《交流异步电动机变频调速系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流异步电动机变频调速系统设计（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、交流异步电动机变频调速系统设计摘要近年来，交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课 题，并且随着新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展，交流变频调 速技术还将会取得巨大进步。本文对变频调速理论，逆变技术，SPW M生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新 型数字化三相SPWM频调速系统，以8051控制专用集成芯片SA4828为控制核心，采用IGBT 乍为主功率器件，同时采用EXB84构成IGBT勺驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因 数接近1,并且只用一级可控的功率环节，电路结构比较简单。本文在控制上采用包Vf控制，同时，软件程序使得参数的输
2、入和变频器运行方式的改变 极为方便，新型集成元件的采用也使得它的开发周期短。另外，本文对SA482如相SPWM发生器的使用和编程进行了详细介绍，完成了整个系 统控制部分的软硬件设计。关键字：变频调速，正弦脉宽调制，控制，SA482皴形发生器AC INDUCTION MOTOR SPEED-ADJUSTED SYSTEM DESIGNABSTRACTRecently, the research of variable frequency speed variation of AC motor and relevant technology has becomean important issue
3、 in electrical drive field, with the appearance of new power electron apparatus and microprocessor and the development of the control theory, the technology of variable frequency speed variation will improve more rapidly.I adopt the means of linear This thesis has a research on these technologies: V
4、ariable Voltage Variable Frequency motor drive, inverter, and the creation principle of SPWM, Based on the results of the study, I designed a system of a new digital three phases VVVF motor drive system. It uses ASIC-SA4828 controlled by 8051 as main controlling core, it uses IGBT as power device, a
5、nd uses EXB840 as drive. It uses diodes as converting circuit unit, which makes power factor close to 1. Because I only need to control inverter, the whole circuit is very simple.v f operation. At the same time, it is very convenient to input parameters or change the drive s operating modedue to the
6、 software procedure. Moreover, owing to the advantages of the new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive.This thesis has also detail introduced the method of the usage and the programs of the three phases SPWM wave generator SA4828. The software and the hardware of the cont
7、rol part in system have been completed.Keywords: variable frequency speed control , Sine Pulse WidthModulation (SPWM) , vf operation; SA4828 Wave Generator目录摘要Abstractii1绪论11.1 变频调速技术简介11.2 变频器的发展现状和趋势21.2.1 变频器的发展现状 21.2.2变频器技术的发展趋势31.3研究的目的与意义41.4本次设计方案简介51.4.1 变频器主电路方案的选定51.4.2 系统原理框图及各部分简介61.4.3
8、 选用电动机原始参数72交流异步电动机变频调速原理及方法 82.1 三相异步电机工作的基本原理82.1.1 异步电机的等效电路92.1.2 异步电动机的转矩 112.1.3 异步电动机的机械特性 122.1.4 异步电机变频调速原理 142.2 变频调速的控制方式及选定152.2.1 Vf比包定控制152.2.2 其它控制方式213变频器主电路设计223.1 主电路的工作原理233.1.1 主电路各部分的设计233.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理 253.2 主电路参数计算283.3 IGBT及驱动模块介绍 283.3.1 IGBT简介及驱动要求293.3.2 EXB840的内部结构3
9、23.3.2 采用EXB840的IGBT驱动电路 334控制回路设计354.1驱动电路设计354.1.1 SPWM调制技术简介 354.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 374.1.3 SA4828内部结构及工作原理394.2保护电路414.2.1 过、欠压保护电路设计424.2.2 过流保护设计444.3 控制系统的实现455变频器软件设计485.1 流程图485.2 SA4828 的编程495.2.1 初始化寄存器编程495.2.2 控制寄存器编程525.3程序设计54总结64参考文献65致谢671绪论1.1变频调速技术简介变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动
10、机调速目的的技 术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大的范围来分， 电机有直流电机和交流电机。由丁直流机调速容易实现， 性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流机固有的缺点：由丁采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因此人们希 望，让简单可靠廉价的笼式交流电机也像直流电动机那样调 速。这样就出现了定子调速、 变极调速、滑差调速、转子申电阻调速、申极调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电 机、绕线式电机、同步式交流电机。随着 电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展， 出现了变频调速技术，它一出现 就以其优异的性
11、能逐步取代其它交流电机调速方式， 乃至直流电机调速，而成为 电气传动的中枢1。变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但如何得到一个单独向异步电动机供电 的经济可靠的变频电源，一直是交流变频调速的主要课题。20世纪60年代中期，随着普通的晶闸管、小功率管的实用化，出现了静止变频装置，它是将三相的 工频电源经变换后，得到频率可调的交流电。这个时期的变频装置，多为分立元件，它体 积大、造价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量普遍偏小，控制方式也很不完善， 调速后电动机的静、动态性能还有待提高，特别是 低速的性能不理想，因此仅用丁纺织、 磨床等特定场合。20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子
12、技术以惊人的速度向前发展，变频调 速传动技术也随之取得了日新月异的进步，开始出现了通用变频器。它功能丰富，可以 适用丁不同的负载和场合，特别是进入20世纪90年代，随着半导体开关器件IGBT、欠 量控制技术的成熟，微机控制的变频调速成为主流，调速后异步电动机的静、动态特性 已经可以和直流调速相媲美。随着变频器的专用大规模集成电路、半导体开关器件、传感 器的性能越来越高，进一步提高变频器的性能和功能已成为可能。现在的变频器功能很多， 操作也很方便，其寿命和可靠性也较以前有了很大的进步。所谓变频就是利用电力电子器件（如功率晶体管GTR绝缘栅双极型晶体管IGBT）将 50Hz的市电变换为用户所要求的
13、交流电或其他电源。它分为直接变频（乂称交-交变频）， 即把市电直接变成比它频率低的交流电，大量用在大功率的交流调速中；间接变频（乂称交-直-交变频），即先将市电整流成直流，再变换为要求频 率的交流。它乂分为谐振变频和方波变频。前者主要用丁中频加热，方波变频乂分为等幅 等宽和SPWh频。常用的方法有正弦波（调制波）与三角波（载波）比较的SPW隘、磁场跟踪式SPW隘和等面积SPW隘等。本设计所设计的题目届丁间接变频调速技术。它主要包括整流部分、逆变部分、控制 部分及保护部分等。逆变环节为三相SPW逆变方式。1.2变频器的发展现状和趋势1.2.1变频器的发展现状进入90年代，通用变频器以其优异的控制
14、性能，在调速领域独树一帜，并在工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外，变频技术和变频器制造己经从一般意义的 拖动技术中分离出来，成为世界各国在工业自动化和机电一体化领 域中争强占先的阵地， 各发达国家更是在该技术领域注入了极大的人力、物力、财力，使之目前己经进入了高新技术行业。就变频技术而言，目前日本、美国及法国、荷 兰、丹麦等国家可以说是齐头并进，不分伯仲。在这一领域的研制、生产方面，220KW 功率以上的变频器基本被欧、美等国家垄断，如德国的西门子（SIEMENS丹佛斯（DANFOSS）美国的AB.OE公司、欧洲的ABB等。中小容 量的变频器85利日本产品 和台湾产品所占领，如富士（FUJ
15、I）,三垦（SAMCO 东芝（TOSHIBA，松下（PANASONIC） 三菱（MITSUBISHI卜安川以及台湾的台达。由丁这些国家、地区的工业基础好、制造业 发达、开发生产能力强，所以他们生产的变频器适应范围广，生产己经初具规模变频器应 用普及率在85姒上。我国的变频器深圳华为电气（现己经改名安圣电气）、伴灵电气、成都森兰、大连普传科技都是 变频器研究、开发、生产的高新技术企业，拥有雄厚的技术实力，相信不久的将来可以取 代国外品牌，创建我们自己的国产名牌。1.2.2变频器技术的发展趋势在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从Si（硅）变换为SiC （碳化硅）， 使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动 装置；永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普 及，以及人类思维理 念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几 个方面发展：1. 网络智能化智能化的变频器买来就可以用，不必进行那么多的设定，而且可以进行故障自诊断、 遥控诊断以及部件自动置换，从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器 联动，甚至是以工厂为单位的变频器综合管理控制系统。2. 专门化和一体化变频器的制造专门化，可以使变频器在某一领域的性能更强，如风机、水泵用变频器、
