基于SPWM变频调速系统的毕业设计

基于SPWM变频调速系统的毕业设计

目录

摘要 (i)

Abstract (ii)

1绪论 (1)

1.1 变频调速技术简介 (1)

1.2 变频器的发展现状和趋势 (2)

1.2.1 变频器的发展现状 (2)

1.2.2 变频器技术的发展趋势 (2)

1.3 研究的目的与意义 (3)

1.4 本次设计方案简介 (4)

1.4.1 变频器主电路方案的选定 (4)

1.4.2 系统原理框图及各部分简介 (5)

1.4.3 选用电动机原始参数 (6)

2交流异步电动机变频调速原理 (7)

2.1 三相异步电机工作的基本原理 (7)

2.1.1 异步电机的等效电路 (7)

2.1.2 异步电动机的转矩 (8)

2.1.3 异步电动机的机械特性 (9)

2.1.4 异步电机变频调速原理 (11)

3变频器主电路设计 (12)

3.1 主电路的工作原理 (12)

3.1.1 主电路各部分的设计 (12)

3.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理 (13)

3.2 主电路参数计算 (16)

3.3 IGBT及驱动模块介绍 (17)

3.3.1 IGBT简介及驱动要求 (17)

3.3.2 EXB840的部结构 (19)

3.3.2 采用EXB840的IGBT驱动电路 (20)

4控制回路设计 (21)

4.1 驱动电路设计 (21)

4.1.1 SPWM调制技术简介 (21)

4.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 (23)

4.2 保护电路 (24)

4.2.1 过、欠压保护电路设计 (24)

4.2.2 过流保护设计 (26)

4.3 控制系统的实现 (27)

5变频器软件设计 (29)

5.1 流程图 (29)

5.2 SA4828的编程 (29)

5.2.1 初始化寄存器编程 (29)

5.2.2 控制寄存器编程 (32)

5.3 程序设计 (33)

6变频器用MATLAB/SIMULINK仿真 (42)

6.1 MATLAB/SIMULINK简介 (42)

6.2 基于SPWM变频调速系统的仿真 (43)

总结 (48)

参考文献 (49)

致谢 (50)

1绪论

1.1 变频调速技术简介

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大的围来分，电机有直流电机和交流电机。由于直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流机固有的缺点：由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因此人们希望，让简单可靠廉价的笼式交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，出现了变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢[1]。

变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠的变频电源，一直是交流变频调速的主要课题。20世纪60年代中期，随着普通的晶闸管、小功率管的实用化，出现了静止变频装置，它是将三相的工频电源经变换后，得到频率可调的交流电。这个时期的变频装置，多为分立元件，它体积大、造价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量普遍偏小，控制方式也很不完善，调速后电动机的静、动态性能还有待提高，特别是低速的性能不理想，因此仅用于纺织、磨床等特定场合。

所谓变频就是利用电力电子器件(如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT)将50Hz的市电变换为用户所要求的交流电或其他电源。它分为直接变频(又称交-交变频)，即把市电直接变成比它频率低的交流电，大量用在大功率的交流调速中;间接变频(又称交-直-交变频)，即先将市电整流成直流，再变换为要求频率的交流。它又分为谐振变频和方波变频。前者主要用于中频加热，方波变频又分为等幅等宽和SPWM变频。常用的方法有正弦波(调制波)与三角波(载波)比较的SPWM法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等。

本设计所设计的题目属于间接变频调速技术。它主要包括整流部分、逆变部分、控制部分及保护部分等。逆变环节为三相SPWM逆变方式。

1.2 变频器的发展现状和趋势

1.2.1 变频器的发展现状

进入90年代，通用变频器以其优异的控制性能，在调速领域独树一帜，并在工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外，变频技术和变频器制造己经从一般意义的拖动技术中分离出来，成为世界各国在工业自动化和机电一体化领域中争强占先的阵地，各发达国家更是在该技术领域注入了极大的人力、物力、财力，使之目前己经进入了高新技术行业。就变频技术而言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等国家可以说是齐头并进，不分伯仲。在这一领域的研制、生产方面，220KW功率以上的变频器基本被欧、美等国家垄断，如德国的西门子(SIEMEN)、丹佛斯( DANFOSS)，美国的AB.OE公司、欧洲的ABB等。中小容量的变频器85%为日本产品和产品所占领，如富士(FUJI),三垦( SAMCO )、东芝(TOSHIBA)、松下(PANASONIC)、三菱( MITSUBISHI)、安川以及的台达。由于这些国家、地区的工业基础好、制造业发达、开发生产能力强，所以他们生产的变频器适应围广，生产己经初具规模变频器应用普及率在85%以上。我国的变频器华为电气(现己经改名安圣电气)、伴灵电气、森兰、普传科技都是变频器研究、开发、生产的高新技术企业，拥有雄厚的技术实力，相信不久的将来可以取代国外品牌，创建我们自己的国产名牌。

1.2.2 变频器技术的发展趋势

在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅）,使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动装置；永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几个方面发展[2]：

1.网络智能化

智能化的变频器买来就可以用，不必进行那么多的设定，而且可以进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换，从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器联动，甚至是以工厂为单位的变频器综合管理控制系统。

2.专门化和一体化

变频器的制造专门化，可以使变频器在某一领域的性能更强，如风机、水泵用变频器、电梯专用变频器、起重机械专用变频器、力控制专用变频器等。除此以外，变频器有与电动机一体化的趋势，使变频器成为电动机的一部分，可以使体积更小，控制更方便。

3.环保无公害

保护环境，制造“绿色”产品是人类的新理念。21世纪的电力拖动装置应着重考虑：节能，变频器能量转换过程的低公害，使变频器在使用过程中的噪声、