三相交流电机SPWM变频调速系统设计开题报告
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电力电子器件的发展是交流变频调速技术发展的物质基础，现在，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展，目前已广泛用于交流调速的功率模块采用IGBT作为功率开关，使得交-直-交变频技术进一步发展，控制的性能得到较好的改善，以大规模专用集成电路SLE4520为核心构成的控制电路，结合89C52单片机实现SPWM波形的产生，系统控制信号经光电隔离后，放大驱动由IGBT构成的三相逆变器，使之输出欲达到的频率与电压，实现异步电动机变频调速控制，理论上可以实现异步电动机变频调速的精确无级控制。
设计（论文）
题目
三相交流电机SPWM变频调速系统设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
√
一、本课题的研究目的和意义
交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。
电气传动或拖动控制系统是一门理论性很强的课程，本课题提供了一个将理论联系实际的很好的实践平台，可以将电力电子技术、电力电子器件的使用、电气传动控制技术、自动控制理论和微机控制技术很好的结合起来，设计其三相交流电机SPWM变频调速系统。
二、本课题的主要研究内容（提纲）
1、通过查阅课题相关资料，确定一种适合于我国三相交流电机的变频调
3-4周：查阅相关资料，并确定系统设计初步方案;
5-6周：毕业实习，书写毕业报告;
7-9周：主回路设计,包括整流回路、滤波环节、逆变回路的确定及其各回路参数计算（重点）;
10-12周：保护电路的设计，包括泵升回路、过流保护、过压、欠压回路等的确定及其各个电子元件的参数计算（重点）;
13-14周：控制回路及软硬件接口的设计包括控制原理图设计，控制系统芯片型号和具体实现过程,部分程序的编制等;
所在系（所）意见
负责人（签章）：
2008年月日
在中小功率变频技术方面，国内学者作了大量的变频理论的基础研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机的多变量、强耦合、非线性、的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的策略控制。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流感应电机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间矢量控制（SVPWM）等方法，控制算法采用模糊控制、神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量的基础研究。随着大功率变频器的推广应用，越来越多的企业在新的建设项目和技改项目中，开始考虑3KV电压等级以上的电机变频调速问题，市场开始升温。
（3）设计一套能可靠保证系统工作的回路，包括泵升、过流、过压、欠压电路，其重点是保证设计电路的可靠性，做到结构简单，电路最优化。
五、研究思路和方法
基于课题的实现，主要从主回路设计及参数的计算，控制回路芯片的选择及其实现方法，保护回路的保护对象及其实现方式，系统的实现方案等方面进行研究，研究的思路主要是理论的提出，电路模型的建立，各种实现方式的对比，最终方案的确定。
在刚刚起步的高压变频器领域，技术方案包括了高－低－高、高－低、高中多电平H桥主回路、三电平主回路和直接串联电流源型等多个技术流派。但总的来讲，高压变频调速市场目前在我国仍处于初级阶段，市场容量较小，但是高压变频技术、因其特有的自身功耗小的优势，还是吸引了包括国外许多企业不断加大研发和生产、力度。
电气传动领域因变频技术的发展而焕然一新，电压等级从110～10000V，容量从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率传动系统；从一般要求的调速系统到精度、快响应的高性能的调速系统；从单机调速到多机协调调速传动，几乎无所不有。
速可控系统。
2、对电动机调速进行理论分析，提出SPWM变频调速理论。
3、综合计算，确定主、控回路的各个参数。
4、确定保护回路以保护系统正常运行。
5、简要介绍系统的软件控制实施方案。
三、文献综述（国内外研究情况及其发展）
随着微机技术的日新月异，现代电力电子技术的迅速发展，和现代控制理论的长足进步，通用变频器不仅用于一般性能的节能调速控制，而且用于高性能、大容量、高转速调速控制系统，三相交流变频调速技术正是基于此而发展起来的。
综观交流调速的发展过程和现状，可以看出现代交流调速技术今后的发展趋势和动向：
1.以取代直流调速系统为目的高性能交流调速系统的进一步研究与开发。
2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。
3. PWM模式的改进与开发，即SPWM，SVPWM等。
4.中高压变频装置的研究与技术开发。
国外交流变频调速技术高速发展状况：
[3]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统.北京:机械工业出版社.2005
[4]原魁，刘伟强.变频器基础和应用.冶金工业出版社
[5]许德淦.电机学.北京:机械工业出版社.2004
[6]孙树朴等.电力电子技术.北京:中国矿业大学出版社.2000
[7]刘锦波,张承慧.电机与拖动.北京:清华大学出版社.2006
[8]曾毅等.变频调速控制系统的设计与维护.济南:山东科学技术出版社.2002
??基础工业和各种制造业的高速发展，变频调速传动设备相关配套件实现了社会化、专业化生产,使得交流变频技术广泛应用。
国内交流变频技术发展现状：
从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距5－10年。在大功率交－交变频、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统的可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组启动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷杨方面有很大需求，发展前景比较乐观。
[9]张立.电力电子场控器件及其应用机械工业出版社
[10]周渊深.交流调速系统与MATLAB仿真.北京:中国电力出版社2003
[11]李华德.交流调速控制系统.北京:电子工业出版社.2003
[12]李崇坚.交流同步电机调速系统.北京:科学出版社.2006
指导见教师意见
指导教师（签名）：
2008年月日
研究的方法主要以整体考虑，分块研究的方式，整体考虑系统的容量及其各个元件参数的选择，然后从每个模块着手，具体模块具体设计研究，逐步求精，最后将各个分立的模块整合实现三相交流电机SPWM变频调速系统的总体设计。
六、本课题的进度安排
1-2周：选题并进行相应调研，复习课题相关教学内容，为确定设计方案准备;
??功率器件的发展：近年来高电压、大电流的GTR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高低压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
??控制理论和微电子技术的发展：矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制、自适应、神经网络等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；32位高性能微处理器及信号处理器和专用集成电路（ASIC），SLE4520等的快速发展，为实现变频调速传动设备高精度、多功能提供了硬件手段。
实践证明，交流调速技术的应用为工农业生产及节能方面带来了巨大的社会效益。现在交流调速系统以全面、逐步取代直流调速系统，交流调速在电气传动领域中占据了统治地位已是公认的事实。
四、拟解决的关键问题
变频调速系统硬件电路的设计：
（1）系统整流、滤波、逆变主电路及其附属电路的设计；
（2）系统主电路中IGBT功率模块的选择及其相应的驱动保护,即EXB841模块的应用；
15-16周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸,准备答辩。
七、ຫໍສະໝຸດ Baidu考文献
[1] Siemens Micro Master/Midi Master Operating Instructions. Edition 03.95 ,16-19
[2] Jai P. Agrawal. Power Electronic Systems Theory and Design. Prentice-Hall，2001，68-72
设计（论文）
题目
三相交流电机SPWM变频调速系统设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
√
一、本课题的研究目的和意义
交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。
电气传动或拖动控制系统是一门理论性很强的课程，本课题提供了一个将理论联系实际的很好的实践平台，可以将电力电子技术、电力电子器件的使用、电气传动控制技术、自动控制理论和微机控制技术很好的结合起来，设计其三相交流电机SPWM变频调速系统。
二、本课题的主要研究内容（提纲）
1、通过查阅课题相关资料，确定一种适合于我国三相交流电机的变频调
3-4周：查阅相关资料，并确定系统设计初步方案;
5-6周：毕业实习，书写毕业报告;
7-9周：主回路设计,包括整流回路、滤波环节、逆变回路的确定及其各回路参数计算（重点）;
10-12周：保护电路的设计，包括泵升回路、过流保护、过压、欠压回路等的确定及其各个电子元件的参数计算（重点）;
13-14周：控制回路及软硬件接口的设计包括控制原理图设计，控制系统芯片型号和具体实现过程,部分程序的编制等;
所在系（所）意见
负责人（签章）：
2008年月日
在中小功率变频技术方面，国内学者作了大量的变频理论的基础研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机的多变量、强耦合、非线性、的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的策略控制。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流感应电机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间矢量控制（SVPWM）等方法，控制算法采用模糊控制、神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量的基础研究。随着大功率变频器的推广应用，越来越多的企业在新的建设项目和技改项目中，开始考虑3KV电压等级以上的电机变频调速问题，市场开始升温。
（3）设计一套能可靠保证系统工作的回路，包括泵升、过流、过压、欠压电路，其重点是保证设计电路的可靠性，做到结构简单，电路最优化。
五、研究思路和方法
基于课题的实现，主要从主回路设计及参数的计算，控制回路芯片的选择及其实现方法，保护回路的保护对象及其实现方式，系统的实现方案等方面进行研究，研究的思路主要是理论的提出，电路模型的建立，各种实现方式的对比，最终方案的确定。
在刚刚起步的高压变频器领域，技术方案包括了高－低－高、高－低、高中多电平H桥主回路、三电平主回路和直接串联电流源型等多个技术流派。但总的来讲，高压变频调速市场目前在我国仍处于初级阶段，市场容量较小，但是高压变频技术、因其特有的自身功耗小的优势，还是吸引了包括国外许多企业不断加大研发和生产、力度。
电气传动领域因变频技术的发展而焕然一新，电压等级从110～10000V，容量从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率传动系统；从一般要求的调速系统到精度、快响应的高性能的调速系统；从单机调速到多机协调调速传动，几乎无所不有。
速可控系统。
2、对电动机调速进行理论分析，提出SPWM变频调速理论。
3、综合计算，确定主、控回路的各个参数。
4、确定保护回路以保护系统正常运行。
5、简要介绍系统的软件控制实施方案。
三、文献综述（国内外研究情况及其发展）
随着微机技术的日新月异，现代电力电子技术的迅速发展，和现代控制理论的长足进步，通用变频器不仅用于一般性能的节能调速控制，而且用于高性能、大容量、高转速调速控制系统，三相交流变频调速技术正是基于此而发展起来的。
综观交流调速的发展过程和现状，可以看出现代交流调速技术今后的发展趋势和动向：
1.以取代直流调速系统为目的高性能交流调速系统的进一步研究与开发。
2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。
3. PWM模式的改进与开发，即SPWM，SVPWM等。
4.中高压变频装置的研究与技术开发。
国外交流变频调速技术高速发展状况：
[3]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统.北京:机械工业出版社.2005
[4]原魁，刘伟强.变频器基础和应用.冶金工业出版社
[5]许德淦.电机学.北京:机械工业出版社.2004
[6]孙树朴等.电力电子技术.北京:中国矿业大学出版社.2000
[7]刘锦波,张承慧.电机与拖动.北京:清华大学出版社.2006
[8]曾毅等.变频调速控制系统的设计与维护.济南:山东科学技术出版社.2002
??基础工业和各种制造业的高速发展，变频调速传动设备相关配套件实现了社会化、专业化生产,使得交流变频技术广泛应用。
国内交流变频技术发展现状：
从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距5－10年。在大功率交－交变频、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统的可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组启动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷杨方面有很大需求，发展前景比较乐观。
[9]张立.电力电子场控器件及其应用机械工业出版社
[10]周渊深.交流调速系统与MATLAB仿真.北京:中国电力出版社2003
[11]李华德.交流调速控制系统.北京:电子工业出版社.2003
[12]李崇坚.交流同步电机调速系统.北京:科学出版社.2006
指导见教师意见
指导教师（签名）：
2008年月日
研究的方法主要以整体考虑，分块研究的方式，整体考虑系统的容量及其各个元件参数的选择，然后从每个模块着手，具体模块具体设计研究，逐步求精，最后将各个分立的模块整合实现三相交流电机SPWM变频调速系统的总体设计。
六、本课题的进度安排
1-2周：选题并进行相应调研，复习课题相关教学内容，为确定设计方案准备;
??功率器件的发展：近年来高电压、大电流的GTR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高低压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
??控制理论和微电子技术的发展：矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制、自适应、神经网络等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；32位高性能微处理器及信号处理器和专用集成电路（ASIC），SLE4520等的快速发展，为实现变频调速传动设备高精度、多功能提供了硬件手段。
实践证明，交流调速技术的应用为工农业生产及节能方面带来了巨大的社会效益。现在交流调速系统以全面、逐步取代直流调速系统，交流调速在电气传动领域中占据了统治地位已是公认的事实。
四、拟解决的关键问题
变频调速系统硬件电路的设计：
（1）系统整流、滤波、逆变主电路及其附属电路的设计；
（2）系统主电路中IGBT功率模块的选择及其相应的驱动保护,即EXB841模块的应用；
15-16周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸,准备答辩。
七、ຫໍສະໝຸດ Baidu考文献
[1] Siemens Micro Master/Midi Master Operating Instructions. Edition 03.95 ,16-19
[2] Jai P. Agrawal. Power Electronic Systems Theory and Design. Prentice-Hall，2001，68-72