【正文】 .............................. 13 圖 36 SVPWM 波形圖 ........................................................................................................ 13 圖 41 基于 TMS320F240 的變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 ....................................................... 14 圖 42 主電路 ........................................................................................................................ 15 圖 43 5V 電源 ...................................................................................................................... 17 圖 44 電源電路 ........................................................................................................... 17 圖 45 采用外部接振蕩器的時(shí)鐘電路 ................................................................................ 18 圖 46 片內(nèi)振蕩器的時(shí)鐘電路 ............................................................................................ 18 圖 47 復(fù)位電路 .................................................................................................................... 19 圖 48 外部存儲(chǔ)器 ................................................................................................................ 20 圖 49 RS232 引腳定義 ........................................................................................................ 21 圖 410 串行通信接口電路 .................................................................................................... 21 圖 411 電流采集電路 ............................................................................................................ 22 圖 51 事件管理器 ................................................................................................................ 24 圖 52 比較單元結(jié)構(gòu)框圖 .................................................................................................... 25 圖 53 比較單元產(chǎn)生的 PWM 波形 .................................................................................... 25 圖 54 帶死區(qū) PWM 電路結(jié)構(gòu)框圖 .................................................................................... 26 圖 55 帶死區(qū)輸出的 PWM 波形 ........................................................................................ 27 圖 56 硬件 SVPWM 產(chǎn)生方法 的比較過(guò)程 ....................................................................... 28 圖 57 SVPWM 波形產(chǎn)生流程圖 ........................................................................................ 29 劉桂林：異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) VI 表格清單 表 51 全比較單元 ................................................................................................................ 24 安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 就目前而言，電能是全世界消耗最多的能源之一，同時(shí)也是浪費(fèi)最多的能源之一。 交流電機(jī)早在十九世紀(jì)八十年代中期就己?jiǎn)柺?，由于它具有消耗原料少，制造成本低，結(jié)構(gòu)牢固，運(yùn)行安全可靠 ， 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及易于向高壓，高速度和大容量方向發(fā)展等特點(diǎn)，迅速得到廣泛的應(yīng)用。這種所謂的不變速系統(tǒng)是指交流電機(jī)本身不進(jìn)行調(diào)速 ， 而為了達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制又不得不采用其它的措施 (如擋板，閥門(mén)等 )進(jìn) 行調(diào)速，從而白白消耗了大量的電能。這樣，如何從本質(zhì)上改變交流電機(jī)調(diào)速控制特性，使之具有直流電機(jī)的調(diào)速性能，便成為近幾十年來(lái)電氣傳動(dòng)研究主要課題之一。 PWM 方法，并 將其應(yīng)用與實(shí)際調(diào)速系統(tǒng)。 變頻技術(shù)與異步電機(jī)控制技術(shù) 一 、變頻技術(shù) 隨著新型電力電子期間的不斷涌現(xiàn)以及微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也獲得了飛速發(fā)展，目前主要有基于正弦波對(duì)三角波寬調(diào)制的 SPWM 控制；電壓空間矢 量SVPWM 控制；直接轉(zhuǎn)矩控制；基于定子磁鏈的新型控制方法等。 電壓空間矢量 SVPWM 控制一種與 SPWM 控制不同的新穎的脈寬調(diào)制方法。 直接轉(zhuǎn)矩控制是 80 年代中期提出 的又一種轉(zhuǎn)矩控制策略。 二 、異步電機(jī)控制技術(shù) 微電子技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的功能不斷提高，電器傳動(dòng)領(lǐng)域出現(xiàn)了以微處理器為核心的微機(jī)控制系統(tǒng)。數(shù)字化控制系統(tǒng)不同與模擬控制系統(tǒng)，它主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方興未艾，非線(xiàn)性解耦控制、單神經(jīng)元控制、模糊控制等各種新型控制策略正不斷涌現(xiàn)，展現(xiàn)出更為廣闊的前景。 PID 控制經(jīng)過(guò)40 多年的應(yīng)用和發(fā)展，從Ⅰ型發(fā)展到Ⅳ型，性能不斷提高了，積累的經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越多，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。所 有這些算法都是在基本 PID 算法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在大功率無(wú)換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利ABB 公司提供了單片機(jī)容量為 6 萬(wàn) KW 的設(shè)備用于抽水蓄能電站。在小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)方面，日本富士 BJT 變頻器最大單機(jī)容量可達(dá) 700KVA， IGBT 變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來(lái)越廣泛應(yīng)用在機(jī)械發(fā)、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能場(chǎng)合，已取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)高電壓、大電流的 SCR、 GTO、 IGBT、 TGCT 等期間的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串 聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高低壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)： 16 位、 32 位告訴微處理器以及信號(hào)處理器（ DSP）和專(zhuān)用集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能提供了硬件手段。 二、 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 從總體上看我國(guó)電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國(guó)際先進(jìn)水平差距 10— 15 年。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組起動(dòng)及運(yùn)行，大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷?yè)P(yáng)方面有很大需求。 國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下： 變頻器的整機(jī)技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。 相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。 劉桂林：異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 第 二 章 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理 交流電動(dòng)機(jī)高效調(diào)速方法的典型是變頻調(diào)速，它既適用于異步電機(jī)，也適用與同步電機(jī)。變頻調(diào)速系統(tǒng)目前應(yīng)用最廣泛的是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，也稱(chēng)為恒 v/f 控制，這種調(diào)速方法采用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單， 成本最低，使用于風(fēng)機(jī)、水泵等對(duì)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。 穩(wěn)速：以一定的精度在所需要的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的干擾下不允許過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。 上述三項(xiàng)中有時(shí)都需要具備，有時(shí)只要其中的一兩項(xiàng)，特別是調(diào)速和穩(wěn)速，常常在各種場(chǎng)合都會(huì)碰上，針對(duì)這兩項(xiàng)有兩個(gè)調(diào)速指標(biāo)與其對(duì)應(yīng)，即： （一） 調(diào)速范圍 電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即 ： minmaxnnD? 式 (21) 其中，最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可以使用實(shí)際負(fù)載十的轉(zhuǎn)速。 0nnoms ?? 式 （ 22） 靜差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的，它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度越高。 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的由來(lái) 對(duì)于通用型的變頻調(diào)速，采用的變壓變頻（ VVVF）控制算法是以電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程為基礎(chǔ)推導(dǎo)出來(lái)的， 由 《電機(jī)學(xué)》理論知道，異步機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速與電源頻率有嚴(yán)格的關(guān)系： pfn 11 60? 式 （ 24） 1n 就是定義的同步轉(zhuǎn)速。由式中可以看出，當(dāng)極對(duì)數(shù) p 不變時(shí)，均勻地改變定子供電電源頻率 1f ，則可以達(dá) 到平滑的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速 n 的目的，我們通常所說(shuō)的變頻調(diào)速就是由此而來(lái)?？梢钥闯?，若定子 1U 電壓不變，則隨著頻率 1f 的提高，氣隙磁通 m? 減小，從而電動(dòng)機(jī)出力不足，過(guò)載能力下降，如果維持定子電壓 1U 不變，而減小頻率 1f ，將使磁通 m? 增加，磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，從而鐵損增加，電動(dòng)機(jī)效率降低。 變頻調(diào)速的基本控制方法 對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的變頻器驅(qū)動(dòng)，為了避免電動(dòng)機(jī)磁飽和，同時(shí)抑制啟動(dòng)電流，在改變頻率的同時(shí)必須控制變頻器的輸出電壓，既調(diào)壓調(diào)頻器（ VVVF）。因?yàn)槭强刂齐妷海?Voltage）與頻率（ Frequency）之比，故稱(chēng)恒 V/F 控制。而在額定頻率以上，保持輸出電壓不變，由于電動(dòng)機(jī)輸入阻抗增大，輸出轉(zhuǎn)矩減小，是恒功率區(qū)。 劉桂林：異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 6 050 ( 60 )FV實(shí)際運(yùn)行線(xiàn)恒 轉(zhuǎn) 矩 區(qū)恒 功 率 區(qū) 圖 21 V/F控制 安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 PWM 技術(shù) 隨著電力電子器件工 GBT、功率 MOSFET 等為代表的全控型器件的不斷完善給PWM 控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ)，推動(dòng)了電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使它應(yīng)用到交一直、直一直、交一交、直一交四大類(lèi)變流電路中。 PWM 技術(shù)類(lèi)型 PWM 技術(shù)有許多種，并且還在不斷發(fā)展中。 一、 等脈寬 PWM 法 等脈寬 PWM 法是為了克服 PAM 方式中逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓的缺點(diǎn)而發(fā)展來(lái)的，是最為簡(jiǎn)單的一種 PWM 法。其缺點(diǎn)是輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。它從電動(dòng)機(jī)供電電源的角度出發(fā)，著眼于如何產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的三相對(duì)稱(chēng)正弦波電源。還有許多與 SPWM 法類(lèi)似的 PWM 法，如 Bowes 等人提出的諧波注入法 (THIPWM)，其實(shí)