【正文】 ..........................1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向 .....................................................2 相關(guān)技術(shù)分析 .........................................................................................4 本章小結(jié) .....................................................................................................5 第二章 系統(tǒng)方案論證 .........................................................................................6 系統(tǒng)主電路方案的確定 .........................................................................6 系統(tǒng)控制電路方 案的確定 .....................................................................8 系統(tǒng)電路總體框圖 ..................................................................................10 本論文所完成的任務(wù) ..............................................................................10 本章小結(jié) ..................................................................................................11 第三章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ......................................................................................12 主電路工作原理 ......................................................................................12 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇 ..................................................................15 本章小結(jié) ..................................................................................................19 第四章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) ..................................................................................20 觸發(fā)控制回路設(shè)計(jì) .............................................................................20 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................................................................30 保護(hù)電路設(shè)計(jì) ........................................................................................32 系統(tǒng)所需直流電源設(shè)計(jì) ..........................................................................41 本章小 結(jié) ..............................................................................................44 第五章 系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計(jì) ..........................................................................45 系統(tǒng)電氣控制線路主要設(shè)計(jì)要求 ..........................................................45 電氣控制單元電路設(shè)計(jì) ..........................................................................45 系統(tǒng)電氣控制線路原理圖 ......................................................................48 本章小結(jié) ..................................................................................................48 第六章 結(jié)論 ..........................................................................................................49 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................50 結(jié)束語(yǔ) ......................................................................................................................51 附 錄 ........................................................................................................................52 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第一章 前 言 交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 在過(guò)去的幾十年里 ,世界范圍的工業(yè)進(jìn)步的一個(gè)重要因素是工廠自動(dòng)化程度的不斷提高。以前，這樣的傳動(dòng)裝置幾乎全部是直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，并根據(jù)具體應(yīng)用的需要配置各種結(jié)構(gòu)的 ACDC 變換器。多年來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門(mén)一直致力于變頻調(diào)速技術(shù)的開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用，并給予重點(diǎn)扶持，并將推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專(zhuān)項(xiàng)的重點(diǎn)投資方向。而由電機(jī)學(xué)可知，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公司 如下： 公式（ 11） 其中： n 是異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， p 是異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)， s 是異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率， f 是供電電源的頻率。由于忽略定子的漏阻抗壓降時(shí)， 由于 U=E=，故要保持氣隙磁通量不變， 應(yīng)使定子端電壓與頻率成比例地調(diào)節(jié)。而控制電源用的開(kāi)關(guān)電源將推崇半諧振方式，這種開(kāi)關(guān)控制方式在 30～ 50MHZ。已經(jīng)不限于逆變技術(shù)，也覆蓋了整流技術(shù)。它是以三相對(duì)稱(chēng)正弦波電壓供電時(shí)交流電機(jī)的理想磁鏈為基準(zhǔn)，用逆變器不同開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤基準(zhǔn)磁鏈圓，由追蹤的結(jié)果決定出逆變器的開(kāi)關(guān)模 式，以形成 PWM 波。目前，在模塊額定電流 10600A 范圍內(nèi)的變頻器均有采用 IPM 的趨勢(shì)。 交 交變頻電路有一個(gè)變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒頻 (CVCF)的交流電源變換成 VVVF 電源，常用的交 交變頻電路輸出的每一相都是一個(gè)兩相功率器件整流裝置可逆線路。當(dāng)中間環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一種阻抗為零的恒壓源，輸出電壓是矩形波或階梯波；當(dāng)中間環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直 ，對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)是一個(gè)恒流源，輸出電壓也是矩形波或階梯波?？煽卣鞯膬?yōu)點(diǎn)是可以控制直流電壓輸出的大小，可以實(shí)現(xiàn)變壓；其缺點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)的干擾大，而且整流得到的直流電壓諧波大，輸入功率因數(shù)低。 目前 ,人們常常使用專(zhuān)用的芯片如 TL49 SG3525 等來(lái)產(chǎn)生 PWM(脈沖寬度調(diào)制 ) 波形 ,并由其通過(guò)反饋信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) PWM 波形的寬度的調(diào)節(jié) ,從而獲得穩(wěn)定的輸出。如 Altera 公司的可編程芯片 FLEX 10K,內(nèi)部具有嵌入式陣列塊 EAB ,可以方便的配置為乘法器以及微控制器 ,其邏輯陣列塊 LAB 可以獲得所需要的邏輯控制信號(hào)。所以，基于這種思想，本論文所做的工作包括以下幾個(gè)方面： （ 1）對(duì)交流電機(jī)的工作原理、運(yùn)行特性以及變頻調(diào)速原理進(jìn)行了解； （ 2）通過(guò)調(diào)研查找與本課題有關(guān)的資料，并進(jìn)行認(rèn)真的分析、消化； （ 3）在消化吸收的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課題的特點(diǎn)，進(jìn)行方案論證并確定設(shè)計(jì)方案； （ 4）根據(jù)確定的方案，進(jìn)行主電路、控制電路（包括保護(hù)電路、觸發(fā)電路、反饋電路等）、繼電器、接觸器等電氣控制線路以及輔助直流電源的設(shè)計(jì)； （ 5）在設(shè)計(jì)當(dāng)中，學(xué)習(xí)可編程邏輯器件（ CPLD）及其相應(yīng)的軟件知識(shí)，為設(shè)計(jì)觸發(fā)電路做準(zhǔn)備；并學(xué)習(xí)常用畫(huà)圖軟件工具以及完成有關(guān)上交材料； （ 6）整體電路優(yōu)化和調(diào)試； （ 7）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和電氣原理圖。 1. 整流電路 整流 電路因變頻電路輸入功率大小不同而異。中間直流電路除起濾波作用外，還必須在整流器與逆變器之間起耦合作用，以消除相互干擾，這就要求給作為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無(wú)功功率。觸發(fā)可控硅 VT 的電路可設(shè)計(jì)如圖 5 所示。其功能為 1)為電動(dòng)機(jī)繞組的無(wú)功電流返回直流回路時(shí)提供通路； 2)頻率下降，從而同步頻率下降時(shí)，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通路。由于 C 上的電壓較高，如不放完，對(duì)人身安全將構(gòu)成威脅。 開(kāi)啟電源限流電路的參數(shù)選擇 圖 3 中 sR 為變頻電路啟動(dòng)時(shí)的限流電阻 ,由于變頻電路通電瞬間 ,濾波電容相當(dāng)于短路 ,因而 ,沖擊電流很大 ,故需加電阻 sR 來(lái)限流 ,實(shí)際上當(dāng)電容充電時(shí) , sR和 1C 、 2C 構(gòu)成的回路是一個(gè)典型的一階慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù) RCT? ；故在零初始狀態(tài)下，電容上電壓的相應(yīng)方程式為 ? ?TtDCC eUU ??? 1 (3― 10) 當(dāng) t=4T 時(shí)， DCC UU %? ，故可選取充電時(shí)間為 tc =4T= RC4 。 逆變器功率器件 IGBT 選擇 IGBT 是場(chǎng)控大功率器件，具有自關(guān)斷能力，開(kāi)關(guān)速度高，所以，使用 IGBT可使逆變器結(jié)構(gòu)小巧。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 第四章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 控制電路和保護(hù)電路是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，主要包括逆變器的控制電路設(shè)計(jì)（主要是 SPWM 的產(chǎn)生控制和 IGBT 驅(qū)動(dòng)控制），系統(tǒng)過(guò)壓、過(guò)流、以及泵升電壓的保護(hù)等。 它的特點(diǎn)有：載波頻率為 24KHZ（超音頻），三相六路波形，用 VVVF 策略控制；調(diào)制基波頻率范圍在 0－ 20KHZ；調(diào)制方式為中心調(diào)制；死區(qū)時(shí)間、 V／ F 曲線等參數(shù)可由用戶(hù)設(shè)定置于片內(nèi) ROM。令 step為步長(zhǎng)，令 circle 為累積步長(zhǎng)，令 m為步數(shù)， circle=m step。 360176。由于控制芯片需要輸出三相六路 SPWM 脈沖信號(hào)，查 三角函數(shù)表法取得所需三角函數(shù)值的電路結(jié)構(gòu)有兩種，一是建立三個(gè)相位互差 120176。 圖 10 中 D 點(diǎn)為待分離的三相正弦數(shù)據(jù)經(jīng)幅度調(diào)制后的瞬時(shí)值，由 BOXl 計(jì)算產(chǎn)生。數(shù)據(jù)通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了 分離，再加后級(jí)鎖存，并鎖存送到 PWM 發(fā)生器。然后，再反過(guò)來(lái)把這一路數(shù)據(jù)拆分為三路數(shù)據(jù)，就可以送到 PWM 波形發(fā)生器產(chǎn)生三相六路波形。令 A相上橋信號(hào)為 WG， 下橋信號(hào)為 IWG，以此類(lèi)推。它是在運(yùn)算放大器的反饋回路中串入一個(gè)電阻和一個(gè)電容構(gòu)成的，其綜合了比例控制響應(yīng)快和積分控制能消除誤差的優(yōu)點(diǎn)。 1）準(zhǔn)計(jì)數(shù)器模塊： 基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器由加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成，加計(jì)數(shù)器和減計(jì)數(shù)器交替執(zhí)行，在此模 塊中， clk 為基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)， dir 為時(shí)鐘計(jì)數(shù)方向指示信號(hào)（為 0 時(shí)加法計(jì)數(shù)器， 1 時(shí)減法計(jì)數(shù)器）， res 為計(jì)數(shù)清零信號(hào)。 entity counter is port (clk, dir, res :in std_logic。 elsif (clk`event and clk=`1`) then if en=`1` then q_temp=din。 end if。 use ieee .。 死區(qū)計(jì)數(shù)器采用飽和計(jì)數(shù)器，規(guī)則為： （ 1） 當(dāng)輸入為 0 時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值置 0；