交流异步电动机变频调速系统设计

华北科技学院毕业设计(论文)1目录摘要................................................错误!未定义书签。Abstract...............................................错误!未定义书签。1绪论...............................................错误!未定义书签。1.1变频调速技术简介...............................错误!未定义书签。1.2变频器的发展现状和趋势..........................错误!未定义书签。1.2.1变频器的发展现状.............................错误!未定义书签。1.2.2变频器技术的发展趋势.........................错误!未定义书签。1.3研究的目的与意义.................................................11.4本次设计方案简介.................................................21.4.1变频器主电路方案的选定......................................21.4.2系统原理框图及各部分简介....................................31.4.3选用电动机原始参数..........................................42交流异步电动机变频调速原理及方法.....................................52.1三相异步电机工作的基本原理......................................52.1.1异步电机的等效电路..........................................52.1.2异步电动机的转矩............................................72.1.3异步电动机的机械特性........................................72.1.4异步电机变频调速原理........................................92.2变频调速的控制方式及选定.......................................102.2.1fV比恒定控制.............................................102.2.2其它控制方式...............................................153变频器主电路设计....................................................173.1主电路的工作原理...............................................173.1.1主电路各部分的设计.........................................173.1.2变频器主电路设计的基本工作原理.............................183.2主电路参数计算.................................................213.3IGBT及驱动模块介绍............................................223.3.1IGBT简介及驱动要求........................................223.3.2EXB840的内部结构..........................................243.3.2采用EXB840的IGBT驱动电路.................................254控制回路设计........................................................274.1驱动电路设计....................................................27华北科技学院毕业设计(论文)24.1.1SPWM调制技术简介............................................274.1.2SPWM波生成芯片特点和引脚功能..............................294.1.3SA4828内部结构及工作原理..................................304.2保护电路........................................................334.2.1过、欠压保护电路设计.......................................334.2.2过流保护设计...............................................354.3控制系统的实现.................................................355变频器软件设计......................................................395.1流程图.........................................................395.2SA4828的编程..................................................395.2.1初始化寄存器编程............................................405.2.2控制寄存器编程..............................................425.3程序设计........................................................43总结..................................................................53参考文献...........................................................54致谢..................................................................55安徽理工大学毕业设计(论文)11.3研究的目的与意义在工业发展的初级阶段，人们主要使用集中传动。作为动力的鼠笼电动机，是不需要调速的。它只需要满足各种生产条件对它提出的起动和稳速运行的要求就可以，调速的任务是由皮带和齿轮来完成。随着生产规模的不断扩大，对生产的连续性和流程化的要求愈来愈高，发展电机的调速技术已经是势在必行了。直流调速系统，由于其良好的调速性能，很长的时期内在调速领域内占据首位。但是由于直流电动机本身有机械换向器，给直流调速系统造成一些固有的、难于解决的问题。随着交流传动电动机调速的理论问题的突破和调速装置(主要指变频器)性能的完善，交流电动机调速系统的性能差的缺点已经得到了克服，目前，交流调速系统的性能已经可以和直流系统相媲美，甚至可以超过直流系统。由于交流调速不断显示其本身的优越性和巨大的社会效益，使变频器具有越来越旺盛的生命力。各种性能优越的新型电力半导体器件的出现，如既能控制导通又能控制关断的门极可关断晶闸管GTO；具有良好功率转换效率和适于在高频大功率情况下工作的MOSFET；既有MOS管栅极驱动电压功率小和驱动线路简单，又有双极性功率晶体管导通饱和压降小优点的绝缘栅双极性大功率管IGBT；以及内部既有大功率开关器件，又有各种驱动电路和过压、过流等保护电路的智能型功率模块IPM等器件的应用，不仅使交流调速系统控制装置体积小，效率高，而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案，更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。能完成各种复杂信号和信息处理的集成芯片的出现，如能产生脉宽调制信号的专用集成电路以及各种单片机和计算机系统用的微处理器和接口芯片的大量问世，为高质量的控制创造了良好的条件。建立在电机统一理论和机电一体化理论基础上的各种先进控制方案，通过快速检测电流实现PWM控制的变频技术，通过直接控制转矩来快速控制转速的转速自调整技术，以及具有很强抗干扰能力的变结构控制系统等等，都极大地丰富了电机调速领域的内容。总之，交流电机调速技术的发展，特别是变频器传动本身固有的优势，必将使之应用于社会生产的各个领域，以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。因此，本论文通过对变频器的研究，对于交流变频调速系统理论的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。安徽理工大学毕业设计(论文)21.4本次设计方案简介1.4.1变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。（2）电压型变频器电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因数或换流的影响，它主要适用于中、小容量的交流传动系统。与之相比，电流型变频器施加于负载上的电流值稳定不变，其特性类似于电流源，它主要应用在大容量的电机传动系统以及大容量风机、泵类节能调速中。由于交-直-交型变频器是目前广泛应用的通用变频器，所以本次设计中选用此种间接变频器，在交-直-交变频器的设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生制动时必须加入附加电阻的缺点，并有着无须附加任何设安徽理工大学毕业设计(论文)3备即可以实现负载的四象限运行的优点，但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点，在本次设计中采用电压型变频器。1.4.2系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。图1.1系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。在本设计中采用三相不可控整流。它可以使电网的功率因数接近1。滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。逆变电路：逆变部分将