【正文】 原理，利用MATLAB/Simulink軟件搭建了變頻調(diào)速系統(tǒng)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。而霍爾傳感器則是高速高精度型傳感器的代表，因此在今后的設(shè)計(jì)中，如果經(jīng)濟(jì)要求允許，可以用霍爾傳感器來(lái)代替。這可以成為我們將資源轉(zhuǎn)化成可再生能源的一種方法。充電控制器將此所需的電能從太陽(yáng)能電池板傳至電池。我們正使用500W（48V，）直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)用于此項(xiàng)應(yīng)用。Tata BP40W 35W太陽(yáng)能面板被用于這項(xiàng)工作。同樣，當(dāng)輻照增加的時(shí)候，模塊電流急劇增加同時(shí)模塊電壓逐漸增加。根據(jù)需要，進(jìn)行適當(dāng)連接。電池用一個(gè)簡(jiǎn)單的可控電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)作為模型，如圖4所示。另一方面，相同的電池能輸出42安培的電流持續(xù)1小時(shí)并且深度放電。從特性中很好看出驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要48V，同時(shí)單節(jié)電池額定電壓是12V。 升壓轉(zhuǎn)換器的硬件設(shè)計(jì)部分涉及了很多電容的選擇上的精準(zhǔn)。因此需要大的電容器來(lái)限制輸出電壓波紋。這是一個(gè)永磁方波電機(jī)。圖10如圖11。 負(fù)載測(cè)試直接反映了車(chē)輛相對(duì)于向負(fù)載的速度。從列于表7中的以窗體頂端各種速度的觀(guān)測(cè)中，我們可以看到，作為電動(dòng)機(jī)的速度被增加，也增加了從電池吸取的電流?？梢?jiàn)一旦電池隨著時(shí)間放電，升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓持續(xù)降低（根據(jù)表14）。汽車(chē)的后橋通過(guò)飛輪連接到電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸。從電動(dòng)機(jī)額定功率，選擇能夠滿(mǎn)足啟動(dòng)電流和滿(mǎn)載電流的電池，依據(jù)電池額定功率，選擇太陽(yáng)能充電控制器和太陽(yáng)能模塊。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)于被使用的應(yīng)用，從電動(dòng)機(jī)到太陽(yáng)能模塊選擇合適的器件。第6章 太陽(yáng)能原型車(chē) 整個(gè)集成系統(tǒng)就可視為太陽(yáng)能直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。第5章 系統(tǒng)集成 全部集成設(shè)備包括太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能充電控制器，電池，升壓轉(zhuǎn)換器和直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的與電子控制和需要轉(zhuǎn)子位置相適當(dāng)?shù)碾娏鲹Q向信息。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的速度開(kāi)始減少時(shí)，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)。根據(jù)在封閉循環(huán)條件相同的條件下的經(jīng)營(yíng)結(jié)果，其中參考速度設(shè)置為150弧度/秒，被施加在t=10秒。圖9是用于汽車(chē)的升壓電路設(shè)計(jì)。肖特基二極管經(jīng)常被使用。升壓轉(zhuǎn)換器電路如圖7. 24V輸入電壓提供給升壓電路，可以升高到48V。這一階段中研究電動(dòng)機(jī)的細(xì)節(jié)并且仿真。可觀(guān)察到依據(jù)負(fù)載，電池的放電變化。太陽(yáng)能模塊和電池間的2個(gè)充電控制器是獨(dú)立連接的。表2中結(jié)果表示用2個(gè)或者更多太陽(yáng)能模塊來(lái)增加電壓，他們必須串聯(lián)。溫度和光輻射對(duì)太陽(yáng)能模塊有不利影響。一個(gè)電池的電壓是12V；我們必須尋找能夠獨(dú)立完成傳送12177。第二部分介紹使用的動(dòng)力電池，電機(jī)的運(yùn)行和控制，并同時(shí)為電池充電。因此，為了使它更加節(jié)能、高效，就應(yīng)該使用電源轉(zhuǎn)換器和電池。 附錄A附錄B太陽(yáng)能直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)車(chē)輛摘要 任何無(wú)電源的設(shè)備都是一堆閑置的零件。3. 該系統(tǒng)對(duì)電流的采樣是通過(guò)小阻值大功率電阻采樣法，該方法雖然具有成本低、電路簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。3. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路，該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用交—直—交電壓型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主芯片選用TI公司的TMS320F2812，基于該控制芯片設(shè)計(jì)功率驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)保護(hù)電路。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： 可知轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，即實(shí)際與理論符合，并且速度穩(wěn)定，也證明了變頻調(diào)速的可行性。圖55 整流電路輸出電壓 變頻調(diào)速的仿真結(jié)果分析改變調(diào)制波的頻率，依次設(shè)定為F=20Hz,15Hz，10Hz，5Hz時(shí)調(diào)制波輸入正弦信號(hào)的周期發(fā)生改變，周期逐漸增大。根據(jù)輸入頻率的設(shè)定，每半個(gè)周期采樣5次左右，實(shí)驗(yàn)最大頻率為40。基本工作方式—180導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩橋臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電角度差120。本章通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，研究了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及系統(tǒng)參數(shù)變化等因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響，更證明了系統(tǒng)仿真的必要性和重要性，為新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)仿真通過(guò)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的可以計(jì)算的模型，并利用它在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)以了解系統(tǒng)行為或評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)用的各種策略，并做定量分析。%，速度響應(yīng)100Hz、電流響應(yīng)800Hz和轉(zhuǎn)矩控制精度177。直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標(biāo)系下，以空間矢量概念，通過(guò)檢測(cè)到的定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。電壓矢量，才能有可能使轉(zhuǎn)矩和磁鏈的調(diào)節(jié)過(guò)程達(dá)到比較理想的狀態(tài)。對(duì)轉(zhuǎn)子速度估計(jì)的方法有很多，常用的有卡爾曼濾波器位置估計(jì)法、模型參考自適應(yīng)法、磁鏈位置估計(jì)法、狀態(tài)觀(guān)測(cè)器位置估計(jì)法和檢測(cè)電機(jī)相電感變化法等。20 世紀(jì)80 年代中期。輸出就數(shù)據(jù)格式也為Q15，右移15位就得到實(shí)際的正弦函數(shù)值。開(kāi)關(guān)矢量的作用時(shí)間分配圖如圖43所示。 一共有8種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)8種開(kāi)關(guān)電壓矢量，如圖41所示，6個(gè)非零矢量將空間分成六個(gè)區(qū)域，另外兩個(gè)矢量為零矢量(111) 、 (000)。它將轉(zhuǎn)速放大器的輸出轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)差頻率的電流指令，在各自的控制環(huán)節(jié)中變成變頻器頻率指令和異步電機(jī)定子端電壓指令。各類(lèi)變頻器輸出一般為可變電壓、可變頻率的形式。2. 故障中斷服務(wù)程序故障中斷服務(wù)程序的功能是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行診斷，并作出相應(yīng)的處理措施。圖39 IGBT溫度檢測(cè)電路 母線(xiàn)電流和轉(zhuǎn)矩檢測(cè)電路一旦母線(xiàn)電流過(guò)高，就有可能造成IGBT的永久性損壞，所以過(guò)流檢測(cè)盒和快速保護(hù)電路是必須的。為蠻族系統(tǒng)要求，選用TI公司專(zhuān)為DSP供電而設(shè)計(jì)的電源芯片TPS73HD318，該芯片可以同時(shí)輸出兩路電壓，且輸出電壓可調(diào)。其內(nèi)部集成了相互獨(dú)立的3組半橋驅(qū)動(dòng)電路，而且該芯片中的輸入控制邏輯電路還為同一橋臂的高端和低端提供了死區(qū)時(shí)間，以避免同一橋臂上的被驅(qū)動(dòng)功率元件(IGBT)在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)度期間發(fā)生同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)就相當(dāng)于將+DC于DC連在了一起，就短路了。測(cè)量電阻選用精密電阻，根據(jù)需要的輸出電壓和公式確定阻值。電阻分壓法檢測(cè)精度低，電壓互感器則只能測(cè)交流量，雖然霍爾電壓傳感器價(jià)格較高但檢測(cè)性能非常好。光電耦合器因其良好的性能和抗干擾能力而被廣泛地應(yīng)用于輸入和輸出信號(hào)的電氣隔離。5. 多達(dá)56個(gè)獨(dú)立可編程服用的通路I/O引腳(GPIO)。5. 調(diào)速效率調(diào)速效率是衡量調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能的技術(shù)指標(biāo)，它以調(diào)速系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比進(jìn)行標(biāo)示，即 (32) 控制器的選型 TMS320F2812是美國(guó)得克薩斯州儀器公司(TI)最新推出的基于代碼兼容C28x內(nèi)核的新型高性能32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，它專(zhuān)門(mén)為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高性能DSP與高精度模擬及閃存的完美結(jié)合。變頻器的調(diào)速精度計(jì)算方法與傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)不同，計(jì)算式如下： (31)調(diào)速精度與調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，一般而言，調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制后，調(diào)速精度可比開(kāi)環(huán)控制提高10倍左右。圖27 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性 本章小結(jié)本章介紹了變頻器的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分類(lèi)，分析了他們各自的特定及應(yīng)用場(chǎng)合。通用變頻器中與之間的函數(shù)關(guān)系有很多種，可以根據(jù)負(fù)載性質(zhì)和運(yùn)行狀況加以選擇。如圖24所示。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，希望電動(dòng)機(jī)的主磁通保持額定值不變。其直流電壓波形比較平直，理想狀態(tài)下電源內(nèi)阻為零，對(duì)負(fù)載而言是恒壓源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖23所示，其電壓無(wú)法迅速反向?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。有規(guī)律的控制逆變器中主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。交交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控的交流，又稱(chēng)為直接式變頻器。國(guó)外由于技術(shù)起步早，并具有相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。20世紀(jì)60年代以前，直流調(diào)速一直以控制能力強(qiáng)、可靠性高、噪聲低、控制電路簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)良的性能在傳動(dòng)領(lǐng)域中占據(jù)著主導(dǎo)地位[4]。矢量控制的基本點(diǎn)是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。對(duì)變頻器 V /f 控制系統(tǒng)的改造主要經(jīng)歷了三個(gè)階段[3]。本文針對(duì)工業(yè)中應(yīng)用最多的異步電機(jī)變頻調(diào)速進(jìn)行研究具有重大意義，主要體現(xiàn)在如下3個(gè)方面：。工業(yè)應(yīng)用最廣的電機(jī)為交流電機(jī)，交流電機(jī)應(yīng)用范圍之廣主要因?yàn)槠鋼碛衅渌姍C(jī)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉便于維修等。 Simulink。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812型DSP作為核心，設(shè)計(jì)了通用變頻器，并進(jìn)行了恒壓頻比控制算法的設(shè)計(jì)。在對(duì)通用變頻器的幾種控制算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，在MATLAB/Simulink軟真環(huán)境下，建立了通用變頻器的電路仿真模型。直流電動(dòng)機(jī)雖然有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些難于克服的缺點(diǎn)，主要是機(jī)械式換向器帶來(lái)的弊端。從上式可以看出電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率、電機(jī)磁極極對(duì)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率有關(guān)，可以通過(guò)如下三種方法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)：改變供電頻率，變換電動(dòng)機(jī)磁極極對(duì)數(shù)，此外還可以通過(guò)調(diào)整實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速差值與同步轉(zhuǎn)速比值即電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率。2. 引入頻率補(bǔ)償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差 。第三階段：直接轉(zhuǎn)矩控制。為尋求運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、便于為何等優(yōu)點(diǎn)的控制技術(shù)，20世界30年代開(kāi)始，人們就致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究。 論文的主要工作本文主要研究如下主要內(nèi)容：1. 闡述了變頻調(diào)速的基本原理。這種結(jié)構(gòu)主要包括整流環(huán)節(jié)、中間環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能。而對(duì)于負(fù)載而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，電壓控制相應(yīng)慢，可以同時(shí)帶多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。由電機(jī)理論知道，三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為 = (22)式中—定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的方均根值(V)；—定子頻率(Hz)； —定子相繞組有效匝數(shù)； —每極磁通量(Wb)。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。必然會(huì)使主磁通隨著的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)如下。4. 速度響應(yīng)與頻率響應(yīng)“速度響應(yīng)”是衡量變頻器對(duì)指令的跟隨性能與靈敏度的重要指標(biāo)。2. 片內(nèi)高達(dá)128K16位的Flash存儲(chǔ)器，1K16位的一次性編程存儲(chǔ)器(OTPROM)、M0和M1兩個(gè)1K16位的存儲(chǔ)器(SARAM)、L0和L1兩個(gè)4K16位的存儲(chǔ)器(SARAM)。其框圖如圖32所示。方案二：采用諸如霍爾器件等特殊傳感器,其線(xiàn)性度高，頻率響應(yīng)速度快， 但其價(jià)格較貴。誤差在177。第一級(jí)是低通濾波；第二級(jí)是由LM358構(gòu)成的電壓跟隨器，起緩沖隔離作用；第三級(jí)是同相比例及電平上移電路，使輸出UACOUT在DSP模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電壓輸入范圍0～+3V之間。其具體控制電路如圖36驅(qū)動(dòng)電路為單電源+15V供電，供電電壓經(jīng)超快回復(fù)二極管BYT54MV隔離后又分別作為其三路高端驅(qū)動(dòng)輸出的供電電源。系統(tǒng)內(nèi)部必須有精準(zhǔn)的檢測(cè)保護(hù)電路，比如電源監(jiān)控電路、IGBT溫度監(jiān)控電路、電機(jī)溫度監(jiān)控電路。功率驅(qū)動(dòng)芯片IR2233J的電路檢測(cè)管腳ITRIP就是通過(guò)圖中的R4R43分壓而來(lái)的。故障中斷服務(wù)程序的功能是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行診斷，并作出相應(yīng)的處理措施。定子頻率控制是異步電機(jī)獲得平穩(wěn)調(diào)速的關(guān)鍵。其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)差頻率變化能反映負(fù)荷變化，能適應(yīng)于系統(tǒng)急劇加速時(shí)及負(fù)載變化大的情況，大大提高了加速控制精度，但其機(jī)械特性同恒壓頻比控制方式一樣都是非線(xiàn)性的，因而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩受到限制。不失一般性，假設(shè)Vref處于扇區(qū)Ⅲ，則Vref可以由V4和V6合成。在本論文中，是通過(guò)給定角度來(lái)確定空間電壓矢量的。它以異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量，強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，并不極力追求正弦波。它省去了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化處理，沒(méi)有通常的PWM 信號(hào)發(fā)生器。采用簡(jiǎn)單的ui 磁鏈模型，在中高速區(qū)，定子電阻的變化可以忽略不考慮，應(yīng)用磁鏈的ui 磁鏈模型可以獲得令人滿(mǎn)意的效果；但在低速時(shí)定子電阻的變化將影響磁通發(fā)生畸變，使系統(tǒng)性能變差。死區(qū)效應(yīng)積累的誤差使逆變器輸出電壓失真，于是又產(chǎn)生電流失真，加劇轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題，在低頻低壓時(shí)，問(wèn)題更嚴(yán)重，還會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。Depenbrock最初提出的直接自控制理論，主要在高壓、大功率且開(kāi)關(guān)頻率較低的逆變器控制中廣泛應(yīng)用。以上討論的控制方法的控制特性的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表41所示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在日本企業(yè)，用系統(tǒng)工程解決的事件管理與決策的問(wèn)題中，有80%以上是通過(guò)系統(tǒng)仿真方法解決的。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有40多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲得，計(jì)算科學(xué)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析以及生物遺傳工程等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。橋臂5的電流相加可得到直流側(cè)電流的波形，每60脈動(dòng)一次，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的公路是脈動(dòng)的，這是電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線(xiàn)電壓中最大的一個(gè)，該線(xiàn)電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。如在波比N的公式所示