文档介绍：电机的PWM交-直-交变频调速
1 概述
对于可调速的电力拖动系统,工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械换向器——整流子。 20世纪70年代后,大规模集成电路和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能,在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变额调速系统拖动,从而提高了系统的可靠性,减少了系统的维护费用。随着变频调速应用的日益广泛,相关技术的日益成熟,人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高,而且对控制的功能要求越来越多,对系统的智能化要求越来越高,对系统的抗扰能力要求越来越高,以满足生产的需求并适应不同的工作环境。
在交流调速技术中,变频调速具有绝对优势,并且它的调速性能与可靠性不断完善,价格不断降低,特别是变频调速节电效果明显,而且易于实现过程自动化,深受工业行业的青睐。交流变频调速的优异特性:调速时平滑性好,效率高。低速时,特性静差率较高,相对稳定性好; 调速范围较大,精度高;起动电流低,对系统及电网无冲击,节电效果明显;变频器体积小,便于安装、调试、维修简便,易于实现过程自动化;在恒转矩调速时,低速段电动机的过载能力大为降低。
交流电动机因其结构简单,运行可靠,价格低廉,维修方便,故而应用面很广,几乎所有的调速传动都采用交流电动机。尽管从1930年开始,人们就致力于交流调速系统的研究,然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动,制动和有级调速的目的。变极对调速,电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转矩控制都是非常困难的,使交流调速的稳定性,可靠性,经济性以及效率均不能满足生产要求。后来发展起来的调压,调频控制只控制了电动机的气隙磁通,而不能调节转矩。
本文主要内容是研究采用单片机STC89C51与MAX232芯片组成SPWM波实物发生电路,并结合MATLAB,通过软件编程控制电动机变频调速。
电机调速系统的发展历史
随着电力电子技术,计算机技术的不断发展和电力电子器件的更新换代,变频调速技术得到了飞速的发展。我国生产的电能60%用于电动机,电动机与人们的生活息息相关,密不可分,所以要对电动机的调速有足够的重视。我们都知道,
动力和运动是可以相互转化的,从这个意义上说电动机也是最常见的运动源,对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此,常常通过对电动机的控制来实现运动控制。
对电动机的控制可以分为简单控制和复杂控制两大类。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。这类控制可以通过继电器,可编程器件和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速,转
角,转矩,电压,电流等物理量进行控制,而且有时往往需要非常精确的控制。以前,对电动机的简单控制的应用较多,但是,随着现代化步伐的前进,人们对自动化的需求也越来越高,使电动机的复杂控制逐渐成为
主流,其应用领域极为广泛。在军事和雷达天线,火炮瞄准,惯性导航,卫星姿态,飞船光电池对太阳的控制等。工业方面的各种加工中心,专用加工设备,数控机床,工业机器人,塑料机械,绕线机,泵和压缩机,轧机主传动等设备的控制。计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器,绘图仪,打印机,复印机等的控制;音像设备和家用电器中的录音机,数码相机,洗衣机,冰箱空调,电扇等的控制,我们统统称其为电动机的控制。
功率半导体器件的不断进步,尤其是新型可关断器件,如BJT(双极型晶体管)、MOSFET(金属氧化硅场效应管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的实用化,使得开关高频化的PWM 技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。脉宽调制技术PWM(Pulse Width Modu- lation)就是利用功率半导体器件的高频开通和关断,把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列,以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类:正弦PWM、优化PWM 及随机PWM。
随着微电子技术的发展,数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高,这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器(
Digital Signal Processor——DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated