng)態(tài)性能控制都是研究的熱點(diǎn)，這些研究必將把交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的水平。 STD 總線、工業(yè) PC 總線、現(xiàn)場(chǎng)總線以及 CAN 總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)化 應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作用。但是由于交流電機(jī)控 制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益復(fù)雜，這就需要高性能、高速度的新一代微處理器，于是出現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理器 DSP(Digital Signal Processing)。 全數(shù)字化高性能微處理器運(yùn)用于電機(jī)控制 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件制造技術(shù)的發(fā)展以及新型電路變換器的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代控制理論向交流調(diào)速領(lǐng)域的不斷滲透 ，特別是微型計(jì)算機(jī)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)正向高頻化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，為了滿足現(xiàn)代人們對(duì)數(shù)北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 5 － 字化信息的依賴，為了使交流調(diào)速系統(tǒng)與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，為了提高交流調(diào)速系統(tǒng)自身的性能，必須實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速系統(tǒng)的全數(shù)字化控制?？紤]到 異步電機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)，很難直接通過(guò)外加信號(hào)準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩，但若以轉(zhuǎn)子磁通這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量為參考坐標(biāo)，利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的變換，則可以把定子電流中勵(lì)磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量變成標(biāo)量獨(dú)立開(kāi)來(lái)，進(jìn)行分別控制。從最初追求電壓波形的正弦，到電流波形的正弦，再到磁通的正弦；從效率最優(yōu)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小，到消除噪音等， PWM 控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)不 斷創(chuàng)新和不斷完善的過(guò)程。為此，交流異步電機(jī)以其獨(dú)有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、制造成本低、維護(hù)少且方便、能夠運(yùn)用于惡劣環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。晶閘管具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、管壓低等優(yōu)點(diǎn)，從而使得交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)有了飛躍發(fā) 展，出現(xiàn)了交流異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)。其主要原因有：電力電子技術(shù)的不斷北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 3 － 更新、控制策略和電機(jī)控制理論的不斷完善、以及全數(shù)字化高性能高速度的微處理器不斷發(fā)展等。在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，效率最高、性能最佳的是變頻調(diào)速系統(tǒng)，因此，對(duì)變頻調(diào)速的研究是當(dāng)前電氣傳動(dòng)研究中最為活躍、最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的工作。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價(jià)格的影響，我國(guó)能源利用效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低很多。在國(guó)內(nèi)，電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá) 4 億千瓦，年耗電量達(dá) 6000 億千瓦時(shí)，約占工業(yè)耗電量的 80%。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 2 － 1 緒論 本課題的研究背景和研究意義 隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷提高，環(huán)保和能源問(wèn)題日趨成為人們爭(zhēng)論的主題。 通過(guò)利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，將直流電壓變成一定波形的電壓脈沖序列，實(shí)現(xiàn)變頻器輸出電壓的調(diào)節(jié)。s DSP chips TMS320LF2407A of some of the features and internal resources and SPWM wave principle and control algorithms, the system is given the overall process flow chart. Key Words： Digital Signal Processor； Variable－ Frequency Speed Regulating； IPM；constant U/F； SPWM 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － 1 － 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................ 1 Abstract ........................................................................................................................... 2 引 言 ........................................................................................................................ 1 1 緒論 ............................................................................................................................ 2 本課題的研究背景和研究意義 ........................................................................ 2 交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展概況及其運(yùn)用 ....................................