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1、课程设计名称：电力拖动自动控制系统运动控制系统课程设计 题 目：SPWM 变频调速系统设计专 业： 自动化 课程设计任务书一、设计题目SPWM 变频调速系统设计2、设计任务1）要求采用 SPWM 控制方式，整个系统要求采用双闭环系统。2）设计思路清晰，给出整体设计框图；3）单元电路设计，给出具体设计思路和电路；4）分析各部分电路的工作原理，给出必要的波形分析。5）绘制总电路图, 写出设计报告；三、设计计划1. 主电路只有一个可控的功率环节，简化结构。2. 使用了不可控整流器，使电网功率因数与逆变器输出电压的大小无关而接近 1。3. 逆变器在调频的同时实现调压，而与中间直流环节的元件参数无关，加
2、快了系统的动态响应。 4. 可获得比常规六拍阶梯更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小。5详细分析正弦波 SPWM 型变频调速系统设计过程。四、设计要求1.根据题目要求，分析谁并确定主电路的结构形式和调整系统的组成；2.调整系统主电路元部件的确定及其参数计算器；3 驱动控制电路的造型设计；4.绘制电气原理总图指 导 教师： 教研室主任： 时 间: 摘 要变频调速是交流调速中的发展方向，有多种方法可以实现变频调速，变频调速也有多种方法，本文对目前研究领域相当活跃的正弦波脉宽调制技术(SPWM)的变频调速作了一定的研究，并进行了实践。本设计首
3、先对变频调速的对象交流电动机的变频调速原理进行了介绍，并展开介绍SPWM 变频调速的理论基础。其次介绍了调速系统的总体设计思想以及详细设计思路，并给出了完整的硬件电路设计，变频调速的控制算法也有许多，本文对目前大部分通用变频器所采用的控制算法恒压频比控制。在硬件电路设计中，本文采用了 SA868 调制芯片产生 SPWM 信号，比传统的模拟电路产生 SPWM 波具有电路简单、控制性能优良及高可靠性等特点。关键词：变频调速 SPWM SA868 调制芯片目 录1. 绪论 .11.1 变频调速的发展 .11.2 变频调速的优点 .11.3 SPWM 变频调速的优点 .12. 交流电动机变频调速原理
4、.13. SPWM 变频调速的理论基础 .23.1 SPWM 的概念 .23.2 SPWM 调制原理 .23.2.1 重要理论基础 面积等效原理 .23.2.2 SPWM 调制信号的产生 .34. 调速系统的设计 .44.1 调速系统的整体设计思想 .44.2 主电路设计 .54.2.1 主电路设计 .54.3 SA868 电路设计 .54.3.1 SA868 芯片简介 .54.3.2 外部引脚及内部原理框图 .54.3.3 工作原理及控制 .74.3.4 SA868 的保护电路 .94.3.5 SA868 基本外围电路设计 .95. 驱动和隔离电路设计 .106. 结论 .117. 参考文献
5、 .1101. 绪论1.1 变频调速的发展二十世纪末以来,电力电子技术及大规模集成电路有了飞速的发展，在此技术背景下SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。众所周之早期的交-直- 交变压变频器说输出的交流波形都是矩形波或六拍阶梯波，这是因为当时逆变器只能采用半控式的晶闸管，会有较大的低次谐波，使电动机输出转矩存在脉动分量，影响其稳态工作性能。为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发应用PWM技术的逆变器，由于它的优良技术性能，当今国内外生产的变压变频器都已采用这种
6、技术。PWM技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或电压脉冲周期以达到改变电压的目的，或者通过控制电压脉冲宽度和电压脉冲序列的周期以达到变压和变频的目的。在变频调速中，前者主要应用于PWM斩波（DCDC变换） ，后者主要应用于PWM 逆变（DC AC变换） 。PWM控制技术有许多种，并且还在不断发展中。但从控制思想上分，可把它们分成四类，即等脉宽PWM法、正弦波PWM法（SPWM） 、磁链跟踪PWM法（SVPWM）和电流跟踪PWM法等。本课题设计主要介绍正弦波SPWM的变频调速控制系统。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,
7、目前使用较广泛的 PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。1.2 变频调速的优点（1）系统稳定且平滑性好，调速范围广；（2）变频器容量不断扩大，结构小型化，逐渐多功能化和高效性化；（3）在故障率方面，由于直流电动机本身的弱点，变频调速系统具有较大的优势；（4）在工作特性方面，静态特性和动态特性都能做到和直流调速系统不相上下的程度。1.3 SPWM 变频调速的优点基于集成 SPWM 电路构成的变频调速系统具有以下优点：（1） 结构简单。（2） 运行可靠。（
8、3） 节能效果显著。（4） 性价比高。12.变频调速原理2.1 交流电动机变频调速原理对于笼型异步电动机来说，要调节转速，可以通过改变同步转速来实现。而同步速与频率有如下关系： 60/nfp其中：-极对数-供电频率f-同步速n由上式可知，当频率 连续可调时，电动机的同步速 也连续可调。又f n因为异步电动机的转子转速 总是比同步转速 略低，所以，当 连续可调1时， 也连续可调。可见，改变电源的供电频率可以改变电机的转速。1n2. 2 SPWM 变频调速的理论基础2.2.1 SPWM 的概念采样定理的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节时，其效果基本相同，冲量即是脉冲的面积。在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规
