SPWM變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)SPWM變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)目的掌握交-直-交電壓源型變頻器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，掌握變頻器的主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握變頻器主要元器件的選型方法。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)條件和要求設(shè)計(jì)交-直-交電壓源型三相SPWM變頻器，整流部分為二極管三相不控整流，并由大電容濾波，獲得恒定直流電壓，逆變器由6個(gè)電力晶體管GTR和6個(gè)續(xù)流二極管組成，并由8051和大規(guī)模集成電路HEF4752組成SPWM變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路?；驹O(shè)計(jì)參數(shù)：異步電動(dòng)機(jī)額定功率11kW，額定電流2

2、2A，線電壓380V，允許過(guò)載倍數(shù)l=1.5，泵升電壓DUs=150V，逆變器輸出頻率范圍4~60Hz，額定輸出頻率50Hz，負(fù)載功率因數(shù)cosj≥0.5，負(fù)載引起直流電壓脈動(dòng)百分比K≤5%，Uin(max)=10V，設(shè)計(jì)任務(wù)：1.設(shè)計(jì)主電路：選擇GTR開(kāi)關(guān)管和濾波電容參數(shù)；2.設(shè)計(jì)控制電路：采用大規(guī)模集成電路HEF4752，并設(shè)fsmax=1000Hz，計(jì)算8253分頻系數(shù)；3.設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路：采用分立元件或集成電路模塊均可；4.畫(huà)出系統(tǒng)主電路圖、控制電路圖、驅(qū)動(dòng)電路圖、保護(hù)電路圖（過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)二選一）；5.寫(xiě)出設(shè)

3、計(jì)心得體會(huì)。三、SPWM調(diào)速系統(tǒng)基本原理PWM的原理，就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來(lái)等效一些想要的波形。PWM技術(shù)是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達(dá)到改變電壓的目的，或者通過(guò)控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達(dá)到變壓和變頻的目的。?變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于PWM斬波（DC－DC變換），后者主要應(yīng)用于PWM逆變（DC－AC變換）。PW

4、M脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號(hào)波，正弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM（Sinusoidal?PWM）波形。三相交流電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相交流電在定子隙圓周上產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱同步轉(zhuǎn)速，記為第13頁(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n?

5、實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n要低于同步轉(zhuǎn)速，故一般稱這樣的三相交流電動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為?：n1=60f1/np=其中1n為同步轉(zhuǎn)速(r/min)?f1為?定?子?頻率，也就是電源頻率(Hz);?np為?磁?極?對(duì)數(shù)。?異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為????n=n1(1-s)=60f1(1-s)/np=-=?其中s為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率,由上面的公式可以看出，改變電源的供電頻率可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由電機(jī)理論知道，三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為?E1=4.44f1n1φm?.其中E1為氣隙磁通在定子每相

6、中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值(V),?f1為定子頻率(Hz),n1為定子每相繞組匝數(shù)，φmF為極磁通里(Wb)。由上式可見(jiàn)主磁通中.是由E1和f1。共同決定的，如果保持E1和f1之比不變，就可以保持主磁通不變。主電路設(shè)計(jì)1)主電路功能說(shuō)明主電路為AC/DC/AC逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經(jīng)橋式整流后，得到脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)電容器濾波后供給逆變器。?二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，電阻R1為起動(dòng)限流電阻，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形，可以用來(lái)觀察波形。C1為濾波電容?？赡鍼WM變換器主電

7、路系采用IGBT所構(gòu)成的，IGBT?(V1、V2、V3、V4、V5、V6）和六個(gè)續(xù)流二極管（VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6）組成的雙極式PWM可逆變換器。經(jīng)變換器逆變，可將直流電源變成穩(wěn)定的或可變的交流電源。2)主電路設(shè)計(jì)整流器本課題中的整流器是使用六個(gè)二極管組成，它把工頻電源變換為直流電源。?該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。平波電路在整流器整流后的直流電壓中，含有6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電

8、壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。在濾波電容選擇時(shí)，C1一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000μFm以上.逆變器逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。3)主電路電路圖第13頁(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖1主電路電路圖主電路采用了交—直—交