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1、武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课程名称课程设计总评成绩学生姓名、学号学生专业班级指导教师姓名课程设计起止日期课程设计大体要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培育学生综 合运用先修课程的理论知识和专业技术，解决工程领域某一方面实际问题的能力。 课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅能够培育和训练学生的逻辑归纳能力、 综合分析能力和文字表达能力，也是标准课程设计教学要求、反映课程设计教学 水平的重要依据。为了增强课程设计教学治理，提高课程设计教学质量，特拟定 如下大体要求。1. 课程设计教学一样可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计 结果分析、答辩等4
2、个环节，每一个环节都应有必然的考核要求和考核成绩。2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出 学生实践能力、设计能力和创新能力的培育；该项目有必然的有效性，且学生通 过尽力在规定的时刻内是能够完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录 于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。3. 项目设计方案论证要紧包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确信最 正确方案，实施最正确方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方 案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证要紧考核设计方 案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右
3、。4. 项目设计结果分析要紧包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性 能指标的正确性和完整性，项目测试中显现故障或错误缘故的分析和处置方式。 项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。5. 学生在课程设计进程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培育自 己的阅读爱好和适应，借以启发自己的思维，提高综合分和明白得能力。文献阅 读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出 23个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技术把握 的程度，和对问题的明白得、分析和判定能力
4、。答辩考核成绩占25%左右。7. 学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计 报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计 全进程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每 一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、 良好、中等、合格、不合格）总评成绩。8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存 档交实验室统一治理。一、课程设计项目名称异步电动机变压变频调速系统设计二、项目设计目的及技术要求设计目的设计SPWM操纵正弦脉宽调制变频操纵器，把握系统结构和工作原理，明 白
5、得SPWM操纵方式。技术要求及初始条件：1. 三相异步电机参数：P=30KW, f = 50Hz, U =380V，定子电流I =60A,NABS电流过载倍数Y=2, nN= 1470r/min 。2. 进线交流电源：三相380V，频率50Hz。3. 性能指标：调速范围5： 1，转速稳态精度在10%之内，额定转速和额定负 载时装置效率高于0.9，功率因数高于0.85，电网电压波动10%时，输出 电压波动不大于5%。设计任务：1. 交-直-交三相SPWM逆变器主电路设计。2. 集成SPWM调制波发生器电路设计。3. 集成驱动电路设计。4. 低频补偿电路设计。5. 检测及爱惜电路设计。6. 提供总
6、电路图。设计要求：1. 对系统设计方案的先进性、有效性和可行性进行论证，说明系统工作原理。2. 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算进程。3. 对项目设计结果进行分析。3. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。4. 课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝剽窃，类似 现象。三、项目设计方案论证（可行性方案、最正确方案、软件程序、硬件电 路原理图和PCB图）1方案论证1.1变极调速变极调速一样是通过改变定子绕组的接线方式来改变电动机的定子绕组极对数，从而达到调 速的目的。它既不是恒转矩调速方式，也不是恒功率调速方式。优势：1具有较硬的机械特性，稳固
7、性良好。2无转差损耗，效率高。3接线简单、操纵方便，易维修、价钱低。缺点：有级调速，级差较大，不能取得滑腻调速，且由于受到电动机结构和制造工艺的限制，通常 只能实现2-3种极对数的有级调速，调速范围相当有限。1.2变转差率调速变转差率调速实现方式众多，例如调压调速、转子串电阻调速、串极调速和滑差聚散器调速 等方式。交流电动机的输出功率七的表达式为：PZ = M = Ms （1 - s） = PM - sPM（1-1）其中M一电磁转矩。3电机旋转磁场的速度。s一旋转磁场的同步速度s一转差率式（1 一 1）中sPM称为交流电动机的转差功率，这一部份功率要紧消耗在转子阻抗上。因此，当 S增大时，电动
8、机的损耗也将会增大。由此能够看出，调剂电机转差率、调速是一种耗能的调速 方式，是低效率的调速方式。1.3变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，来实现调速的方式即调剂,来调速。在转矩恒按时、大 体不变，交流电动机的输出PZ = Ms=Ms（1-s）与输入电磁功率PM = Mos。：成比例转变， 损耗大体没有增加，是一种高效的调速方式。优势：效率高，调速进程中无附加损耗。应用范围广，可用于笼型交流电动机。调速范围大， 特性硬，精度高。关于低负载运行时刻较多或起停运行较频繁的场合，缺点：技术复杂，造价高，保护检修困难。从上述比较能够看出，与变极调速和变转差率 调速相较，变频调速可在宽广的范围内实现
9、无级调速，并可取得专门好的起动和运行特性，是一 种效率比较高的调速方式。最有调速为变频调速2变频调速系统的u/f操纵方式电机定子绕组的反电动势是定子绕组切割旋转磁场磁力线的结果，本质上是定子绕组的自感 电动势。其三相交流异步电机每相电动势的有效值是：EI = 4.44k 1 x f 1 x N 1 xQm(2-1)式中：EI 一气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值；KI 与绕组结构有关的常数；f 一定子频率；NI 一定子每相绕组串联匝数；M 一每极气隙磁通量；由上式可见，若是定子每相电动势的有效值EI不变，改变定子频率时会显现下面两种情形： 若是大于电机的额定频率厂ft N，那么气隙磁通量中
10、、就会小于额定气隙磁通量中、。其结果 是:尽管电机的铁心没有取得充分利用是一种浪费，可是在机械条件许诺的情形下长期利用可不 能损坏电机。(1)基频以下调速由式(2-1)可知，要维持中m不变，当频率关从额定值fi向下调剂时，必同时降低Ei使 Ef 1 =常数，即采纳电动势与频率之比恒定的操纵方式。当电动势的值较高时，能够忽略定子 绕组的漏磁阻抗压降，而以为定子相电压叩 Ei，那么得Uf 1 =常数。这是恒压频比的操纵 方式。在恒压频比的条件下改变频率f时，咱们能证明:机械特性大体上是平行下移的，如图2-1 所示，当转矩T增大到最大值后，特性曲线就折回来了。若是电动机在不同转速n下都具有额定 电流
11、，那么电机都能在温升许诺条件下长期运行，这时转矩T大体上随磁通转变，由于在基频以 下调速时磁通恒定，因此转矩T也恒定。依照电机与拖动原理，在基频以下调速属于“恒转矩调 速”的性质。低频时，Ut和鸟都较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能再忽略。(2)基频以上调速在基频以上调速时，频率能够从f 1州往上增高，但电压U 1却不能超过额定电压U 1 N,最多 只能维持U 1 = U 1 N、。由式(2-1)可知，这将迫使磁通随频率升高而降低，相当于直流电机弱磁升 速的情形。在基频关f 1 N以上变频调速时，由于电压U 1 = U 1 N不变，咱们不难证明当频率提高时， 同步转速随之提高，最大转
12、矩T减小，机械特性上移，如图2-2所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁动必将然减弱，致使转矩T减小。由于转速n升高了，能够以为输出功率大体不变。把基频以下和基频以上两种情形合起来，可得图2-3所示的交流电动机变频调速操纵特性。0圄MT会流电功机室频调由控制恃性13 SPWM操纵技术原理逆变器的输出波形是系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，产生正弦脉宽调制波SPWM的原理是;用一组等腰三角形波与一个正弦波进行比较，如图3-2 所示，其相交的时刻（即交点）来作为开关管“开”或“关”的时刻。正弦波大于三角波时，使相应的开关器件导通;当正弦波小于三角载波时，使相应的开关器件截止。图3-1与正弦波等效的等幅脉
13、冲序列波3.1单极性SPWM操纵技术如图3-3所示。这时的调制情形是:当正弦调制波电压高于三角载波电压时，相应比较器的 输出电压为正电平，反之那么为零电平。只要正弦调制波的最大澎氏于三角载波的由图3-3(A) 的调制结果必然形成图3-3(B)所示的等幅不等宽而且双侧窄中间宽的SPWM脉宽调制波形。负半 周用一样的方式调制后再倒相而成。(A)调制波和载波(B)单极性SPWM波形图3-3单极性脉宽调制波的形成图3-4单柢性调制工任特点时单极性调制的工作特点:每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件 按脉冲系列的规律时通时断的工作，另一个完全截止;而在另半个周期内，两个器件的工作情
14、形 正好相反。流经负载Z的即是正、负交替的交变电流，如图3-4所示。3.2双极性SPWM操纵技术双极性调制技术与单极性相同，只是功率开关器件通断情形不一样。绘出了三相双极式的正 弦脉宽调制波形。当A相调制波uA ut时，V1导通，V2关断，使负载上的相电压为UA=+U/z（假 设交流电机定子绕组为星型联接，其中性点0与整流器输出端滤波电容器的中点0相连，那么当 逆变器任一相导通时在电机绕组上所取得的相电压为U/2,当，V1关断而V2导通，那么UA=-U/2 ） 因此A相电压“是以+U/2和-U/2为幅值作正、负跳变的脉冲波形。同理，的丹是由V3和V4 交替导通取得的，的c是由V5和V6交替导通
15、取得的。由“和UB相减，可得逆变器输出的线 电压波形uab。uab的脉冲幅值为+U和一U。尽管相电压是双极性的，可是合成后的线电压脉冲 系列与单极性相电压合成的结果一样都是单极性的。综上所述，双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件老是按相电 压脉冲系列的规律交替地导通和关断，而流过负载Z的电流是按线电压规律转变的交变电流，如 图3-5所示。图3-S理根性调制工作特点3.3 SPWM的调制方式SPWM波毕竟不是真正的正弦波，它仍然含有高次谐波的成份，因此尽可能采取方法减少它。 图3-6是通过电动机绕组的SPWM电流波形。显然，它仅仅是通过电动机绕组滤波后的近似正弦 波。图中给出了载波在不同频率时的SPWM电流波形，可见载波频率越高，谐波波幅越小，SPWM 波形越好。因此希望提高载波频率来减小谐波。另外，高的载波频率使变频器和电机的噪声进入 超声范围，超出人的听觉范围之外，产生“静音”的成效。可是，提高载波的频率要受逆变开关 管的最高开关频率限制，而且也形成对周围电路
