基于80c51單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-全文預(yù)覽
【正文】 當(dāng)前 逆變電源的控制技術(shù)中，滯環(huán)控制技術(shù)和 SPWM 控制技術(shù)是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。 變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于 PWM 斬波（ DC－ DC 變換），后者主要應(yīng)用于 PWM 逆變（ DC－ AC 變 換）。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ,目前使用較廣泛的 PWM法 .前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 3 有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí) ,其效果基本相同 .SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM波形即 SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷 ,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ,通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值 。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在 PWM優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號(hào)波，正弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。為了改善交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，在出現(xiàn)了全控式電力電子開(kāi)關(guān)器件之后，科技工作者在20世紀(jì) 80年代開(kāi)發(fā)應(yīng)用 PWM技術(shù)的逆變器，由于它的優(yōu)良技術(shù)性能，當(dāng)今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的變壓變頻器都已采用這種技術(shù)。 （ 3）無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高。 在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，隨著自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術(shù)（簡(jiǎn)稱 PWM 技術(shù)）也日趨成熟。從目前情況看，這些系列電動(dòng)機(jī)能基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求?；?80C51 單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 目 錄 第 1 章 概述 ........................................ 1 .................... 2 SPWM 變 頻調(diào)速系統(tǒng)概述 .......................... 2 第 2 章 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原 理 ..................... 3 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理 ....................... 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案的確定 ........................... 4 第 3章 主電路 設(shè)計(jì) ................................. 5 ................................. 5 主電路設(shè)計(jì) .................................... 7 主電路電路圖 .................................. 6 第 4章 控制電路設(shè)計(jì) ............................... 9 控制電路設(shè)計(jì)總思路 ............................. 9 SPWM 波形產(chǎn)生電路 .............................. 9 第 5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................. 19 結(jié)論 .............................................. 22 致謝語(yǔ) ............................................ 22 參考文獻(xiàn) .......................................... 23 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 1 引 言 隨著 電力 電子 技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)以及大規(guī)模 集成電路 的發(fā)展，基于集成PWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。自 90 年代中期以來(lái)，我國(guó)有眾多電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn) 適用于不同應(yīng)用的各種系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，例如：通用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、起重冶金變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、隔爆變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、電梯變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、輥道變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、牽引變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列等。 變頻器供電電源會(huì)存電動(dòng)機(jī)端子和各相繞組的前 幾匝線圈上產(chǎn)生高頻瞬間脈沖峰值電，因此，如果不對(duì)絕緣系統(tǒng)采用增強(qiáng)措施．將會(huì)使繞組存高電壓應(yīng)力作用下過(guò)早失效，從而引起絕緣擊穿故障。 （ 2）單片機(jī)具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快，精度高，有大容量的存儲(chǔ)單元，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。 眾所周之早期的交 直 交變壓變頻器說(shuō)輸出的交流波形都是矩形波或六拍階梯波，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)逆變器只能采用半控式的晶閘管，會(huì)有較 大的低次諧波， 使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動(dòng)分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。 PWM脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。本課題設(shè)計(jì)主要介紹正弦波 SPWM的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。 PWM 技術(shù)是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達(dá)到改變電壓的目的，或者通過(guò)控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達(dá)到變壓和變頻的目的。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形， 也稱為 SPWM（ Sinusoidal PWM） 波形。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 pnfn /60 11 ? 其中 1n 為同步轉(zhuǎn)速 (r/min) 1f 為 定 子 頻率，也就是電源頻率 (Hz)。任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是磁通和電流相互作用的結(jié)果，主磁通小了，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降 。由上式可見(jiàn)主磁通中 .是由 E1 和 1f 。 IGBT 為場(chǎng)控輸入器件，輸入功率小。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 5 圖 1 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)總流程圖 第 3 章 主電路設(shè)計(jì) 主電路功能說(shuō)明 主電路為 AC/DC/AC 逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成?？赡?PWM 變換器主電路系采用 IGBT 所構(gòu)成的， IGBT (V V V V V V6）和六個(gè)續(xù)流二極管（ VD VD VD VD VD VD6）組成的雙極式 PWM 可逆變換器。 在整流器整流后的直流電壓中，含有 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。 主電路 第 4 章 控制電路設(shè)計(jì) 主電路采用了交 — 直 — 交變頻器，工作原理即：先將工頻交流電源通過(guò)整流器變換成直流電，再通過(guò)逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電，由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直溜環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式變頻器。20V左右，因此驅(qū)動(dòng)電路輸出端要給
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