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】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..电力电子与电机拖动综合课程设计题目:小功率三相异步电机变频调速系统的设计专业:10自动化(2)学号:*************姓名:完成日期:2013-6-22指导教师:***:..电力电子与电机拖动综合课程设计任务书班级:10自动化2姓名:王斌赞指导教师:曹利钢2010年6月17日设计题目:小功率三相异步电机变频调速系统的设计要求:三相异步电机型号:YSL4502-10任务:。设计说明书一份设计成电路图一份果1.《中小型电机产品样本》上海电器科学研究所编***出版社2.《电力电子技术题例与电路设计指导》石玉编***出版社参考3.《电力拖动自动控制系统》陈伯时编***出版社2006年资4.《电力电子设备设计和应用手册》王兆安编***出版社料5.《电动机变频调速图解》张燕宾编中国电力出版社教研室主任签字:年月日1:...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................4一、调压调速...........................................................................................................................4二、变极数调...........................................................................................................................4三、变频调速..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................:.........................................................................................................................162:..、微电子技术和现代控制理论的发展,中小功率电机在工农业生产工厂生产中及我们日常生活中有着广泛的应用。电机的种类很多,按结构和工作原理可划分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。按转子的结构划分笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。异步电机,因其转子绕组电流是感应产生的,又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中,约有90%左右为异步电动机,其中小型异步电动机约占70%以上。在电力系统的总负荷中,异步电动机的用电量占相当大的比重。在中国,异步电动机的用电量约占总负荷的60%多。介于应用面广,本论文主要讨论鼠笼型小功率三相异步电机YSL4502-10的变频调速。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。变频器把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数);通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术,电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。变频调速技术已深入我们生活的每个角落,变频调速系统的控制方式包括V/F、矢量控制(VC)、直接转矩控制(DTC)等。V/F控制主要应用在低成本、性能要求较低的场合;而矢量控制的引入,则开始了变频调速系统在高性能场合的应用。随着半导体技术的飞速发展,MCU的处理能力愈加强大,处理速度不断提升,变频调速系统完全有能力处理复杂的任务,实现复杂的观测、控制算法,传动性能也因此达到前所未有的高度。而现在变频驱动主要使用PWM合成驱动方式,这要求其控制器有很强的PWM生成能力。3:..、调压调速优点:可以将调速过程中产生的转差能量加以回馈利用。效率高;装置容量与调速范围成正比,适用于70%~95%的调速。缺点:功率因素较低,有谐波干扰,正常运行时无制动转矩,适用于单象限运行的负载。二、变极数调优点:无附加差基损耗,效率高;控制电路简单,易维修,价格低;与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。缺点:有级调速,不能实现无级平滑的调速。且由于受到电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。三、变频调速它是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(V/F变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。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,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。优点:无附加转差损耗,效率高,调速范围宽;对于低负载运行时间较多,或起停运行较频繁的场合,可以达到节电和保护电机的目的。缺点:技术较复杂,价格较高。根据上面的优缺点比较综合论证,本设计采用的是变频调速的方法。由于异步电机是依靠定子的磁场旋转的方法使转子产生感应电流,感应电流切割定子产生的磁场从来运作的。通过实验表明,电机的转速是跟频率和极对数有关的,即n=60f(1-s)/pn为转速f为供电频率s为转差率p为极对数设计中自行设计了一简单用AVR控制器作为主控,以AC-DC-AC的整流逆变过程的变频器,来达到电机三相电压频率的变化及电压的跟随。使系统达到驱动异步电机使转速可调及转矩可调的目的。改变频率使得电机的速度平滑性稳定性很高和变速级数能做到连续变化4:..(系统框图)变频调速基本原理(1)整流滤波模块:对电网输入的交流电进行整流滤波,为变换器提供波纹较小的直流电压。(2)三相桥式逆变器模块:把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型IPM功率模块,具有电路简单、可靠性高等特点变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应电势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电动机转动起来。(3)控制电路模块:检测输出电压、电流信号后,按照一定的控制算法和控制策略产生SPWM控制信号,去控制IPM开关管的通断从而保持输出电压稳定,同时通过SPI接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完成对输出信号的测频。、滤波器、全控器件IGBT组成的逆变电路组成,实现交直交的逆变过程通过为控制器改变V1-V6的导通频率和导通相序达到调节频率它的的硬件电路主要包含6个模块:整流电路模块、IPM电路模块、IPM隔离驱动模块、输出滤波模块、电压检测模块和PM25RSB-120数字信号处理模块。,整流所得直流电压用大电容稳压为逆变器提供直流电压,该电路由6只整流二极管和吸收负载感性无功的直流稳压电容组成。整流电路原理图如图2所示。5:..、低功率IGBT、优选的门级驱动器及保护电路组成。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低,非常适合应用于直流电压。因而IPM具有高电流密度、低饱和电压、高耐压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。本文选用的IPM是日本富士公司的型号为6MBP20RH060的智能功率模块,该智能功率模块由6只IGBT管子组成,其IGBT的耐压值为600V,最小死区导通时间为3μs。,因此DSP的弱电信号很难直接控制逆变桥进行逆变。美国国际整流器公司生产的三相桥式驱动集成电路IR2130,只需一个供电电源即可动三相桥式逆变电路的6个功率开关器件。IR2130驱动其中1个桥臂的电路原理图如图3所示。C1是自举电容,为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量,D1可防止上桥臂导通时直流电压母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏。R1和R2是IGBT的门极驱动电阻,一般可采用十到几十欧姆。R3和R4组成过流检测电路,其中R3是过流取样电阻,R4是作为分压用的可调电阻。IR2130的HIN1~HIN3、LIN1~LIN3作为功率管的输入驱动信号与TMS320F8335的PWM连接,由TMS320F8335控制产生PWM控制信号的输入,FAULT与TMS320F8335引脚PDPINA连接,一旦出现故障则触发功率保护中断,在中断程序中封锁PWM信号。6:..,输出的SPWM波中含有大量的高频谐波。为了保证输出电压为纯正的正弦波,必须采用输出滤波器。本文采用LC滤波电路,,L=12mH,C=10μF。,为了精确的测量线电压,通过PM25RSB-120的SPI总线及GPIO口控制对输入的线电压进行衰减/放大的比例以满足A/D模块对输入信号电平(0-3V)的要求。电压检测模块采用256抽头的数字电位器AD5290和高速运算放大器AD8202组成程控信号放大/衰减器,每个输入通道的输入特性为1MΩ输入阻抗+30pF。电压检测模块电路原理图如图4所示。图4电压检测电路原理图7:..,跳转到主程序入口,进行相关变量、控制寄存器初始化设置和正弦表初始化等工作。接着使能需要的中断,启动定时器,然后循环进行故障检测和保护,并等待中断。主要包括三部分内容:定时器周期中断子程序、A/D采样子程序和数据处理算法。主程序流程图如图5所示。图5主程序流程图定时器周期中断子程序主要进行PI调节,更新占空比,产生SPWM波。定时器周期中断流程图如图6所示。8:..。为确保电压与电流信号间没有相对相移,本部分利用PM25RSB-120片上ADC的同步采样方式。为提高采样精度,在A/D中断子程序中采用均值滤波的方法。对A相电压和电流A/D的同步采样部分代码如下::(1)SVPWM算法(2)PID调节算法(3),SPWM波是以正弦波作为基准波(调制波),用一列等幅的三角波(载波)与基准正弦波相比较产生PWM波的控制方式。当基准正弦波高于三角波时,使相应的开关器件导通;当基准正弦波低于三角波时,使相应的开关器件截止。由此,逆变器的输出电压波形为脉冲列,其特点是:半个周期中各脉冲等距等幅不等宽,总是中间宽,两边窄,各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成比例。这种脉冲波经过低通滤波后可得到与调制波同频率的正弦波,正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率决定。本文采用不对称规则采样法,即在三角波的顶点位置与低点位置对正弦波进行采样,它形成的阶梯波更接近正弦波。不规则采样法生成SPWM波原理如图7所示。图中,Tc是载波周期,M是调制度,N为载波比,Ton为导通时间。由图7得:当k为偶数时代表顶点采样,k为奇数时代表底点采样。9:..SVPWM算法实现过程:利用F28335内部的事件管理器模块的3个全比较单元、通用定时器1、死区发生单元及输出逻辑可以很方便地生成三相六路SPWM波形。实际应用时在程序的初始化部分建立一个正弦表,设置通用定时器的计数方式为连续增计数方式,在中断程序中调用表中的值即可产生相应的按正弦规律变化的SPWM波。SPWM波的频率由定时时间与正弦表的点数决定。SVPWM算法的部分代码如下:,进而造成输出波形的不稳定性,因此必须采用增量式PID算法对系统进行优化。PID算法数学表达式为Upresat(t)=Up(t)+Ui(t)+Ud(t)其中,Up(t)是比例调节部分,Ui(t)是积分调节部分,Ud(t)是微分调节部分。本文通过对A/D转换采集来的电压或电流信号进行处理,并对输出的SPWM波进行脉冲宽度的调整,使系统输出的电压保持稳定。PID调节算法的部分代码如下:10:..频率检测算法频率检测算法用来检测系统输出电压的频率。用PM25RSB-120片上事件管理器模块的捕获单元捕捉被测信号的有效电平跳变沿,并通过内部的计数器记录一个周波内标频脉冲个数,最终进行相应的运算后得到被测信号频率。,本文采用特定的PWM控制策略,使逆变器拖动感应电机运行,并进行了短路、电机堵转等实验,证明采用逆变器性能稳定,能可靠地实现过流和短路保护。图8是电机在空载条件下,用数字示波器记录的稳态电压波形。幅度为35V,频率为60Hz。。表1不同输出频率及不同线电压情况下实验结果11:..控制器的设计12:..,上课时候这些理论的东西不是学的很扎实,当课程设计安排下来的时候才知道电力电子技术的重要性和电机拖动里面电机的神奇。因此,花了很长时间进行课程巩固,搞清楚了三相异步电机的运作原理和过程,也初略的搞清楚了逆变器的工作原理,加上控制可变的微控制器就成了变频器,在此准备阶段学到了很多之前没有重视的东西。本文设计的三相正弦波变频电源,由于采用了不对称规则采样算法和PID算法使输出的线电压波形基本为正弦波,%;同时具有故障保护功能,可以自动切断输入交流电源。因此本系统具有电路简单、抗干扰性能好、控制效果佳等优点,便于工程应用,具有较大的实际应用价值。所以,通过这次的设计,我收获了很多,无论是对电力电子和DSP的知识的巩固和提高,或者是参与设计获得的经验。本次设计并不简单,电子设计要的就是钻研的精神,我们要知其然,更要知其所以然,所以对器件及电路的构造清楚的了解比起写论文更为重要。在理论联系实际的同时,我希望自己的动手能力能够稳步提高。=200AIGBTFS1501200V西门子变压器380V均压电阻5W100K熔断器10A异步电机YSL450极对数10处理器PM25RSB-±10%16V2KAVX贴片电容0805391直插稳压管1W36V最好的直插电阻金属膜100K1WDSP13:..14:..:..:1.《中小型电机产品样本》上海电器科学研究所编***出版社2.《电力电子技术题例与电路设计指导》石玉编***出版社3.《电力拖动自动控制系统》陈伯时编***出版社2006年4.《电力电子设备设计和应用手册》王兆安编***出版社5.《电动机变频调速图解》张燕宾编中国电力出版社16