【正文】 速度值，雖然從公式上可以理解為只要磁極極對(duì)數(shù)足夠多，速度就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，但受電機(jī)結(jié)構(gòu)限制，磁極對(duì)數(shù)不宜過(guò)多，故常將其視為有極變速類(lèi)型。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要滿足不同的工況，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠?qū)ω?fù)載實(shí)現(xiàn)快速的響應(yīng)，以保證企業(yè)生產(chǎn)效率的高效。綜上所述，對(duì)于異步電機(jī)的變頻調(diào)速的研究符合高性能、高效率、綠色化的要求，具有重大的研究意義[2]。第一階段：1. 八十年代初日本學(xué)者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量（或稱磁通軌跡法）。4. 將輸出電壓、電流進(jìn)行閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)快速的加減速。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于：轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息；控制上對(duì)除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好；所引入的定子磁鏈觀測(cè)器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器化。但是直流調(diào)速系統(tǒng)需要有換向器，這使得對(duì)直流電機(jī)的維護(hù)量增大，最高轉(zhuǎn)速、使用環(huán)境以及單機(jī)容量等都受到限制。交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息采集、變換和傳輸，因此他可以分為功率和控制兩大部分。國(guó)內(nèi)雖然已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠家，但是由于國(guó)產(chǎn)廠家制造變頻器歷史及短，技術(shù)積累的比較少，所以一部分自動(dòng)化行業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)變頻器缺乏信心。3. 介紹了控制器的硬、軟件結(jié)構(gòu)。而交直交變頻器則是先把工頻交流點(diǎn)通過(guò)整流器變成直流電，然后把直流電變成頻率、電壓均可控的交流電，它又稱之為間接式變頻器。變頻器的基本構(gòu)成如21所示，由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成，分述如下：1. 整流器：電網(wǎng)側(cè)的變流器Ⅰ是整流器，它的作用是把三相（也可以是單相）交流電整流成直流電。3. 中間直流環(huán)節(jié)：由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。所以又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用模擬控制或數(shù)字控制。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，便于四象限運(yùn)行，不需附加任何設(shè)備。由于大電容的平波作用，主電路的直流電壓比較平穩(wěn)。圖23 電壓型逆變器拓?fù)渚蛪?通用變頻器工作原理異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，既旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為： (21)式中，n—同步轉(zhuǎn)速（r/min）；f—定子頻率（Hz）；p—磁極對(duì)數(shù)。磁通太弱，貼心利用不充分，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；磁通太強(qiáng)，則處于過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，使勵(lì)磁電流過(guò)大，這就限制了定子電流的負(fù)載分量，為使電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱，負(fù)載能力也要下降。下面分兩種情況說(shuō)明：1. 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速這是考慮從基頻（電動(dòng)機(jī)額定頻率）向下調(diào)速的情況。圖24 基頻以下變頻調(diào)速機(jī)械特性但是,難于直接檢測(cè)盒直接控制。這種情況下，可以認(rèn)為的適當(dāng)提高定子電壓比補(bǔ)償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。圖25 恒壓頻比控制特性2. 基頻以上的弱磁變頻調(diào)速 這是考慮由基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況。圖26 基頻以上變頻調(diào)速機(jī)械特性綜合上述兩種情況，異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式如圖27所示。同時(shí)又闡述了變頻調(diào)速的原理以及不同情況下變頻調(diào)速的機(jī)械特性。調(diào)速范圍有兩種表述方式：一是以調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際可以達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速之比表示，如1:100等；二是以最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速的比值(D)表示，如D=100等，兩者本質(zhì)相同。3. 最大輸出頻率變頻器最大輸出頻率是決定調(diào)速范圍與衡量高速性能的指標(biāo)?！八俣软憫?yīng)”可以用角速度或頻率值表示。F2812具有高集成度，從而提供了整套的片上系統(tǒng)，同時(shí)降低了板級(jí)空間及系統(tǒng)成本，實(shí)現(xiàn)了更簡(jiǎn)單、更高效和更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。4. 內(nèi)置有兩個(gè)8選1多路切換器和雙采樣保持器的12位ADC內(nèi)核，最快轉(zhuǎn)換時(shí)間80ms。6. 包含串行外設(shè)借口(SPI)、兩個(gè)串行通信端口(SCI)即標(biāo)準(zhǔn)的UART、增強(qiáng)的區(qū)域控制網(wǎng)(eCAN)及多通道緩沖串口(McBSP)。圖33 交直交拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)先將三相交流電(50Hz)經(jīng)三相不可控整流橋整流成直流電，再經(jīng)電容濾波成平滑直流電，最后經(jīng)三相逆變橋逆變成復(fù)制和頻率都可變的交流電，來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，達(dá)到調(diào)速的目的。但是,在利用光電耦合器的線性耦合直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行隔離傳輸時(shí), 由于光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二級(jí)管和光敏三級(jí)管的伏安特性, 使得光電耦合器的“線性區(qū)”實(shí)際上比較小并且存在一定程度的非線性失真。方案三：首先進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換或V/F轉(zhuǎn)換, 再用光耦進(jìn)行隔離的方法, 但處理過(guò)程較為復(fù)雜, 并且如果能夠使用霍爾器件完成對(duì)模擬信號(hào)的隔離, 無(wú)疑是很有意義的。本系統(tǒng)采用具有高度電絕緣(2500V)的霍爾電壓傳感器 HNV025A，HNV025A型是利用磁補(bǔ)償原理的一種霍爾電壓傳感器，能夠測(cè)量直流、交流以及各種波形電壓，同時(shí)在電氣上是高度絕緣的，其原理圖如圖34所示。輸入端分別接母線電容的正負(fù)極。因此需要IGBT驅(qū)動(dòng)電路將其轉(zhuǎn)化成能夠控制IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如果同一橋臂的高端和低端輸入信號(hào)同時(shí)為低電平，則輸入控制邏輯電路可關(guān)閉同一橋臂的高端和低端驅(qū)動(dòng)輸出。驅(qū)動(dòng)芯片的ITRIP端為流過(guò)檢測(cè)管教，如母線電流過(guò)大或者供電電源出現(xiàn)欠壓IR2233J將關(guān)閉其6路驅(qū)動(dòng)輸出，并從FAULT腳向控制器發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)(FAULT信號(hào))并鎖存，只有FLTCLR管腳檢測(cè)到故障清理信號(hào)后才會(huì)正常工作。具體電路如圖37。電路中的TL431是一種穩(wěn)壓集成電路，為后級(jí)比較器提供精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓，通過(guò)比較器就可以準(zhǔn)確檢測(cè)電壓是否工作正常。而母線電流的大小是判斷力矩大小和一個(gè)最直接的參數(shù)，因此可以通過(guò)檢測(cè)母線電流大小從而判斷力矩大小。圖310母線電流和轉(zhuǎn)矩檢測(cè)電路 軟件結(jié)構(gòu)軟件主程序流程如圖311所示，由初始化程序、主程序、PWM中斷、T0中斷服務(wù)子程序組成。本文涉及的系統(tǒng)主要有過(guò)呀故障過(guò)流故障IGBT故障，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，故障信號(hào)就會(huì)被傳送到CPU,判斷是否關(guān)斷PWM波輸出。開(kāi)始初始化系統(tǒng)配置寄存器初始化外設(shè)初始化參數(shù)啟動(dòng)上強(qiáng)電開(kāi)中斷進(jìn)入程序圖311 主程序流程中斷入口保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)封鎖PWM信號(hào)判斷故障類(lèi)型設(shè)置故障標(biāo)志恢復(fù)保護(hù)退出中斷圖312 中斷服務(wù)程序 本章小結(jié)本章主要介紹變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)，對(duì)硬件系統(tǒng)的各部分的電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在磁通恒定時(shí)，不同頻率異步電機(jī)的機(jī)械特性硬度變化很小，所以在調(diào)速時(shí)氣隙磁通保持為恒定值至關(guān)重要。由于恒壓頻比控制方式在前面已經(jīng)作了詳細(xì)介紹，這里不在贅述。從頻率指令和定子端電壓指令后，其線路結(jié)構(gòu)和恒壓頻比控制方式相同。它以三相對(duì)稱正弦電壓供電時(shí)電機(jī)的理想圓形磁通軌跡為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)磁通圓，并由它們比較的結(jié)果決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，形成PWM波形。PWM調(diào)制的基本原理是用若干個(gè)開(kāi)關(guān)電壓矢量去逼近給定的參考空間電壓矢量 [14]。又因?yàn)镻WM中斷周期TS很小，認(rèn)為在一個(gè)周期內(nèi)Vref是不變的。仿照上述的計(jì)算方法，同理可推得Vref處于其它扇區(qū)時(shí)的開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí)間。為了提高代碼的效率，論文采用了TI公司提供的QMATH數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，該數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)為定點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，它包括所有的三角函數(shù)、求平方根函數(shù)、除法等用C代碼實(shí)現(xiàn)效率比較低的函數(shù)。 直接轉(zhuǎn)矩控制由于矢量控制對(duì)電機(jī)參數(shù)變化的依賴性較大，特別當(dāng)電機(jī)參數(shù)變化較大時(shí)，難以保證動(dòng)態(tài)過(guò)程完全解耦。這種直接轉(zhuǎn)矩控制方法不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)電機(jī)參數(shù)變化不敏感，而且控制性能比矢量控制還要好，這是目前最先進(jìn)的控制方式。1987年，直接轉(zhuǎn)矩控制理論又被推廣到弱磁調(diào)速范圍。直接轉(zhuǎn)矩控制也具有明顯的缺點(diǎn)即：轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)。有的學(xué)者從模型參考自適應(yīng)理論出發(fā)，利用轉(zhuǎn)子磁鏈方程構(gòu)造了無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，只要選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)自適應(yīng)律，速度辨識(shí)器就可以比較準(zhǔn)確地辨識(shí)出電機(jī)速度。目前，常用的方法有參考模型自適應(yīng)法、卡爾曼濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊理論構(gòu)造在線觀測(cè)器的方法對(duì)定子電阻進(jìn)行補(bǔ)償，研究結(jié)果表明，在線辨識(shí)是一個(gè)有效的方法。顯然，轉(zhuǎn)矩和磁鏈的偏差區(qū)分的越細(xì)，電壓矢量的選擇就越精確，控制性能也就越好。這樣既增加了成本，又降低了系統(tǒng)的可靠性。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計(jì)算，它也不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，從而也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小，因此控制上對(duì)除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測(cè)器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算出同步速度信息，同時(shí)也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動(dòng)機(jī)模型，因而能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器控制，如果在系統(tǒng)中再設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，即可進(jìn)一步得到高性能動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制了。1995年ABB公司首先推出的ACS600系列直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度已達(dá)到2ms，%，在不帶速度傳感器PG的情況下即使受到輸入電壓的變化或負(fù)載突變的影響，同樣可以達(dá)到177。3%（帶PG）。從而選出適合不同情況下，最合適的控制方式。仿真技術(shù)是集控制論、系統(tǒng)理論、相似原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性高科技。系統(tǒng)仿真如此蓬勃發(fā)展，一方面由于本文面臨的各種實(shí)際系統(tǒng)往往都是包括大量隨機(jī)因素的動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)。 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，其強(qiáng)項(xiàng)就是強(qiáng)大的矩陣計(jì)算。本次設(shè)計(jì)主要用的是M語(yǔ)言進(jìn)行編程仿真，通過(guò)顯示的坐標(biāo)曲線圖形來(lái)觀察仿真效果，得出結(jié)論。任意瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。是被調(diào)制以傳輸信號(hào)的波形，一般為正弦波。如圖53所示。如圖54所示。如圖56(a)(b)(c)(d)所示。(a)20Hz時(shí)IGBT觸發(fā)信號(hào)(b)15Hz時(shí)IGBT觸發(fā)信號(hào)(c)10Hz時(shí)IGBT觸發(fā)信號(hào)(d)5Hz時(shí)IGBT觸發(fā)信號(hào)圖57各頻率下生成的PWM波波形(a)20Hz時(shí)逆變電路輸出電壓波形(b)15Hz時(shí)逆變電路輸出電壓波形(c)10Hz時(shí)逆變電路輸出電壓波形(d) 5Hz時(shí)逆變電路輸出電壓波形 圖58各頻率下逆變后生成電壓波形隨著輸入頻率逐漸減小，電動(dòng)機(jī)輸入的線電壓的頻率也隨之減小，周期逐漸增大，但幅值保持不變。3. 轉(zhuǎn)矩越大，功率也就越大，但是同時(shí)也更耗電。 本章小結(jié)本章列舉了變頻器的仿真模型，并觀察不同頻率下的各模塊輸出波形，最后通過(guò)仿真輸出波形分析了變頻器的變速原理。逆變部分采用智能功率模塊SKIIP22NAB12T18減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，并提高了調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。由于個(gè)人學(xué)識(shí)水平和時(shí)間的限制，本課題的結(jié)果與當(dāng)初的設(shè)計(jì)初衷還有很大差距，本課題在以下方面還有待于進(jìn)一步的研究：1. TMS320F2812為定點(diǎn)型處理器，本系統(tǒng)中也沒(méi)有用到浮點(diǎn)庫(kù)。單也存在不足，比如溫度會(huì)影響電阻的精度，而且電阻上有會(huì)有能量消耗，有可能會(huì)導(dǎo)致采樣不準(zhǔn)。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)使本人在三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間獲益匪淺，在學(xué)業(yè)和綜合素質(zhì)等方面都獲得了很大提高。通過(guò)這些非可再生能源的可靠性使這變得非常突出。此種由太陽(yáng)能電池組件、充電控制器、電池、升壓轉(zhuǎn)換器和直流無(wú)刷電機(jī)集成的系統(tǒng)，今后將會(huì)發(fā)展成太陽(yáng)能車(chē)輛。電荷是由光伏面板整合而來(lái)并引導(dǎo)到輸出端以產(chǎn)生低電壓。最終，它成為了我們應(yīng)用于車(chē)輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的BLDC電機(jī)車(chē)輛的應(yīng)用程序。這項(xiàng)工作所需要的元件的額定值是是完全基于電動(dòng)機(jī)的用途。為了避免這樣，使用升壓變壓器；這樣可以緊使用一般數(shù)量的電池就能得到所需要的電壓。2V電壓的太陽(yáng)能面板給電池充電。 太陽(yáng)能模塊的電壓電流關(guān)系 太陽(yáng)能模塊由一系列的串并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組成以符合用電需要。當(dāng)溫度升高，模塊電壓顯著下降并且模塊電流逐漸降低。對(duì)于不同電阻值，電壓和電流可被觀察并列于表1中。同時(shí)，如果增加額定電流，他們就必須并聯(lián)。充電控制器的首要目的是防止電池充電過(guò)量或者深度放電。下一步，研究并且仿真電池。 電池的仿真通過(guò)MATLAB/Simulink完成。12V/24V電池能提供12V電壓持續(xù)24小時(shí)，如果需要的額定安培是1，這以為這電池方便需要42小時(shí)。從太陽(yáng)能模塊中獲得能量，之后輸送到充電控制器中進(jìn)行充電。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的特性在表3中給出。這串聯(lián)得到的24V電壓之后用升壓轉(zhuǎn)換器提升到48V。升壓轉(zhuǎn)換器的仿真輸出如圖8。升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)參數(shù)列于表4。輸送到RC電路中的電流是不連續(xù)的。電感值用方程3來(lái)計(jì)算。第4章 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被用在汽車(chē)上做驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。選擇直流無(wú)刷電機(jī)的原因是因?yàn)樗母咝屎蜔o(wú)噪音的才操作、重量比的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和高扭矩。在t=10秒時(shí)為一個(gè)階躍變化的波形閉環(huán)。在空載和負(fù)載狀態(tài)下，電流則被列入考慮之中。表6在不同的負(fù)載條件下的汽車(chē)讀數(shù)。永久磁鐵創(chuàng)建轉(zhuǎn)子磁鏈和釘子產(chǎn)生的電磁極。在不同的速度條件下，記載從電池到轉(zhuǎn)換器的輸入電流。 圖12表示了安裝程序。全部設(shè)備的總電路圖如圖13。從表8中可見(jiàn)整個(gè)系統(tǒng)流通。設(shè)計(jì)出的只能前進(jìn)或者后退的原型車(chē)能夠達(dá)到23千米/時(shí)的速度。隨著加速運(yùn)動(dòng)，控制器輸送電流，因此增加或者降低汽車(chē)速度。由應(yīng)用可見(jiàn)，首先選擇