三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真毕业论文.doc
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1、学校代码: 学 号: HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业设计(论文) 题 目 三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真学生姓名 专业班级 学 号 系 (部) 电气信息工程学院 指导教师(职称) 完成时间 本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,同意如下各项内容:按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本;学校有权保存论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复
2、制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名: 年 月 日河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文,是本人在指导教师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 年 月 日河南工程学院毕业设计(论文)任务书题目 三相交流电动机变频调速系统的设计及仿真 专业 电气工程1222 学号 201250712207 姓名 李金萍 主要内容、基本要求、主
3、要参考资料等:主要内容:采用资源合适的单片机与专用电路设计三相交流异步电动机变频调速SPWM发生器,并选择满足设计要求的功率器件。设计过程中,注意并完善驱动电路设计,考虑管子死区问题,建立PWM变频系统仿真模型并完成仿真分析。基本要求:1、掌握SPWM变频调速系统的结构,特点及技术优势;2、构建个模块电路并完成相应功能建模;3、完成逆变器与控制对象的集成统一建模,并完成仿真分析;4、完成对仿真结果的分析主要参考文献:1 郭天祥.单片机教程M.电子工业出版社,2009.1.2王兆安,刘进军.电力电子技术(第五版)M.北京:机械工业出版社,20093 谢瑶.单片机控制的变频调速系统J.武汉海阔 科
4、技有限公司,2011(5)完 成 期 限:指导教师签名: 专业负责人签名: 年 月 日word文档 可自由复制编辑目 录摘要IABSTRACTII1绪论11.1变频调速技术的现状11.2研究目的以及意义11.3变频调速的发展条件22三相交流电动机变频调速系统设计 32.1变频调速原理及控制方式分析32.2变频调速系统主电路结构52.2.1三相电压型逆变电路. 62.2.2整流电路. 82.3 SPWM逆变技术 82.3.1静止式SPWM间接变压变频装置.82.3.2 SPWM调制变频技术.92.3.3单极性SPWM法.102.3.4双极性SPWM法. 112.3.5 SPWM控制信号的产生方法
5、. 123系统设计143.1控制器的选择143.2控制信号产生电路设计163.3驱动电路和保护电路的设计193.3.1驱动芯片IR2110的介绍193.3.2保护电路的设计203.4电流检测电路234系统建模与仿真分析254.1MATLAB编程环境254.1.1系统仿真的作用254.1.2 MATLAB简介254.2系统的建模264.3仿真结果分析30结术语35致 谢36参考文献37三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真摘 要本文首先介绍了异步电动机的调速特性,变频调速有多种方法,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,从而展开介绍SPWM变频调速的理论
6、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设计。系统包括主电路和控制电路,其中主电路通常采用交-直-交方式,先将交流电转变为直流电(整流,滤波),再将直流电转变为频率可调的交流电(逆变)。整流部分用的是三相桥式整流电路,逆变电路采用的是三相桥式逆变电路。本文采用了Intel80C196MC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。建立PWM开环控制的变频调速系统
7、仿真模型,利用Matlab/Simulink仿真,并完成仿真分析。关键词 单片机/Matlab/SPWM/变频调速THE DESIGN OF THE THREE-PHASE AC MOTOR VARIABLE FREQUENCY SPEED CONTROL SYSTEM AND SIMULATIONABSTRACT This paper first introduces the speed regulating characteristics of asynchronous motor, frequency control of motor speed, there are many ways
8、 for the present study quite active in the field of sinusoidal pulse width modulation (SPWM) made a certain study of frequency control of motor speed, thus introduce the theoretical basis of SPWM inverter. Including the origin of the frequency control of motor speed control concepts, the feasibility
9、 of the control method. Frequency control of motor speed control algorithm also has many, in this paper, the currently used by most of the general inverter control algorithm of constant voltage frequency ratio control, presents a complete hardware circuit design and software program flow design. Sys
10、tem consists of main circuit and control circuit, including main circuit is usually used to pay - direct - way, first the alternating current into direct current (rectifier, filter), then direct current is transformed into the frequency adjustable ac (inverter). Rectifying section with three bridge
11、rectifier circuit, inverter circuit USES three bridge inverter circuit. This paper adopted Intel80C196MC 16 bit single chip microcomputer as control circuit of CPU, using the single chip microcomputer control system is the core part of the design of hardware. So this article first simply introduced
12、this SCM features associated with the design, then introduces the hardware design of this system. PWM inverter system simulation model is set up and complete the simulation analysis.KEY WORDS scm,matlab,spwm, frequency control of motor speedword文档 可自由复制编辑1 绪论1.1 变频调速技术的现状随着电力电子技术和计算机技术的不断发展以及电力电子器件的
13、更新换代,变频调速技术得到了飞速的发展。有关资料显示,现在有90%以上的动力来源来自电动机。我国生产的电能60%用于电动机,电动机与人们的生活息息相关,密不可分,所以要对电动机的调速有足够的重视。我们都知道,动力和运动是可以相互转化的,从这个意义上说电动机也是最常见的运动源,对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此,常常通过对电动机的控制来实现运动控制。实际上国外已将电动机的控制改名为运动控制对电动机的控制可以分为简单控制和复杂控制两大类。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。这类控制可以通过继电器,可编程器件和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速,转角,转距,电
14、压,电流等物理量进行控制。而且有时往往需要非常精确的控制。以前,对电动机的简单控制的应用较多,但是,随着现代化步伐的前进,人民对自动化的需求也越来越高。使电动机的复杂控制逐渐成为主流,其应用领域极为广泛。在军事和雷达天线,火炮瞄准,惯性导航,卫星姿态,飞船光电池对太阳的控制等。工业方面的各种加工中心,专用加工设备,数控机床,工业机器人,塑料机械,绕线机,泵和压缩机,轧机主传动等设备的控制。计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器,绘图仪,打印机,复印机等的控制;音像设备和家用电器中的录音机,数码相机,洗衣机,冰箱空调,电扇等的控制,我们统统称其为电动机的控制。控制过程应用单片机已成为了一种不
15、可抗拒的趋势。1.2 研究目的以及意义在电力拖动领域,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,费用大。而且在采用直流调
16、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。1.3 变频调速的发展条件(1)电力电子器件的发展是变频调速发展的必要条件:在变频调速中主要有交一交变频和交一直一交变频,目前应用的最为广泛的是交一直一交变频,它的基本电路是:先将电源的三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电,又经逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电。实现逆变的逆变桥就是变频主电路的关键部件,它由六个开关器件组成,逆变的过程是这六个开关器件按一定的规律不停的导通和截止,这也就是实现变频的过程。自从1957年第一支晶
17、闸管(SCR)的发明,经过几十年的发展,力电子学,取得了惊人的进步,70年代出现了大功率晶体管(GTR),90年代出现了大功率场效应晶体管(IGBT),它们在各个领域得到了广泛的应用。逆变桥由使用半控型器件发展为使用全控型器件1。(2)变频调速控制方式的发展促进了变频技术的应用与推广:本世纪70年代以后,电气传动各相关领域学科相继取得了巨大的突破,交流调速的控制方式发展因之突飞猛进,采用交流调速的场合正愈来愈多。最初的变频调速是采用恒压频比控制方式,它根据异步电机简化等效电路确定的电压V和频率F的比值进行变频调速,电压是指基波的有效值。后来增加了电流环,称它为转差频率控制,改善了性能并且已经实
18、用化。但是系统只是从稳态公式推导出的平均值控制,完全不考虑过渡过程,因此系统的稳定性、启动及低速时的转矩动态响应存在难以克服的不足。为了提高低频时电动机产生的转矩不足,通常采用提升电压以及随负载变化补偿定子绕组电压降的办法,用以增加变频调速的调速范围。(3)PWM技术的应用也加快了变频技术的发展:通过调节脉冲宽度和脉冲占空比来调节平均电压的方法,称为脉宽调制技术(PWM),如果脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律变化,便是正弦脉宽调制技术,简称为SPWM技术。PWM技术是伴随着电力电子器件的发展而发展起来的,目前己趋于成熟。PWM技术适应于很多技术领域,如直流斩波、谐波吸收、无功补偿和变频装置等。
19、PWM技术用于变频器的控制,可以改善变频器的输出波形,降低谐波并减小转矩脉动。同时也简化了变频器的结构,加快了调节速度,提高了系统的动态响应。2 三相交流电动机变频调速概述2.1 变频调速原理及控制方式分析变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变它的同步转速的调速方法。变频可以调速这个概念,可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机和异步电机,它们的转速都是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的: (2-1) 式中:n电动机的转速,单位m/minn0电动机的同步转速,单位r/mins电动机的转差率s=(n1-n)/n1=n/n1 同步转速则主要取决频率 (2-2)式中:f输入频率,单位为H
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