【正文】 參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 (5)變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端 安裝輸出電抗器。而 6個 SKIIP模塊組成二組 ,三相橋式交流電路，其中一組為變頻器輸出逆變器；另一組為 向 發(fā)電電網(wǎng)反饋的逆變橋。在這里通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時實現(xiàn)輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對 U /f的協(xié)調(diào)控制要求。而變頻調(diào)速的關(guān)鍵設(shè)備就是變頻器它決定整個調(diào)速系統(tǒng)的性能。 目前使用較多的是“交 — 直 — 交”變頻，將 50Hz 交流整流為直流電 Ud，再由三相逆變器將直流逆變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流供給鼠籠電機實現(xiàn)變頻調(diào)速。 PWM 脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號波（調(diào)制波）對三角載波進行調(diào)制，以達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限 ,結(jié)合 現(xiàn)代控制理論 思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將 會成為PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一 。它是 把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為 PWM 波，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。因此，為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法 —— 梯形波與三角波比較法。 線電壓控制 PWM 前面所介紹的各種 PWM 控制方法用于三相逆變電路時，都是對三相輸出相電壓分別進行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對于像三相異步電動機這樣的三相無中線對稱負載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦。除了可以注入三次諧波以外，還可以注入其他 3 倍頻于正弦波信號的其他波形，這些信號都不會影響線電壓。對于某一線電壓例如 Uuv，半個周期兩邊 60176。把這樣的電壓波形作為脈寬 調(diào)制的參考信號，載波仍用三角波，并把各區(qū)間的曲線用直線近似 (實踐表明，這樣做引起的誤差不大，完全可行 )，就可以得到線電壓的脈沖波形，該波形是完全對稱，且規(guī)律性很強，負半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相，因此， 只要半個周期兩邊 60176。 電流控制 PWM 電流控制 PWM 的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號，把實際的電流波形作為反饋信號，通過兩者瞬時值的比較來決定各開關(guān)器件的通斷，使實際輸出隨指令信號的改變而改變。其缺點是開關(guān)頻率不固定造 成較為嚴(yán)重的噪音，和其他方法相比，在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多。 預(yù)測電流控制法 預(yù)測電流控制是在每個調(diào)節(jié)周期開始時，根據(jù)實際電流誤差，負載參數(shù)及其它負載變量，來預(yù)測電流誤差矢量趨勢，因此，下一個調(diào)節(jié)周期由 PWM 產(chǎn)生的電壓矢量必將減小所預(yù)測的誤差。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān)，形成 PWM 波形。此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時提高 15%，諧波電流有效值之和接近最小。但由于未引入轉(zhuǎn) 矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善。 但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實際控制效果往往難以達到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實踐上的不足。 非線性控制 PWM 單周控制法又稱積分復(fù)位控制 (Integration Reset Control， 簡稱 IRC)，是一種新型非線性控制技術(shù)，其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個周期使開關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例。雖然硬件電路較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的 PWM 控制方法的不足，適用于各種脈寬調(diào)制軟開關(guān)逆變器，具有反 應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強等優(yōu)點 。 系統(tǒng)工作原理 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行部分。霍爾電流、電壓傳感器將檢測到的逆變模塊的三相輸出電流、電壓信號，經(jīng)采樣保持后進入單片機，完成 A/D 轉(zhuǎn)換后，由 CPU 進行處理。主要由主電路（整流電路、逆變和逆變驅(qū)動電路、檢測電路、濾波電路）、光電隔離電路、過壓保護電路、 8051 控制電路和人機接口電路組成。典型的單 極性對稱規(guī)則采樣法， 在三角波的峰值時刻采樣正弦調(diào)制 波并將采樣值保持，分別取保持值和三角波交點作為脈沖寬度時間。 在對稱規(guī)則采樣情況下，只要知道采樣點時刻 t 就可以確定這個采樣周期內(nèi)的脈沖寬度 TPM和時間間隔 Toff，從而可以計算出 SPWM 波形高、低脈沖的寬度。本文中，產(chǎn)生頻率可變的 SPWM 波形是使用了捕捉 /比較模塊的高速輸出工作方式 ，其原理如下： 當(dāng) PCA 的 16 位計數(shù)器 /定時器 PCA0H（高 8 位）和 PCA0L（低 8 位）與16 位捕捉 /比較模塊寄存器 PCA0CPHn（高 8 位）和 PCA0CPLn（低 8 位）發(fā)生匹配時，模塊的 CEXn 引腳上的邏輯電平將發(fā)生跳變，并產(chǎn)生一個中斷請求，即將控制寄存器 PCA0CN 中相應(yīng)的 CCFn 位置位，當(dāng) CCF 中斷被允許時， CPU 將轉(zhuǎn)向 CCF 中斷服務(wù)程序。 如果選用捕捉 /比較模塊 0 輸出此路 SPWM，則首先將 l0 裝入 16 位捕捉 /比較寄存器 PCA0CP0 中，并且將 16 位計數(shù)器 /定時器 PCA0H 和 PCA0L 清零，然后啟動 PCA 計數(shù)器；當(dāng)捕捉 /比較寄存器的數(shù)值與計數(shù)器 /定時器的數(shù)值相等時，CEX0 引腳就會由原來的低電平跳變?yōu)楦唠娖剑⑶耶a(chǎn)生一個 CCF 中斷；在 CCF中斷程序中，將 h0 累加到 PCA0CP0 上；中斷過程中，計數(shù)器的數(shù)值是連續(xù)增加的，當(dāng)其值與改變過后的捕捉 /比較寄存器的數(shù)值相等時，又會使得 CEX0 引腳由原來的高電平跳變?yōu)榈碗娖?，并且產(chǎn)生一個 CCF 中斷；然后在中斷過程中又將 l1 累加到 PCA0CP0 上。在中斷服務(wù)程序中，首先根據(jù) CCFn 的值來判斷發(fā)生匹配的捕捉 /比較模塊，然后根據(jù)該模塊 CEX 引腳上的電平狀態(tài)判斷是將SPWM 波形的高電平脈寬值還是低電平脈寬值累加到 捕捉 /比較模塊寄存器上；同時，根據(jù)脈寬數(shù)據(jù)指針與 max 是否相等來確定一個 SPWM 周期的結(jié)束和下一個周期的開始，以便正確載入對應(yīng)數(shù)據(jù)。由單片機輸出兩路互補（有一定死區(qū)時間）單極性 SPWM波來控制該逆變電源。 通 過 二 極 管 的 峰 值 電 流 為 ： Im =2 =2= （ ） 流過二極管電流的有效值： )(* 21 2 00 wtdIfId m? （ ） 二極管電流定額： In =()Id/= （ ） 考慮濾波電容充電電流的影響，需要留有較大的電流余量，選用 IN=2A，整流 二 極 管 電 壓 定 額 ： Ud =(2or3)Um =(2or3)220=622or933V （ ） 根據(jù)上面計算的電壓和電流以及市場價格和供貨情況，實際選用的整流二極管為 5A、 1000V。 續(xù)流二級管的耐壓和續(xù)流計算與上相同，考慮到市場價格供貨和價格的情況實際選 用 GTR 為 GT25Q101，續(xù)流二極管為 MUR860。 圖 IR2132 驅(qū)動三相逆變橋 光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但存在共模抑制能力差，傳輸速度不是很快，一般快速光耦的速度可達幾十 KHz。 IR2132 可用來驅(qū)動工作在母電線電壓不高于 600V 的電路中的功率 MOS 門器件，其可 輸出的最大正向峰值驅(qū)動電流為 250mA，而反向峰值驅(qū)動電流為500mA。 綜上所述，本系統(tǒng)電路選取 Cl= F? ，且耐壓大于 35V 的鉭電容。 本系統(tǒng)采用的是 M 法測速原理，即在某一采樣時間內(nèi)，通過對脈沖的計數(shù)來確定電機轉(zhuǎn)速的大小。 圖 電流檢測電路 濾波電路的設(shè)計 交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大小（電流強度）還是處在不斷地變化之中。 圖 濾波電路 電容器是一個儲存電能的倉庫。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來 承擔(dān)濾波的任務(wù)。 6N137，其隔離電壓為 3kV，頻率在 10MHz以上 ，具有體積小，壽命長，抗干擾性強，隔離電壓高，速度快，能與 TTL 邏輯電平兼容等優(yōu)點，考慮到光耦采用集電極輸出，當(dāng)輸入在默認狀態(tài)都為低電平的時候，光耦輸出都為高電平。 圖 過壓、欠壓 保護電路 電壓檢測信號取自直流母線電壓 DCU ，即圖中 P、 N 兩點之間的電壓。為實現(xiàn)人機對話，采用 8279 實現(xiàn)可編程并行 I/O 口 的擴展，設(shè)置了 16 個按鍵，它們是：設(shè)置鍵、 V/F 曲線鍵、啟動時間鍵、同步方式鍵、異步方式鍵、分段同步鍵、載波比鍵、頻率鍵、上升鍵、下降鍵、確認鍵、運行鍵、停車鍵、復(fù)位鍵，來進行運行狀態(tài)和參數(shù)的設(shè)置與更改。 圖 8051 與光耦接口電路 人機接口電路 人機接口電路主要指 8051 芯片 輸入、輸出電路，如 8051 的鍵盤輸入、輸出顯示和 8051 芯片 與計算機的通訊等。 鍵盤輸入和輸出顯示是人機接口的主要部分，是操作人員對電動機進行控制和顯示系統(tǒng)運行狀況的主要途徑。 第 五 章 系統(tǒng)的軟件設(shè) 計 單片機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體方案是：在運行中，為使調(diào)速系統(tǒng)安全可靠地工作，采取了啟動前故障檢測和啟動以后繼續(xù)進行監(jiān)視與 檢測。并不斷測量電壓，當(dāng)電壓整流輸出不穩(wěn)態(tài)值時，電阻 R 串接在電路中，從而可減少合閘瞬時主電路中出現(xiàn)的大電流沖擊；當(dāng)電壓整流輸出穩(wěn)態(tài)值時，使 PC3 為 1，使得 KM 得電吸合，短接電阻 R。當(dāng)交流電壓信號由負到正，過零時 ， 外部響應(yīng)中斷 ， 執(zhí)行 INT0中斷服務(wù)程序 ， 啟動 T0計數(shù)。 (3)于設(shè)置 T0初始值的問題：在實際運用中 ， 給 T0一個初始值 ， 使得當(dāng) T0在溢出時 ， CPU通過 VG1讓 VT1導(dǎo)通。同時根據(jù) PID運算結(jié)果進行運算 ， 直到壓力與給定值相同。顯示主要的內(nèi)容如下：停車時顯示停車標(biāo)志，故障時顯示對應(yīng)的故障碼，正常運行時顯示逆變輸出頻率。該中斷源的優(yōu)先級最高。 鍵盤的使用方法及有關(guān)設(shè)計說明： (1)鍵盤完成的功能為：系統(tǒng)啟動，當(dāng)按下啟動鍵后，單片機才能執(zhí)行指令，程序運行。在本系統(tǒng)中用 。 最小脈沖問題分析 由于硬件原因，任何微控制器都不能輸出寬度無限小的脈沖，這就使得理想SPWM 脈沖序列中小于一定寬度的窄脈沖不能正常輸出，即最小脈沖問題。 系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。 (3) 規(guī)范我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實現(xiàn)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計對我們來說是一件相對龐大而瑣碎的工作 ,要綜合運用各種學(xué)過和沒學(xué)過的東西。 參考文獻 [1] 李 良仁 . 變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京： 電子 工業(yè)出版社， 2020 [2] 王兆安 ，張 明勛 . 同步電動機調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [3] 顏世鋼 . 電力電子技術(shù)問答 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [4] 和 超 .交流變頻調(diào)速技術(shù) [M].北京 ： 北京航天航空大學(xué) 出版社， 2020 [5] 高學(xué)民 .電力電子與交流技術(shù) [M].山東 ： 山東科學(xué)技術(shù) 出版社， 2020 [6] 陳國呈 . PWM 的變頻調(diào)速及軟開關(guān)電力變換技術(shù) [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020， [7] 丁斗章 . 變頻調(diào)速技術(shù)與 系統(tǒng)應(yīng)用 [M]. 北京： 機械工業(yè) 出版社， 2020 [8] 李錫雄 ,陳婉兒 . 脈寬調(diào)制技術(shù) [M]. 武漢 ： 華中理工 大學(xué) 出版社 ， 1996 [9] 王兆安 . 電力電子技術(shù) [M]. 4 版 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020， 145166 [10] 吳守箴等著 . 電氣傳動的脈寬調(diào)制控制技術(shù) [M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2020 [11] 吳守箴臧英杰等著 . 電氣傳動的脈寬調(diào)制控制技術(shù) [J]. 機械工業(yè)出版社， 2020 [12] 張毅剛 . 單片機原理 及應(yīng)用 [M]. 高等教育出版社 ， 2020 [13] 電力電子單片機控制技術(shù) [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [14] Idris ， Yatim .. Direct torque control of induction machines with constant switching frequency and reduced torque ripple[J]. IEEE Transactions on Industrial Elec tronics, 2020 [15] Faiz J., MohseniZonoozi, Hossein novel technique for estimation and control of stator flux of a salientpole PMSM in DTC method ba