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1、. . . .摘要本文首先在对该系统的整体结构、控制方案和各部分功能实现的方法进行了详细分析，并设计出该系统的硬件电路。其中硬件电路包括主电路和控制电路，在控制电路中以ARM(LPC2148)控制器为核心，通过键盘的给定频率并由LPC2148控制智能模块SA4828产生可调频率的SPWM方波,并通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，并用数码管对当前频率进行实时显示。主电路包括整流、滤波和逆变电路。为了三相交流异步电动机的可靠性，还设计了软启动电路、过欠压、过热、过流保护电路。使设计的可靠性得到了提高。在软件设计中，采用通用的模块化设计方式，编写了三相交流异步电动机调速程序，并且使用C
2、语言进行程序，在 ADS(ARM Developer Suite)开发环境下编译、链接、运行通过。 论文的创新点在于将ARM嵌入式微处理器作为控制核心结构简单、可靠易行。相对于传统交流调速，该系统采用全数字式控制方式，极大地提高了系统的实时性能。关键词:ARM 变频调速 智能功率模块 恒压频比控制 SPWM.下载可编辑.AbstractIn this paper，first The whole structure and control scheme of the system, realization methods for all Parts have been analyzed in d
3、etail, then, the feasibility of design is demonstrated, and hardware circuit is designed. The system hardware circuit is composed of the power circuit and control circuit ,the control circuit uses LPC2148 as its core，the frequency is given with keyset , the LPC2148 control intelligent module SA4824
4、,and can generate a variable SPWM wave, this system use SPWM Technology to realize constant U/f Control of AC motor, and displays frequency at present with LED The Power circuit includes rectification，filtering and inverter. In order to improve reliability of three Phase AC asynchronous motor, the p
5、aper also designed soft start circuit and other protect circuits such as the undervoltage and overvoltage, the too overheated and the output flow. So that the reliability of the design has been enhanced. Software is designed the process ,the speed-adjusted program of three Phase AC asynchronous moto
6、r control system has been Written with C language，compiled, linked and run in ADS(ARM Developer Suite) environment successfully .The innovation of this paper consists in its simplicity and reliability using ARM embedded microprocessor as the kernel .Relative to traditional Variable speed ,this syste
7、m adopts digital control, and promotes the performance and anti-jamming Keywords ARM， variable frequency variable speed，U/f control method，SPWM目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1电机调速发展现况和趋势11.2电力电子技术的发展现况和趋势21.3国内外交流调速现状31.3.1国外现状31.3.2国内现状31.4本论文的研究内容4第2章 主电路设计62.1 主电路原理图62.2 输入整流滤波电路的设计72.2.1 EMI滤波电路72.2.2
8、输入整流电路72.2.3 输入滤波电容容量的计算82.2.4电源指示灯102.3逆变电路的设计102.3.1 主功率管IGBT的容量计算102.3.2续流电路112.3.3吸收电路112.3.4制动电阻12第3章控制电路设计143.1控制原理图143.2 ARM的最小系统设计153.2.1微控制器LPC2148153.2.2时钟和复位系统153.3显示电路183.3.1数码管控制芯片 MAX1279193.4三相SPWM控制器SA4828203.4.1 寄存器软件设计203.5按键、指示灯和报警233.5.1按键233.5.2指示灯23第4章 IGBT驱动电路设计254.1驱动电路原理图254
9、.1.1驱动电路M57962L25第5章保护电路设计275.1 保护电路概述275.2 输入过欠压保护电路的设计275.3限流启动电路295.3.1采样电路295.3.2限流电路中晶闸管的驱动电路305.4过电流保护电路305.5 IGBT的过热保护设计31第6章 辅助电源设计33第7章变频调速系统的软件设计34结论37致谢38参考文献39附录141附录245附录351第1章 绪论1.1电机调速发展现况和趋势电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。它的市场异常庞大，据报道，世界上大约有100亿以上各种电机在工作，近年来，我国空调一年的产量已经超过10
10、00万台，仅此一项市场已非常庞大;另外，其应用面极其广泛，例如机床、电动工具、电力机车、机器人、家用电器、计算机的驱动器、汽车、船舶、轧钢、造纸和纺织行业等等。同时，电机行业也是一个比较老的行业，其在工业上已应用了一个多世纪，虽然随着新材料的使用、计算机技术的发展，电机建模的改进和电机计算机辅助设计软件的不断推出，电机在功率密度、效率、可靠性等方面已与最初的电机有了很大的改进，但相对的变化比较缓慢。直流电机由于其便于控制和控制精度比较高的特点，在很长一段时间内被广泛应用，被人们认为难以被其它电机所取代，但随着电力电子技术的发展，各种新型器件和先进的控制方法在电机调速变换器系统中的应用，在很多的
11、场合直流电机正逐渐被交流异步电机所代替，有人认为，在二十一世纪，直流电机将会在传动领域逐渐消失，而交流异步电机和其它类型电机的应用范围将逐渐增加。同步电机效率高，可工作在功率因数为1的工作状况下，在响应要求不高的场合，可以采用结构简单、成本低的变换器系统给它供电，正由于其具有上述优点，虽然同步电机价格比较高，但仍具有相当的竞争力。永磁同步电机因为具有比较高的效率，虽然其控制需要加装轴位置传感器，并且难以工作在弱磁调速区，但对于长期运行是有利的。无刷直流电机虽然价格比较高，但在低惯量、小尺寸的应用场合，优点比较显著，目前在中小功率范围应用比较普遍。另一种开关磁阻电机(SMR)，其结构简单、价格低
12、廉，但必须加装位置检测装置，转矩脉动和噪声也比较大，若对位置估测、转矩脉动和噪声问题有比较好的解决方案，这种电机有可能是交流异步电机的竞争对手。从前面几种电机特点的叙述我们可以看出，与其它几种电机相比，交流电机具有适应性强、维修简单、价格低、容易实现高速和大容量化等特点，因此过去直流电机占主要地位的调速传动领域，将逐渐被交流电机变频调速所占领。交流电机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，其优越性体现在两个方面:一是节电显著;二是卓越的调速性能。随着电力电子技术的发展变频调速系统性能逐渐改进，而成本不断下降
13、，在另一方面，全球性的能源危机使人们对能源的绿色利用越来越重视，对于消耗了30%左右能量的电机，其驱动系统也越来越引起人们的重视，每一台电机配备一个变频调速驱动系统正获得越来越多的认同和采用，同时对变频调速驱动系统也提出了高效率、高精度、高可靠性、多功能、智能化、小型化、低成本等要求。1.2电力电子技术的发展现况和趋势自从1956年第一只晶闸管的问世，电力电子技术作为电子技术的一个分支建立以来，电力电子技术已取得了令人注目的发展，早期的半控型电力电子器件SCR已逐渐被全控型半导体器件所代替，并发展出了多种高电压、大电流、快速(高频)、驱动简单、复合化和智能化的功率半导体开关器件。例如，单极型器
14、件有功率MOSFET和SIT双极型全控器件有:GTR、达林顿管、GTO等;复合器件有IGBT，MCT，MGT，SITH等;近几年发展的智能型功率器件有IPM，SMARTFET，TOPS witch等。其中场效应晶体管(MOSFET)作为一种电压控制型多子器件，具有快速、安全工作区大、容易驱动的特点，因此，近些年来MOSFET和以MOSFET为基础的复合型器件被广泛应用在高频开关和电机控制中，并随着生产工艺和制造技术的发展，性能不断被改进。例如MOSFET的通态内阻不断减小，新的MOSFET通态内阻不仅比PN结的正向好，甚至比肖特基二极管的正向内阻还小，己成为最佳的整流器件之一;以MOSFET为
15、基础的复合型器件IGBT、IEGT、MER(固态继电器)、FETKEY(MOSFET+SCHOTTKY)等器件耐压不断增加，电流逐渐增大。如目前IGBT耐压已达到4500V以上，IEGT已有4500v/1000A的产品。同时由于电压控制型器件的应用，使功率开关管的驱动电路大大简化，例如IGBT器件的门极驱动电路比双极型晶体管的基极驱动电路所用的元器件要小得多，而且，所需要的驱动功率也比双极型晶体管的基极驱动电路的要少很多，从而使将驱动电路和功率开关管集成在同一芯片或模块中成为可能，并且经过了近些年来的发展，功率电子器件制造公司以推出了多种有智能特性的复合器件或模块，例如SMARTFET和IPM，它们内部不仅集成了各种自保护功能，也将控制芯片集成在里面。其中SMARTFET是采用了微电子工艺集成的器件，PIM是一种智能功率模块。从电力电子器件的发展历程，我们可以看出电力电子器件正在向高耐压、大电流、小的正向内阻、智能化的电压控制型器件发展。1.3国内外交流调速现状1.3.1国外现状在大功率交一交变频调速技术方面，法国阿尔斯通己能提供单机容量达3万KW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利AB
