0.75KW异步电机变频调速实验装置的设计毕业论文

0.75KW异步电机变频调速实验装置的设计毕业论文

目录

1.1课题研究的背景及意义 (1)

1.2交流电动机变频调速的发展 (1)

1.2.1电力电子技术的发展 (1)

1.2.2变频调速理论的发展 (2)

1.3实验装置设计要求 (3)

2三相交流异步电动机调速原理 (4)

2.1三相交流异步电机的调速 (4)

2.2三相交流异步电动机变频调速 (4)

2.2.1变频调速原理 (4)

2.2.2 恒压频比控制方式 (5)

2.2.3 MATLAB仿真 (6)

2.3电压空间矢量SVPWM基本原理 (9)

2.3.1电压空间矢量脉宽调制法 (9)

2.3.2电压空间矢量技术原理 (9)

2.3.3磁链轨迹的控制 (11)

3主电路及硬件电路设计 (13)

3.1整体方案 (13)

3.1.1主电路设计 (14)

3.1.2光电耦合隔离电路 (14)

3.1.3电流检测电路 (15)

3.1.4故障保护电路 (16)

3.1.5供电电源 (16)

3.1.6 正交脉冲编码电路 (17)

4系统软件设计 (18)

4.1 TMS320F2812简介 (18)

4.2软件流程图 (18)

4.3 SVPWM技术的DSP实现方法 (21)

4.3.1软件法生成SVPWM (21)

4.3.2程序介绍 (22)

5实验研究 (27)

6总结 (32)

参考文献 (34)

致谢 (35)

附录 (36)

1引言

1.1课题研究的背景及意义

电机控制课程是高校电气工程专业的重点课程之一，而电机调速在我们的生活和生产中应用广泛，例如：电动工具、电动机车、家用电器、轮船、轧钢、造纸和纺织行业等等。如果学生能充分利用自己所学的知识在合适的实验装置上进行必要的实验，既能提高学生的动手能力，又能够加强对所学知识的理解。

经过了二十多年的发展，近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。目前交流拖动系统的应用领域主要包括三个方面，一是一般性能的节能调速系统和按工艺要求的调速系统：如一般的风机、水泵系统；二是高性能的交流调速系统和伺服系统，如精密机床拖动系统和火炮伺服系统；三是特大容量和极高转速的交流调速系统，如厚板轧机、矿井卷扬机和高速离心机等系统。交流拖动系统中变频调速研究是当前电气传动研究中最为活跃、最有实际应用价值的研究方向。变频器产业的潜力非常巨大，它包括所有与变频器技术相关的产业，如驱动保护集成电路的制造、电力电子器件的生产、电气传动技术和工业应用技术等。

基于DSP芯片TMS320F2812的电机控制装置，利用电压空间矢量调制技术实现异步电机运动控制，目的是增强对电机的控制，使其能够具有更快的响应、更高的精度高、更加节能等特点。使其能在在生产和生活过程中给人们带来更大的便利，并且能够节约更多的资源和时间。

虽然变频调速控制理论的发展日臻完善，但是相应的实验装置的发展却不尽人意，市场现有的实验装置成本昂贵，使用不方便。目前越来越多的高校开设了电机控制和DSP课程，对变频调速实验装置有很大的需求，因此本文研究的容具有很重要的现实意义。

1.2交流电动机变频调速的发展

1.2.1电力电子技术的发展

电力电子器件是现代交流调速实验装置的基础，它的发展直接影响交流调速的发展。

20世纪50年代美国通用电气研制出世界上第一个商用的晶闸管，晶闸管的出现加快了电力电子技术的发展。20世纪70年代，以电力双极型晶闸管、门极可关断晶闸管和电力场效应管为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点

是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可以使其开通或关断。并且这些器件的开关速度明显高于晶闸管，能够应用在开关频率较高的电路。这些优越的特征使得电力电子技术的面貌焕然一新，推动了电力电子技术的发展。

脉冲宽度调制技术在电力电子变流技术中占有重要的地位，它在整流、逆变、直流斩波、交流-交流控制等电力电子电路中均可应用。这使电路的控制性能大为提升，对电力电子技术的发展有深远的影响。

20世纪80年代，以绝缘栅极双极型晶体管为代表的复合器件发展了起来。它使得全控型器件具有MOSFET的驱动功率小、开关速度快的优点和BJT的通态压降小、载流能力大、可承受电压高的优点，成为现代电力电子技术的主导器。

1.2.2变频调速理论的发展

（1）V/F控制

早期的变频调速系统通常采用恒压频比开环的控制方式，即V/F=常数。其优点是结构简单、成本低、易操作，缺点是控制性能差。其控制曲线会随着负载变化而变化，转矩响应慢，电压利用率不高。这种控制方式比较适合对控制要求不高的场合。

（2）矢量控制

20 世纪70 年代首先提出矢量控制理论，目的是把定子电流中励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制,可以使得异步电机等效于直流电机，进而像控制直流电机那样进行快速的转矩和磁通控制。但是矢量控制系统存在很多问题，比如：转子磁链难以准确观测，系统性能受电机参数变化的影响较大，在模拟直流电机控制过程中所用的矢量旋转坐标变换复杂等等。

（3）直接转矩控制

1985 年德国鲁尔大学教授首先提出直接转矩控制理论。直接转矩控制摒弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换，而是简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论来计算电机的磁链和转矩，实现磁链和转矩的直接控制。直接转矩也有其缺点，由于直接转矩控制系统直接进行转矩控制，控制定子磁链而不是转子磁链，因此不可避免地产生转矩脉动。

（4）电压空间矢量控制

SVPWM调制技术一出现就受到人们的高度重视，因为其独特的矢量调制方式，把电动机和PWM逆变器看为一体，着眼于如何使电动机获得幅值恒定的近圆形磁场为目标，它以三相对称正弦电压供电时交流电动机中的理想磁链圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的磁链有效矢量逼近基准圆。SVPWM调制具有转矩脉动小，噪音低，直流电压利用率高等优点。