SPWM变压变频调速控制系统设计

课程设计说明书

课程名称运动控制系统设计

题目SPWM变压变频调速控制系统设计专题

学院信息工程学院

班级自动化

学号

姓名王文帅

指导教师

日期2017年 7 月 7日

课程设计任务书

课程设计名称运动控制系统设计

学生姓名王文帅学号专业班级自动化

设计题目SPWM变压变频调速控制系统设计专题

一、课程设计的目的

掌握交-直-交电压源型变频器的结构组成和工作原理，掌握变频器的主电路、控制电路、驱动电路以及保护电路的设计方法，掌握变频器主要元器件的选型方法。

二、设计内容、技术条件和要求

设计交-直-交电压源型三相SPWM变频器，整流部分为二极管三相不控整流，并由大电容滤波，获得恒定直流电压，逆变器由6个电力晶体管GTR和6个续流二极管组成，并由8051和大规模集成电路HEF4752组成SPWM变压变频调速系统的控制电路。

基本设计参数：

异步电动机额定功率11kW，额定电流22A，线电压380V，允许过载倍数=1.5，泵升电压U s=150V，逆变器输出频率范围4~60Hz，额定输出频率50Hz，负载功率因数cos ≥0.5，负载引起直流电压脉动百分比K≤5%，U in(max)=10V，

设计任务：

1.设计主电路：选择GTR开关管和滤波电容参数；

2.设计控制电路：采用大规模集成电路HEF4752，并设f smax=1000Hz，计算8253分

频系数；

3.设计驱动电路：采用分立元件或集成电路模块均可；

4.画出系统主电路图、控制电路图、驱动电路图、保护电路图（过压保护和过流保

护二选一）；

5.写出设计心得体会。

三、时间进度安排

在课程设计的两周时间内完成。

四、主要参考文献

[1] 阮毅, 陈伯时. 电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第4版）. 北京: 机

械工业出版社.

[2] 王兆安, 刘进军. 电力电子技术（第5版）. 北京: 机械工业出版社.

[3] 童福尧. 电力拖动自动控制系统习题例题集. 北京: 机械工业出版社.

指导教师签字： 2017年6月25日

SPWM变压变频调速控制系统设计专题

一、摘要

变频调速是交流调速中的发展方向。变频调速也有多种方法，本文对目前研究领域相当活跃的正弦波脉宽调制技术(SPWM)的变频调速作了一定的研究，并进行了实践。异步电动机的调速原理是研究控制算法的基石，因文首先介绍了异步电动机的调速特性，从而展开介绍SPWM变频调速的理论基础.包括变频调速控制思想的由来，控制方法的可行性。变频调速的控制算法也有许多，本文对目前大部分通用变频器所采用的控制算法——恒压频比控制，给出了完整的硬件电路设计和软件程序流程设计。本文采用了Intel8OC196MC十六位单片机作为控制电路的CPU，采用该单片机的控制系统是本设计的硬件核心部分。因此本文先简单的介绍此单片机与该设计相关的特性，继而介绍本系统的硬件设计和软件设计。

二、关键字：变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制。

三、设计目的

掌握交-直-交电压源型变频器的结构组成和工作原理，掌握变频器的主电路、控制电路、驱动电路以及保护电路的设计方法，掌握变频器主要元器件的选型方法。

在电力拖动领域，解决好电动机的无级调速问题有着十分重要的意义，电机调速性能的提高可以大大提高工农业生产设备的加工精度、工艺水平以及工作效率，从而提高产品的质量和数量;对于风机、水泵负载，如果采用调速的方法改变其流量，节电效率可达20%-60%。

众所周知，直流调速系统具有较为优良的静、动态性能指标。在很长的一个历史时期内，调速传动领域基本上被直流电机调速所垄断，这是和实际中交流电机的广泛使用是一对存在的矛盾，许多应用交流电机的设备为了达到调节被控对象的目的，只能采用物理的方法，例如采用风门，阀门控制流量等，这样浪费能源的问题就很突出，费用就大。而且在采用直流调速的方面由于直流电机固有的缺点—换相器和电刷的存在，使得维修工作量大，事故率高，电机的大容量使用受到限制，在易燃易爆的场合无法使用，因此开发交流调速势在必行。

四、设计说明

4.1设计内容

设计交-直-交电压源型三相SPWM变频器，整流部分为二极管三相不控整流，并由大电容滤波，获得恒定直流电压，逆变器由6个电力晶体管GTR和6个续流二极管组成，并由8051和大规模集成电路HEF4752组成SPWM变压变频调速系统的控制电路。

4.2设计参数

异步电动机额定功率11kW，额定电流22A，线电压380V，允许过载倍数=1.5，泵升电压U s=150V，逆变器输出频率范围4~60Hz，额定输出频率50Hz，负载功率因数cos ≥0.5，负载引起直流电压脉动百分比K≤5%，U in(max)=10V。

4.3交流电动机变频调速原理

对于笼型异步电动机来说，要调节转速，可以通过改变同步来实现。而同步速与频率有如下关系:

60/fp = n

其中：p-极对数f-供电频n-同步速由上式可知，当频率f连续可调时，电动机的同步速n也连续可调。又因为异步电动机的转子转速1n总是比同步转速n略低，所以，当n连续可调时，n1也连续可调。可见，改变电源的供电频率可以改变惦记的转速。4.4设计方案概述

变频调速中，前者主要应用于PWM斩波（DC－DC变换），后者主要应用于PWM逆变（DC－AC变换）。PWM脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。相当于基波分量的信号波（调制波）并不一定指正弦波，在PWM优化模式控制中可以是预畸变的信号波，正弦信号波是一种最通常的调制信号，但决不是最优信号。根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，而这种的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM（Sinusoidal PWM）波形。