【正文】 由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。2. 逆變器：負(fù)載側(cè)的變流器Ⅱ?yàn)槟孀兤鳌?. 三相 PWM 技術(shù)及變頻調(diào)速的仿真研究。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，后者要解決硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題。然而，這種控制依賴于精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型和對(duì)電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行自動(dòng)確立電機(jī)實(shí)際的定子阻抗互感、飽和因素、電動(dòng)機(jī)慣量等重要參數(shù)，然后根據(jù)精確的電動(dòng)機(jī)模型估算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈和轉(zhuǎn)子速度，并由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band－Band控制產(chǎn)生PWM信號(hào)對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。然而，在上述四種方法中，由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本性的改善。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀早期通用變頻器如東芝TOSVERT－130系列、FUJIFVRG5／P5系列、SANKEN、SVF系列等大多數(shù)為開(kāi)環(huán)恒壓比（V /f =常數(shù)）的控制方式．其優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)性能不高，比較適合應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速場(chǎng)合。無(wú)極調(diào)速的主要含義是速度可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)不存在速度跳躍變化，其中變化電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率的方法雖然可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速但其速度變換的代價(jià)是昂貴的，其變換過(guò)程需要消耗能量，所以經(jīng)過(guò)上述分析可以顯示出變換供電電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)是更為合理的方法，變換供電電源頻率大部分需要通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，尤其是對(duì)于工業(yè)應(yīng)用廣泛的交流電機(jī)，能夠?qū)ζ鋵?shí)現(xiàn)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的速度調(diào)節(jié)將會(huì)提高生產(chǎn)效率等，所以變頻調(diào)速將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用[1]。它的最大缺點(diǎn)是調(diào)速困難，簡(jiǎn)單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳。關(guān)鍵詞：通用變頻器；恒壓頻比控制；仿真；DSPDesign of 15kW InverterAbstractIn the actual VVVF systems, AC variable speed control system has gradually grown into the mainstream instead of DC drive system. So far, Inverter has been widely used in all walks of industries, automatic development of production process and saves a great deal of energy and accelerates the improvement of technology. So it with great realistic significance to launch researches on inverter and technologies related to it.Constant Proportion of Voltage to Frequency is the most widely used ways in all inverter, inverter using this way cost less and control simply. This paper integrates the most lately research results on the inverter system and, on this basis, launches some theoretical study and practical application. Generally, the paper including five parts with details as following:Complete the frequency controller hardware designation. Hardware side, finish the design and build the frame the hardware, conclude rectifying section, filtering part, inverter part, protection circuit, driving circuit, detection circuit. Introduce the control algorithm of AC speed regulating system, mon algorithm conclude constant pressure frequency , vector, direct torque etc. The paper studies the SPWM technology and general analysis to the result of the matlab emulator to VVVF, and details the current waveform, and launches theoretical study.Keywords：Inverter。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文15kW通用變頻器的設(shè)計(jì)摘要變頻器在各行業(yè)的應(yīng)用，已經(jīng)成為改造傳統(tǒng)工業(yè)、提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平、節(jié)約能源、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段。仿真結(jié)果表明，本文所研究的通用變頻器能夠達(dá)到所設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。而交流調(diào)速有一些固有的優(yōu)點(diǎn)：、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限，不像直流電動(dòng)機(jī)那樣受到限制；、造價(jià)低；，事故率低，容易維護(hù)。雖然上述方法可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化，但也受到一定程度的限制，其中就可以分為有極調(diào)速與無(wú)極調(diào)速兩種調(diào)速方式，比較典型的有極調(diào)速如變換電機(jī)磁極極對(duì)數(shù)，其速度變化只能是有極調(diào)速即速度不可能平滑調(diào)節(jié)，只能根據(jù)磁極極對(duì)數(shù)變換為幾組固定的速度值，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型。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]。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。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。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。3. 介紹了控制器的硬、軟件結(jié)構(gòu)。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。所以又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。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。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)。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。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。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?！八俣软憫?yīng)”可以用角速度或頻率值表示。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。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。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。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)。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。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。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。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。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。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。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。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)。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。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)。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。這樣既增加了成本，又降低了系統(tǒng)的可靠性。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。從而選出適合不同情況下，最合適的控制方式。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)。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。是被調(diào)制以傳輸信號(hào)的波形，一般為正弦波。如圖54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。 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。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)。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。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)能車輛。最終，它成為了我們應(yīng)用于車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的BLDC電機(jī)車輛的應(yīng)用程序。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。 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。對(duì)于不同電阻值，電壓和電流可被觀察并列于表1中。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。 電池的仿真通過(guò)MATLAB/Simulink完成。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。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)換器的設(shè)計(jì)參數(shù)列于表4。電感值用方程3來(lái)計(jì)算。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。在空載和負(fù)載狀態(tài)下，電流則被列入考慮之中。永久磁鐵創(chuàng)建轉(zhuǎn)子磁鏈和釘子產(chǎn)生的電磁極。 圖12表示了安裝程序。從表8中可見(jiàn)整個(gè)系統(tǒng)流通。隨著加速運(yùn)動(dòng)，控制器輸送電流，因此增加或者降低汽