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1、摘 要“电工与电子技术”课程设计报告书（参考提纲）选题 异步电动机变频调速系统的设计学生姓名 赵亮专业班级 A1503指导教师 李天鹰，王青院系名称 电气与能源工程学院2016年12月1.课程设计选题：异步电动机变频调速系统的设计2.课程设计摘要 本设计变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采用交-直-交方式，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电转变为频率可调的交流电（逆变）。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器单相逆变电路。3.课程设计内容（1）异步电动机变频调速系统组成原理系统调速思路交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然
2、后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。（2）电压型变频器电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因
3、数或换流的影响，它主要适用于中、小容量的交流传动系统。与之相比，电流型变频器施加于负载上的电流值稳定不变，其特性类似于电流源，它主要应用在大容量的电机传动系统以及大容量风机、泵类节能调速中。由于交-直-交型变频器是目前广泛应用的通用变频器，所以本次设计中选用此种间接变频器，在交-直-交变频器的设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生制动时必须加入附加电阻的缺点，并有着无须附加任何设备即可以实现负载的四象限运行的优点，但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点，在本次设计中采用电压型变频器系统基本结构系统工作原理主电路通常采用交-直-交方式，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电
4、转变为频率可调的交流电（逆变）（2） 异步电动机变频调速系统硬件设计1.交直电路设计选用整流管组成三相整流桥，对三相交流电进行全波整流。整流后的电压为=1.35=1.35380V=513V。滤波电容滤除整流后的电压波纹，并在负载变化时保持电压平稳。当变频器通电时，滤波电容的充电电流很大，过大的冲击电流可能会损坏三相整流桥中的二极管，为了保护二极管，在电路中串入限流电阻，从而使电容的充电电流限制在允许的范围内。当充电到一定程度，使闭合，将限流电阻短路。在许多下新型的变频器中，已有晶闸管替代。电源指示灯HL除了指示电源通电外，还作为滤波电容放电通路和指示。由于滤波电容的容量较大，放电时间比较长（数
5、分钟），几百伏的电压会威胁人员安全。因此维修时，要等指示灯熄灭后进行。为制动电阻，在变频器的交流调速中，电动机的减速是通过降低变频器的输出频率而实现的，在电动机减速过程中，当变频器的输出频率下降过快时，电动机将处于发电制动状态，拖动系统的动能要回馈到直流电路中，使直流电路电压（称泵升电压）不断上升，导致变频器本省过电压保护动作，切断变频器的输出。为了避免出现这一现象，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，和的作用就是消耗掉这部分能量。如图3.1所示，当直流中间电路上电压上升到一定值，制动三极管导通，将回馈到直流电路的能量消耗在制动电阻上2.直交电路设计选用逆变开关管组成三相逆变桥，将直流电逆变成频
6、率可调的交流电，逆变管在这里选用IGBT。续流二极管的作用是：当逆变开关管由导通变为截止时，虽然电压突然变为零，但是由于电动机线圈的电感作用，储存在线圈中的电能开始释放，续流二极管提供通道，维持电流在线圈中流动。另外，当电动机制动时，续流二极管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。电阻，电容，二极管组成缓冲电路，来保护逆变管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流和集电极与发射极间的电压的冲击，因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变管关断时，迅速上升，迅速降低，过高增长的电压对逆变管造成危害，所以通过在逆变管两端并联电容（）来减小电压增长率。当逆变管开通时，迅速下降，迅速升高，并联在逆变管两端
7、的电容由于电压降低，将通过逆变管放电，这将加速电流的增长率，造成IGBT的损坏。所以增加电阻，限制电容的放电电流。可是当逆变管关断时，该电阻又会阻止电容的充电，为了解决这个矛盾，在电阻两端并联二极管（），使电容充电时避开电阻，通过二极管充电。放电时，通过电阻放电，实现缓冲功能。这种缓冲电路的缺点是增加了损耗，所以适用于中小功率变频器。因本次设计所选用的电动机为中容量型，在此选用此种缓冲电路。二,变频器主电路设计的基本工作原理1.整流电路整流电路是把交流电变换为直流电的电路。本设计中采用了三相桥式不控整流电路，主要优点是电路简单，功率因数接近于1，由于整流电路原理比较简单，设计中不再做详细的介绍
8、。2.逆变的基本工作原理将直流电转换为交流电的过程称为逆变。完成逆变功能的装置叫做逆变器，它是变频器的主要组成部分，电压性逆变器的工作原理如下：（2）三相逆变电路三相逆变电路的原理图见图3.3所示。图3-3中，组成了桥式逆变电路，这6个开关交替地接通、关断就可以在输出端得到一个相位互相差2/3的三相交流电压。当、闭合时，为正；、闭合时，为负。用同样的方法得：当、同时闭合和、同时闭合，得到,同时闭合和、同时闭合，得到。为了使三相交流电、在相位上依次相差2/3；各开关的接通、关断需符合一定的规律，其规律在图3.3b中已标明。根据该规律可得、波形如图下图所示。 结构图 开关的通断规律波形图观察6个开
9、关的位置及波形图可以发现以下两点：各桥臂上的开关始终处于交替打开、关断的状态如、。各相的开关顺序以各相的“首端”为准，互差2/3电角度。如比滞后2/3，比滞后2/3。上述分析说明，通过6个开关的交替工作可以得到一个三相交流电，只要调节开关的通断速度就可调节交流电频率，当然交流电的幅值可通过的大小来调节。*（3）异步电动机变频调速系统软件设计 流程图设计 源程序设计（4）异步电动机变频调速系统实验调试 三相异步电动机的“理相”测试。 三相异步电动机的Y/接线方法及其通电运转操作和转速测试（用红外线转速表测）。 三相异步电动机的变频调速测试（对应所选频率点分别测试电动机的转速与线电压且分析规律及特
10、性特征并列表记录测试数据然后画出相应的曲线。 调试正弦波发生器（正弦波振荡器）即调试你所设计组装的正弦波发生器且论述正弦波发生器的组成原理，并着重分析正弦波发生器的选频电路（即文氏电桥）的频率特性（幅频特性与相频特性）与文氏电桥RC参数的关系，以及文氏电桥输出电压与正反馈电压之间的关系（大小关系与相位关系：要详细导出文氏电桥输出电压与正反馈电压关系式的复数表达式（即F=Uf/UO）并且将其幅频表达式和相频表达式分离出来而且画出它们的曲线图）。能驱动三相异步电动机的变频电源设施的调试（即具有逆变器设施并且功率足够大的变频电源设施的调试；或具有功率放大设施的变频电源设施的调试）。三相异步电动机变频
11、调速系统的总体调试。4. 课程设计说明 对你在该课程设计中涉及到的一些重要的或特殊的理论方法、或保密技术、或被实验已经证实的并且具有理论价值与实际意义的创新点、或限于篇幅等原因不便在正文中说明的理论与技术，在此处应做简明扼要的注释说明。5. 课程设计总结 （1）总结你在该课程设计中所做的主要工作，取得的重要成果成效；该选题还需要继续研发推进的工作。 （2）总结你完成该课程设计所采用的理论方法与技术手段。 （3）简明扼要的小结你完成该课程设计的心得体会、希望与建议。参考文献目录（写在摘要之前）摘 要本设计的硬件包含控制器、温度和湿度感应器和数字显示电路，显示方法使用1组8位共阴极LED数码管。测
12、量温度和湿度控制电路是由温湿度传感器，实际测得的值超过了预先设定好的数值后，发出报警信号，驱动外部电路，软件部分是温湿度C程序。DHT11温湿度传感器的设计包含一组电阻元件和一组NTC温度测量元件，和8位微控制器的连接。关键词：检测；传感器；单片机 ；DHT11V目 录目 录摘 要I目 录I1、引 言32、总体设计概述42.1系统的工作原理简介42.2总体设计框图42.3系统实现的主要功能43、系统硬件设计63.1主控模块设计63.1.1基本特性63.1.2复位电路设计63.1.3外部晶振时钟电路设计63.2DHT11传感器模块接口设计73.31602液晶显示器模块设计93.3.11602液晶
13、显示屏简介93.3.21602液晶显示模块103.4阈值设置模块113.5报警模块113.5.1蜂鸣器的介绍113.5.2蜂鸣器的组成原理113.5.3有源蜂鸣器114、系统软件设计134.1总体程序框架流程图134.21602液晶显示模块程序设计134.3传感器模块程序设计145、系统分析与调试155.1程序下载软件说明155.2所遇问题及解决办法155.2.1硬件问题及解决方法155.2.2软件所遇问题及解决方法15结 论17致 谢17参考文献19附 录20I家用数字温湿度计设计1、引 言日常生活中温度与湿度是非常重要的，比如自家房间里湿度太低就需要用加湿器来增加湿度，若温度低于或高于人体
14、舒适温度时则可以开空调来调整温度。在一些制药、食物等行业中温湿度测量也非常重要，否则会对产品产生不良影响。采用DHTxx系列单芯片传感器，能够同时测温湿度，且输出的温湿度数字信号经校准。它采用的技术是工业COMS过程微加工工艺，可以保证产品具有很高的可靠性和长久的运行能力。该传感器包含一组聚合物电容湿度测量元件和一组能隙式测量元件，并与14位A/D器还有串连接口电路在一个芯片上相互链接。拥有快速反应，抗干扰能力强，性能好、成本低等优点。DHT11数字温湿度感应器与单片机AT89C52相连外围电路是相对简单。本次设计以DHT11数字温湿度传感器为例，介绍基于单片机的家用数字温湿度计的设计。2、总
15、体设计概述2.1系统的工作原理简介本设计内容主要包含温度测量、湿度测量、显示测量值和简单测量设置。硬件这里有五个模块，即AT89C52、阈值设置、警报、传感器、显示。传感器使用的是DHTII数字型温湿度传感器,通过DHTII检测出当前环境温湿度，把测到的数据发送给AT89C52单片机并且进行分析和处理，并把所测数据分别存入一组数据组当中方便以后使用。这里，为了显示精确，系统就是每5秒刷新一次数据然后发送给单片机那里去。这样一来最新检测出来的温湿度值和阈值就可以通过液晶显示模块给显示出来。屏幕分别由两部分组成，上半部分是用来显示湿度，下半部分是用来显示温度，两部分的后两位是用来显示阀值的。在正常工作的时候
