异步电动机调速系统的研究.doc

交流异步电动机调速系统的研究 王靖棋 （陕西理工学院电气工程系电气073陕西 汉中 723003） 指导教师：吴耀华 [摘要]交流异步电动机结构简单、体积小、重量较轻、价格便宜，维护方便。交流异步电动机的调速方法有变频变压法和矢量控制法。矢量控制法是在三相交流异步电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律。 变频调速系统是通过改变定子供电频率来调节交流异步电机转速的。本文对交流异步电机调速进行了分析，并介绍了变频调速在三相异步电机中的应用。采用单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制，通过改变程序来达到控制转速的目的。 [关键字]交流异步电动机；变频变压法；单片机控制；逆变电路 Induction Motor Speed Control System Qiao Lei （Grade06,class2,The department of Electrical Engineering, Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，ShaanxiTutor：Abstract： Key Words：controll;Inverter circuit 引言 1 1 绪论 2 1.1课题研究的意义 2 1.2交流电动机调速技术的发展历程和现状 2 1.3国内外变频调速技术发展的介绍 5 1.3.1国外现状 5 1.3.2国内现状 5 1.4异步电动机调速系统的基本类型 6 1.5交流调速系统的发展趋势和动向 6 1.6课题研究的主要任务 7 2 交流异步电动机变频调速系统 8 2.1交流异步电动机变频调速原理 8 2.2变频调速的基本控制方式 9 2.3交流调速的脉宽调制(PWM)控制技术 10 2.3.1 PWM型变频器的工作原理 11 2.3.2正弦波脉宽调制 13 2.4空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）控制技术简介 15 2.5矢量控制法 18 3 基于单片机的电动机调速系统硬件设计 20 3.1主电路设计 20 3.1.1主电路各部分的功能 21 3.1.2主电路各元件的原理和参数 22 3.2系统控制电路及外围电路 23 3.2.1时钟电路 23 3.2.3信号输入电路 25 3.2.4电流检测及过流保护电路 25 3.2.5功率驱动电路 26 3.2.6逆变电路 28 3.3控制电路主要模块介绍 28 4 系统软件设计 32 4.1主程序流程图 33 4.2子程序流程图 34 5 单片机综合调试 36 5.1 PROTEUS设计与仿真平台 36 5.2 PROTEUS设计与单片机传统开发过程比较 37 5.3 仿真结果与分析 37 6 结 论 41 致 谢 42 参考文献 43 英文资料 44 附录A 程序清单 49 附录B 总电路图 53  引言 近年来，随着自关断器的不断发展，采用以正弦波作为参考电压的SPWM(正弦脉宽调制)控制技术已成为交流异步电动机调速的主流。IGBT作为新一代全控型电力电子器件，综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小，构成的功率交换器输出电压波纹小、线路简单，是当今最具有应用前景的功率器件。早期使用模拟电路元件生成SPWM波形，所需硬件较多，算法不够灵活，改变参数和调试比较麻烦。随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的发展，研究重点转移到以MCU、DSP为主的数字方案。本设计以单片机为核心，对电压型交直交变频器的PWM控制方法进行了研究，并设计了相应的软件，取得了较好的控制效果。 1 绪论 1.1课题研究的意义 在用电系统中，以电动机为主的电力传动系统广泛应用于工农业生产、交通运输、国防军事以及日常生活中，其中很多场合有调速要求，如车辆、电梯、空调、机床及造纸机械等，而风机、水泵等为了节约电能同样也需要调速。电力传动系统的控制性能和节能水平的不断提高是其技术进步的主要内容。变频调速技术及其系统的应用能够使电力传动系统的控制性能和节能水平有较大幅度的提高，这一点已为大家所公认闭。直流调速系统调速方法简单转矩易于控制，比较容易得到良好的动态特性，因此过去高性能的传动系统都采用直流电机，直流调速系统在变速传动领域中占统治地位。但是直流电机的机械接触式换向器结构复杂、制造成本高、运行中容易产生火花，需要经常维护检修，使得直流传动系统的运营成本很高，特别是由于换向问题的存在，直流电机无法做成高速大容量的机组，如目前3000r／min左右的高速直流电机最大容量只有400kW左右，低速的也只能做到几千千瓦，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。在实际应用中电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的转换效率：二是可以根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的转速。电动机的调速性能对提