【正文】 占90％，拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、。因此，就目前的市場容量考慮，約有6000萬kW的調(diào)速電機(jī)市場。因此，電機(jī)調(diào)速節(jié)能一直被廣泛關(guān)注。這是因?yàn)橛山涣麟妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)和泵類都是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。即電機(jī)轉(zhuǎn)速降低1/2時(shí)，所需功率降至原來的1/8，由此可見調(diào)速節(jié)能的重要意義。式（）說明，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法，就是改變轉(zhuǎn)差率s、改變頻率f、改變極對(duì)數(shù)p。一：改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法1）調(diào)定子電壓調(diào)速：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（在一定轉(zhuǎn)差率下）與定子電壓的平方成正比。改變定子電壓就可以改變轉(zhuǎn)矩及機(jī)械性能，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其調(diào)速范圍較寬，簡單可靠，價(jià)格便宜，但低速時(shí)功率因數(shù)低、損耗大、效率低、發(fā)熱嚴(yán)重。2）轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速：轉(zhuǎn)子回路串接電阻可以改變轉(zhuǎn)子電流，從而改變其機(jī)械特性曲線，達(dá)到調(diào)速的目的。因此，漸漸被節(jié)能調(diào)速所取代。電磁轉(zhuǎn)差離合器控制筒單，運(yùn)行可靠，調(diào)速精確、價(jià)格便宜，而且能平滑調(diào)速。低速時(shí)損耗大、效率低。調(diào)節(jié)附加電勢的大小，就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子側(cè)直流附加電勢由晶閘管逆變器產(chǎn)生（也有用直流電機(jī)等其它形式的）。這種方法調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、可靠性高。1984年研制出的斬波式逆變器串級(jí)調(diào)速方法，可以大大降低無功損耗、提高功率因數(shù)、減少高次諧波分量，從而提高了調(diào)速效率。不同的是，它將能量分別饋入電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。根據(jù)變頻電源頻率控制方法不同，雙饋調(diào)速分為自控式（）和他控式（）兩種。該方式穩(wěn)定性好，適用于軋鋼機(jī)之類的沖擊負(fù)荷。通常由獨(dú)立的頻率可調(diào)的低頻三相正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生給定信號(hào)。改變轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、幅值和相位，就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、和無功功率。它在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)都可以得到電動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。其功率轉(zhuǎn)換是采用交—交變頻器，直接進(jìn)行能量交換，所以效率很高，是比較完善的調(diào)速裝置。國外在20世紀(jì)80年代投入運(yùn)行，我國上個(gè)世紀(jì)90年代開始應(yīng)用。6）斬波式內(nèi)反饋調(diào)速這是我國獨(dú)有的，近十幾年才興起的新方法。它在串級(jí)調(diào)速的基礎(chǔ)上又有所突破，把著眼點(diǎn)放在調(diào)速主體——電動(dòng)機(jī)上，在電動(dòng)機(jī)定子槽中通過多層嵌套方式安裝了反饋調(diào)節(jié)繞組（這等于把逆變變壓器和電動(dòng)機(jī)巧妙地結(jié)合在一起）。而調(diào)節(jié)繞組接受反饋功率則意味P1的減少，電能的節(jié)省。該方法是在常規(guī)串級(jí)調(diào)速的直流回路中，加入并聯(lián)型直流斬波器?？刂茢夭ㄆ鞯恼伎毡染湍苷{(diào)節(jié)直流側(cè)的短路電流，從而間接地控制了反饋給調(diào)節(jié)繞組的轉(zhuǎn)差功率，達(dá)到調(diào)速的目的。逆阻二極管D、電感L2和電容C起隔離緩沖作用。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低、諧波幅值低的優(yōu)點(diǎn)。在高電壓、大容量的水泵、風(fēng)機(jī)用繞線電動(dòng)機(jī)調(diào)速中，顯示出突出的優(yōu)勢。它可以獲得恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性和恒功率調(diào)速特性。為得到好的調(diào)速精度與穩(wěn)定性，常用速度反饋的控制方式。它和調(diào)壓調(diào)速結(jié)合起來形成“變極調(diào)壓調(diào)速”。三：改變頻率f的調(diào)速方法變頻調(diào)速是用變頻電源改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。規(guī)格系列齊全，可以滿足各種不同需求，因而被廣泛采用，是最具發(fā)展前途的理想調(diào)速方法。根據(jù)直流濾波方式不同，又分為電壓型（電容器濾波）和電流型（電感濾波）兩種。也因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜、額定工作頻率較低，造價(jià)較高。變頻調(diào)速的不足之處是造價(jià)較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、低速時(shí)功率因數(shù)低、諧波較大。所以，提高調(diào)速效率、提高功率因數(shù)、減少高次諧波、提高性能價(jià)格比始終是人們關(guān)注的重點(diǎn)。其中P2和PSC之間的功率差PS，即轉(zhuǎn)差功率是上述幾種節(jié)能調(diào)速的著眼點(diǎn)。系統(tǒng)總效率η=PSC/PW。而且轉(zhuǎn)差率s越大，效率越低（因?yàn)?，若忽略定子損耗，則η=PSC/PW≈PSC/P2=n/no=1－s）。其效率可達(dá)90％以上。變頻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的調(diào)速范圍較大(D=10)，其次是雙饋調(diào)速。但調(diào)速范圍的選擇要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況來確定。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)接有整流器和逆變器，因而電流波形發(fā)生畸變，畸變電流中含有高次諧波分量。諧波還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)機(jī)械脈振現(xiàn)象。 SVPWM調(diào)制技術(shù)概述1987年日本的GIFU大學(xué)的Yoshihiro Murai教授在IEEE上發(fā)表《全數(shù)字化逆變器的新型PWM方法》一文，由此標(biāo)志著SVPWM調(diào)制技術(shù)的正式問世。目前已在通用變頻器產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。在SVPWM高頻調(diào)制中， Yoshihiro Murai教授引入劈零矢量，減少了電流諧波，使得低頻時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)得更加平滑。由于大量的零矢量的插入需要更多的元件開關(guān)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)，所以命名為高頻劈零矢量。考慮到算法的實(shí)時(shí)性要求、三角載波的產(chǎn)生、時(shí)間的比較、死區(qū)的設(shè)定、安全性等等因素，所以現(xiàn)在普通的SPWM產(chǎn)生都有專門的硬件支持來實(shí)現(xiàn)，如INTEL公司的196MC系列單片機(jī)。在這方面德州儀器(TI)公司推出的TMS320F2812專門設(shè)置了空間矢量狀態(tài)機(jī)這一硬件系統(tǒng)，使得SVPWM的實(shí)現(xiàn)容易起來。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色?！钡谝浑A段，DSP意味著數(shù)字信號(hào)處理。方進(jìn)先生在一篇文章中提到，新興的DSP業(yè)務(wù)同時(shí)也承擔(dān)著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，究竟向哪里拓展是生死攸關(guān)的問題。到1991年，TI推出價(jià)格可與16位微處理器不相上下的DSP芯片，首次實(shí)現(xiàn)批量單價(jià)低于5美元，但所能提供的性能卻是其5至10倍。TI首家提供可定制 DSP——cDSP，cDSP 基于內(nèi)核 DSP的設(shè)計(jì)可使DSP具有更高的系統(tǒng)集成度，大加速了產(chǎn)品的上市時(shí)間。到90年代中期，這種可編程的DSP器件已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、海量存儲(chǔ)、語音處理、汽車電子、消費(fèi)類音頻和視頻產(chǎn)品等等，其中最為輝煌的成就是在數(shù)字蜂窩電話中的成功。 21世紀(jì)DSP發(fā)展進(jìn)入第三個(gè)階段，市場競爭更加激烈，TI及時(shí)調(diào)整DSP發(fā)展戰(zhàn)略全局規(guī)劃，并以全面的產(chǎn)品規(guī)劃和完善的解決方案，加之全新的開發(fā)理念，深化產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。DSP微處理器（芯片）一般具有如下主要特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；（7）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)其控制電路提出要求，然后給出設(shè)計(jì)電路圖。最后通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了SVPWM空間電壓矢量脈寬調(diào)制。主電路總體結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 主電路總體結(jié)構(gòu)框圖DSP最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示： DSP最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第二章 空間電壓矢量PWM技術(shù)矢量控制中所用的坐標(biāo)系有兩種：一種是靜止坐標(biāo)系，一種是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)基于定子的三相繞組構(gòu)成的三相定子ABC坐標(biāo)系和由固定在A軸上的α軸與之垂直的β軸所組成的兩相定子α、β坐標(biāo)系均為靜止坐標(biāo)系。設(shè)三相繞組(A，B，C)與兩相繞組(α，β)，A相繞組軸線與α相繞組軸線重合，都是靜止坐標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)的交流電流為iA、iB、iC和、。令C3/2表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，即采用正交變換矩陣，則其正交變換公式為： （）C2s/3s變換公式為： （） C2s/2r變換及其逆變換由兩相靜止坐標(biāo)系(αβ)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)的變換稱為Park變換。d、q和α、β軸的夾角θ是一個(gè)變量，隨負(fù)載、轉(zhuǎn)速而變化，在不同的時(shí)刻有不同的值。、。當(dāng)頻率不變時(shí)，它以速度ω1旋轉(zhuǎn)，哪一相電壓最大，合成電壓矢量就會(huì)落在該相的軸線上。這樣可將電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的形狀問題轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀問題。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器為電動(dòng)機(jī)提供的是經(jīng)過調(diào)制的PWM電壓。因?yàn)槟孀兤鞯纳蠘虮酆拖聵虮鄣拈_關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)，所以只用上橋臂的三個(gè)功率開關(guān)器件來描述逆變器的工作狀態(tài)就足夠了。如果把上橋臂的功率開關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)用“1”表示，關(guān)斷狀態(tài)用“0”表示，那么按照式（）定義的電壓空間矢量，逆變器上橋臂的三個(gè)功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)共有八種組合，分別對(duì)應(yīng)逆變器的八個(gè)開關(guān)模式。其他六個(gè)基本電壓矢量分別為、且有效矢量長度均為2/3Ud。從一個(gè)電壓空間矢量旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)矢量的過程中，應(yīng)當(dāng)遵循功率器件的開關(guān)狀態(tài)變化最小的原則，即應(yīng)當(dāng)只有一個(gè)功率器件的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。 空間電壓矢量分布SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)通過對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。三個(gè)矢量的作用時(shí)間可以一次施加，也可以在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，這樣更有利于消除電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 SVPWM磁鏈軌跡由于變換器實(shí)際所能產(chǎn)生的矢量(基本矢量和零矢量)有限，不可能輸出角度連續(xù)變化的空間矢量。在一個(gè)正弦周期內(nèi)所產(chǎn)生的合成矢量越多，意味著開關(guān)頻率越高。 其中 令參考矢量Uref*與該扇區(qū)第一矢量U4的夾角為θ，由三角形的正弦定理得 ()因?yàn)椋瑒t聯(lián)立上式得 （）m是SVPWM調(diào)制系數(shù)。其中，可以得到 （）其中或用為對(duì)應(yīng)的虛部和實(shí)部相等可得到 （）雖然用兩個(gè)矢量UU6，*，但是(T4+T6)不一定會(huì)和Ts相等，若不相等，則磁鏈追蹤的速度，也就是PWM波的基波頻率也就不等于所要求的頻率f。因此可以用零矢量來調(diào)節(jié)作用時(shí)間，以使UU6矢量作用產(chǎn)生的磁鏈的角速度正好等于ω=2πf。其它扇區(qū)的調(diào)制算法完全相同。反應(yīng)在矢量圖上。以上推導(dǎo)過程與矢量發(fā)送順序和k值無關(guān)，因此直流電壓利用率高是SVPWM的本身特性。進(jìn)一步計(jì)算可知，m取1，也就是SVPWM輸出最大時(shí)，線電壓峰值等于Ud，已經(jīng)達(dá)到直流母線電壓；再增加就不是線性調(diào)制了，所以SVPWM的直流電壓利用率是最高的。由空間電壓矢量SVPWM的原理知道，算法的關(guān)鍵是判斷扇區(qū)和電壓矢量作用時(shí)間，本論文給出了在α、β坐標(biāo)系下的計(jì)算方法?？梢钥闯觯? 若 且 （）其中，則處于扇區(qū)Ⅰ中。其它扇區(qū)的判斷可按同樣的方法依此類推，得到： 當(dāng) ，且時(shí)，則位于扇區(qū)Ⅱ； 當(dāng) ，且時(shí)，則位于扇區(qū)Ⅲ； 當(dāng)， 且 時(shí)，則位于扇區(qū)Ⅳ ； 當(dāng)， 且時(shí)，則位于扇區(qū)Ⅴ； 當(dāng)， 且時(shí)，則位于扇區(qū)Ⅵ。但這還不是最簡練的表述，若對(duì)以上條件作進(jìn)一步分析，判斷方法可進(jìn)一步簡化，由所推導(dǎo)出的條件可以看出，Uref*所在的扇區(qū)完全可由，與0的關(guān)系決定，由此可以定義以下變量： （）再定義： 若 ，則A=1，否則A=0 若，則B=1，否則B=0 若，則C=1，否則C=0A，B，C之間共有八種組合，但由判斷扇區(qū)的公式可知A，B，C不會(huì)同時(shí)為1或同時(shí)為0，所以實(shí)際的組合是六種，A，B，C組合取不同的值對(duì)應(yīng)著不同的扇區(qū)，并且是一一對(duì)應(yīng)的，因此完全可以由A，B，C的組合判斷所在的扇區(qū)。 參考電壓矢量所在扇區(qū)的判斷用上述方法判斷參考電壓矢量Uref*所在的扇區(qū)極其簡單，只要在具體分配作用矢量時(shí)注意將計(jì)算出的S值與實(shí)際扇區(qū)號(hào)N對(duì)應(yīng)即可。定義： ()則在不同的扇區(qū)內(nèi)A、B、C三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)時(shí)間分別為，： 切換點(diǎn)，的賦值表扇區(qū)號(hào)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ本章主要介紹了SVPWM的工作原理及實(shí)現(xiàn)算法，根據(jù)逆變器不同的開關(guān)模式產(chǎn)生空間電壓矢量去逼近電動(dòng)機(jī)的磁鏈圓。通過對(duì)SVPWM工作原理及算法的闡述，為后面的軟件設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。被廣泛使用于無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備如機(jī)床、風(fēng)機(jī)、水泵等。 整流電路整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。二極管的參數(shù)選擇為：通過二極管的峰值電流為：；通過二極管電流的有效值：；二級(jí)管電流的額定值為：～；考慮到濾波電容充電電流的影響，需留一些電流余量，故選用30A；二極管的額定電壓值：～1612V；一般的二極管能承受兩倍峰值電壓多些即可，故選用1200V的。主電路的直流側(cè)使用大電容濾波，而不使用電感，一是因?yàn)樗w積太大、價(jià)格昂貴，二是因?yàn)樗呛懔餍偷?，不能輸出相?duì)恒定的電壓，后級(jí)的逆變器將不容易控制。優(yōu)點(diǎn)是它可以給后級(jí)的逆變器提供相對(duì)恒定的直流電壓，缺點(diǎn)是它剛開始充電時(shí)不能直接接到不可控全橋整流的輸出端，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生很大的充電電流，燒壞整流器件。還有，如果后級(jí)逆變器輸出電流太大或出現(xiàn)故障，就要及時(shí)給后級(jí)逆變器斷電及增大前級(jí)電路的電阻以減小電流。通過檢測直流母線電壓，當(dāng)母線電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)電壓的60％時(shí)，利用繼電器KA切換掉啟動(dòng)電阻。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器的額定電流為20A，則限流電阻的阻值應(yīng)為：實(shí)際應(yīng)用中，限流電阻的阻值一般采用經(jīng)驗(yàn)來選擇，例如：容量較小時(shí)：取50～100歐容量較大時(shí)：取1