安徽理工大学毕业设计(论文)
交流异步电动机变频调速系统设计
摘要
近年来,交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课题,并且随着新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展，交流变频调速技术还将会取得巨大进步。
本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同时采用EXB840构成IGBT的驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控的功率环节，电路结构比较简单。
本文在控制上采用恒Vf控制，同时，软件程序使得参数的输入和变频器运行方式
的改变极为方便，新型集成元件的采用也使得它的开发周期短。
另外，本文对SA4828三相SPWM波发生器的使用和编程进行了详细介绍，完成了整个系统控制部分的软硬件设计。
关键字:变频调速，正弦脉宽调制，Vf控制，SA4828波形发生器
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安徽理工大学毕业设计(论文)
AC INDUCTION MOTOR SPEED-ADJUSTED SYSTEM DESIGN
ABSTRACT
Recently, the research of variable frequency speed variation of AC motor and relevant technology has become an important issue in electrical drive field, with the appearance of new power electron apparatus and microprocessor and the development of the control theory, the technology of variable frequency speed variation will improve more rapidly.
This thesis has a research on these technologies: Variable Voltage Variable Frequency motor drive, inverter, and the creation principle of SPWM, Based on the results of the study, I designed a system of a new digital three phases VVVF motor drive system. It uses ASIC-SA4828 controlled by 8051 as main controlling core, it uses IGBT as power device, and uses EXB840 as drive. It uses diodes as converting circuit unit, which makes power factor close to 1. Because I only need to control inverter, the whole circuit is very simple.
I adopt the means of linear
Vf operation. At the same time, it is very convenient to
input parameters or change the drive’s operating mode due to the software procedure. Moreover, owing to the advantages of the new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive.
This thesis has also detail introduced the method of the usage and the programs of the three phases SPWM wave generator SA4828. The software and the hardware of the control part in system have been completed.
Keywords: variable frequency speed control， Sine Pulse Width Modulation (SPWM)，Vf operation; SA4828 Wave Generator
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华北科技学院毕业设计(论文)
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及方法 ..................................... 8 2.1 三相异步电机工作的基本原理 ...................................... 8 2.1.1 异步电机的等效电路 .......................................... 8
2.1.2 异步电动机的转矩 ............................................ 9 2.1.3 异步电动机的机械特性 ....................................... 10 2.1.4 异步电机变频调速原理 ....................................... 12 2.2 变频调速的控制方式及选定 ....................................... 13 2.2.1 Vf比恒定控制 ............................................. 13
2.2.2 其它控制方式 ............................................... 18 3变频器主电路设计 .................................................... 20 3.1 主电路的工作原理 ............................................... 20
3.1.1 主电路各部分的设计 ......................................... 20 3.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理 ............................. 21 3.2 主电路参数计算 ................................................. 24 3.3 IGBT及驱动模块介绍 ............................................ 25 3.3.1 IGBT简介及驱动要求 ........................................ 25 3.3.2 EXB840的内部结构 .......................................... 27 3.3.2 采用EXB840的IGBT驱动电路 ................................. 28 4控制回路设计 ........................................................ 30 4.1 驱动电路设计 .................................................... 30
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4.1.1 SPWM调制技术简介 ............................................ 30 4.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 .............................. 32 4.1.3 SA4828内部结构及工作原理 .................................. 33 4.2 保护电路 ........................................................ 36 4.2.1 过、欠压保护电路设计 ....................................... 36 4.2.2 过流保护设计 ............................................... 38 4.3 控制系统的实现 ................................................. 39 5变频器软件设计 ...................................................... 42 5.1 流程图 ......................................................... 42 5.2 SA4828的编程 .................................................. 42 5.2.1 初始化寄存器编程 ............................................ 42 5.2.2 控制寄存器编程 .............................................. 45 5.3 程序设计 ........................................................ 46 总结 .................................................................. 56 参 考 文 献 ........................................................... 57 致谢 .................................................................. 58
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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。从大的范围来分，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。
20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步，开始出现了通用变频器。它功能丰富，可以适用于不同的负载和场合，特别是进入20世纪90年代，随着半导体开关器件IGBT、矢量控制技术的成熟，微机控制的变频调速成为主流，调速后异步电动机的静、动态特性已经可以和直流调速相媲美。随着变频器的专用大规模集成电路、半导体开关器件、传感器的性能越来越高，进一步提高变频器的性能和功能已成为可能。现在的变频器功能很多，操作也很方便，其寿命和可靠性也较以前有了很大的进步。
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
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