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《基于8051的spwm變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、第1章引言1.1電機調(diào)速發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢電機調(diào)速是電力電子技術(shù)應(yīng)用的最大領(lǐng)域之一，具有極大的吸引力，同時也具有較強的挑戰(zhàn)性。它的市場異常龐大，據(jù)報道，世界上大約有100億以上各種電機在工作。近年來，我國空調(diào)一年的產(chǎn)量已經(jīng)超過1000萬臺，僅此一項市場已非常龐大。另外，其應(yīng)用面極其廣泛，例如機床、電動工具、電力機車、機器人、家用電器、計算機的驅(qū)動器、汽車、船舶、軋鋼、造紙和紡織行業(yè)等等。同時，電機行業(yè)也是一個比較老的行業(yè)，其在工業(yè)上已應(yīng)用了一個多世紀，雖然隨著新材料的使用、計算機技術(shù)的發(fā)展，電機建模的改進和電機計算機輔助設(shè)計軟件的不斷推出，電機在功率密度、效率、可靠性等方
2、面已與最初的電機有了很大的改進，但相對的變化比較緩慢。直流電機由于其便于控制和控制精度比較高的特點，在很長一段時間內(nèi)被廣泛應(yīng)用，被人們認為難以被其它電機所取代，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型器件和先進的控制方法在電機調(diào)速變換器系統(tǒng)中的應(yīng)用，在很多的場合直流電機正逐漸被交流異步電機所代替，有人認為，在二十一世紀，直流電機將會在傳動領(lǐng)域逐漸消失，而交流異步電機和其它類型電機的應(yīng)用范圍將逐漸增加。同步電機效率高，可工作在功率因素為1的工作狀況下，在響應(yīng)要求不高的場合，可以采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低的變換器系統(tǒng)給它供電，正由于其具有上述優(yōu)點，雖然同步電機價格比較高，但仍具有相當
3、的競爭力。永磁同步電機因為具有比較高的效率，雖然其控制需要加裝軸位置傳感器，并且難以工作在弱磁調(diào)速區(qū)，但對于長期運行是有利的。無刷直流電機在近些年來永磁體價格有所下降，雖然價格仍比較高，但在低慣量、小尺寸的應(yīng)用場合，優(yōu)點比較顯著，目前在中小功率范圍應(yīng)用比較普遍。另一種開關(guān)磁阻電機(SRM)，由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但必須加裝位置檢測裝置，轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲也比較大，若對位置估測和轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲問題有比較好的解決方案，這種電機有可能是交流異步電機的競爭對手。從前面幾種電機特點的敘述我們可以看出，與其它幾種電機相比，交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單，使用與維護方便，運行可靠、價格低廉，并
4、具有比較滿意的運行特性和比較高的效率，在傳動領(lǐng)域具有重要的地位。由于在電力電子技術(shù)發(fā)展的初期，難以研制出實用的高性能的交流異步電機調(diào)速系統(tǒng)，在很長一段時間內(nèi)，調(diào)速精度要求比較高的的傳動系統(tǒng)，無法使用交流異步電動機調(diào)速系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和微控制器技術(shù)的發(fā)展，特別是近些年來，在信息產(chǎn)業(yè)的推動下，微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)取得了翻天覆地的變化。很多以前無法實現(xiàn)的交流異步電機控制方法均可以通過微控制器或?qū)ｉT的集成電路實現(xiàn)。例如變頻調(diào)速控制中的磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，使交流異步電機的調(diào)速性能己幾乎可以與直流電機的調(diào)速性能比美。交流異步電機調(diào)
5、速方式是按照交流電機轉(zhuǎn)速公式建立的，其轉(zhuǎn)速為:從公式可以看出，改變極對數(shù)p、改變轉(zhuǎn)差率s和調(diào)節(jié)頻率f均可以調(diào)速，但是變極調(diào)速是有級調(diào)速，無法實現(xiàn)無級調(diào)速。只有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率或調(diào)節(jié)頻率才能夠無級調(diào)速。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法有很多種，例如:定子調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速(滑差電機)、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速等等，但是這些調(diào)速方法多數(shù)是耗能型調(diào)速方法，或者可靠性比較差。只有變頻調(diào)速方法調(diào)速范圍寬，性能良好，并且具有較高的力能指標，是一種比較理想的調(diào)速方法。1964年，原聯(lián)邦德國學(xué)者提出正弦脈寬調(diào)制技術(shù)使變頻調(diào)速方法的性能指標大大提高，減小了輸出諧波含量，提高了效率，電機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，噪音也大大減小
6、，這種方法在二十世紀七十年代和八十年代被迅速推廣，提出了眾多的實現(xiàn)模式?，F(xiàn)在的交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)大多數(shù)是采用PWM調(diào)制的方式來實現(xiàn)各種控制方法。交流異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)種類非常繁多，也有著各種各樣的分類方法。從控制方法實質(zhì)的角度可以將交流電機調(diào)速系統(tǒng)分為標量控制方法和矢量控制方法。標量控制方法包括通常所說的電壓源供電、電流源供電的交流異步電機系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，它們的控制方法均屬于標量控制方法，只控制變量的大小，給定指令和反饋信號是與變量有關(guān)的直流量，具有比較大的偏差，只適合于動態(tài)和靜態(tài)性能要求不高的場合。而矢量控制方法是將復(fù)雜的異
7、步電機控制數(shù)學(xué)模型進行了解耦變換，將交流異步電機的轉(zhuǎn)速和磁鏈控制完全解耦，使交流異步電機控制等效于直流電機的控制，是交流異步電機調(diào)速理論和技術(shù)上的一大進步。由于矢量控制方法需要實現(xiàn)轉(zhuǎn)子參數(shù)辯識，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，在近幾年才逐漸進入實用，目前變頻調(diào)速系統(tǒng)仍舊是以標量控制方法的系統(tǒng)為主。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展變頻調(diào)速系統(tǒng)性能逐漸改進，而成本不斷下降，在另一方面，全球性的能源危機使人們對能源的綠色利用越來越重視，對于消耗了30%左右能量的電機，其驅(qū)動電源也越來越引起人們的重視，每一臺電機配備一個變頻調(diào)速驅(qū)動電源，正獲得越來越多的認同和采用，同時對變頻調(diào)速驅(qū)
