克拉瑪依職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）開題報告論文題目： 單片機控制變頻調(diào)速的設計 學生姓名： 何鵬飛 專業(yè)班級： 電氣自動化 學 號： 11030596 指導教師： 胡小東 2014年 4 月 3 日1題目的背景和意義交流電機是實現(xiàn)交流電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的機械，是機電一體化的重要元件之一，在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中應用及其廣泛。交流電機結(jié)構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速，高電壓，大電流大容量的電機，而且功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦，到20世紀80年代初，最大的汽輪發(fā)電機已達150萬千瓦。尤其是隨著材料科學、工藝技術、微電子和計算機技術的發(fā)展與進步，高度集成電路成了電路系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，CPU的生產(chǎn)技術越來越先進，也越來越實用了，其中應用比較普遍的是單片機（CPU）。以單片機作為控制系統(tǒng)的核心部件，外加一些外部接口和設備，組成的單片機控制交流電機的調(diào)速系統(tǒng)廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、工業(yè)過程控制、國防等自動化設備和各種控制裝置等眾多領域，因此，研制交流電機的調(diào)速控制系統(tǒng)具有十分重大的意義。2題目研究現(xiàn)狀概述自1889年，多利沃-多布羅沃利斯基提出了三相制并制成鼠籠式交流異步電動機以來，三相交流電機的發(fā)展已有一百多年的歷史了。由于交流電機的轉(zhuǎn)速和電源的頻率有關，交流電機的調(diào)速始終是一個不好解決的問題，因此起初交流電機主要應用在一些不需要調(diào)速的拖動系統(tǒng)和風機中。直到上個世紀七十年代，電子計算機的產(chǎn)生和近二十年來新型快速電力電子元件的產(chǎn)生，才使得交流電機調(diào)速成為了可能，并迅速得到普及。交流電機調(diào)速方法主要有變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、電磁離合器調(diào)速和變頻調(diào)速六種，其中變頻調(diào)速是目前最流行的一種調(diào)速方式，除變頻調(diào)速以外的另一些簡單調(diào)速方法只有在特定場合下才會應用。變頻調(diào)速可分為變頻變壓調(diào)速和矢量控制法，變頻變壓調(diào)速相對簡單，已有二十多年的發(fā)展經(jīng)驗，在變頻調(diào)速中應用較多，因此目前市場上出售的變頻器多數(shù)采用變頻變壓的調(diào)速方法。近年來，變頻調(diào)速技術的飛速發(fā)展，主要得利于電力電子學和微電子技術的發(fā)展，這些突破性的技術進步使得以各種變頻調(diào)速控制方式、PWM脈寬調(diào)制技術、MCU微處理器和大規(guī)模集成電路為基礎的全數(shù)字化控制技術均在變頻調(diào)速中獲得成功的應用。電力電子變頻調(diào)速的主要原理是：先將三相（或單相）電源通過整流橋堆整流成直流電，再把直流電用逆變橋堆逆變成頻率任意可調(diào)的三相（或單相）交流電，而整個主電路中最為關鍵的就是逆變電路，它是有六個開關器件（目前廣泛使用IGBT）組成，在逆變的過程中，這六個開關器件由微處理器發(fā)出PWM信號控制，按照一定的規(guī)律不停地導通和截止，從而產(chǎn)生不同頻率的交流電。目前應用最為廣泛的逆變PWM技術就是SPWM技術，正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）這項技術的特點是原理簡單，通用性強，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除固有頻率的高次諧波分量，設計簡單等一系列的優(yōu)點，該技術在逆變器中輸出的波形非常接近正弦波，因此在中小型逆變器中廣泛使用。實現(xiàn)SPWM波形生成的控制方式有模擬控制和數(shù)字控制兩種，前者在逆變器中技術成熟、控制性能優(yōu)良，但是也存在很多的缺陷，例如原件眾多，設計周期長，調(diào)試復雜，受溫漂和時漂的影響大。隨著數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，在電力電子和電力傳動控制領域已經(jīng)開始廣泛使用數(shù)字控制技術，由數(shù)字技術控制的逆變器成為了各大逆變器商家的研究熱點。采用單片機全數(shù)字控制交流電機變頻調(diào)速有很大的優(yōu)點。8位的，16位的大容量微處理器在變頻器中不斷應用，控制精度不斷的提高，由于采用的數(shù)字量，不易受環(huán)境的影響，控制的穩(wěn)定性好，微處理器都采用大規(guī)模的集成電路，控制系統(tǒng)中硬件的數(shù)量比較少，故障率比較低，系統(tǒng)可靠性得到提高，而且單片機的邏輯運算能力強，可以實現(xiàn)自診斷、故障報警等功能，能夠與上位機進行通信，實時上傳運行狀態(tài)，容易實現(xiàn)電氣控制智能化。3題目要完成的主要內(nèi)容和預期目標主要內(nèi)容：眾所周知，在很長的一段歷史時期內(nèi)，直流電機以其優(yōu)良的調(diào)速性能壟斷了調(diào)速傳動領域，而交流電機大多應用在一些不需要精密調(diào)速的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，究其原因是交流電機的速度和電源頻率直接相關，而電源的頻率不易改變。因此，本文旨在應用單片機技術、PWM技術、整流技術和逆變技術，將固定頻率的三相交流電先整流成直流電，通過單片機控制六路PWM脈沖的輸出，由逆變電路把整流后的直流電逆變成可調(diào)頻率的三相交流電源，供交流電機使用，從而控制交流電機的轉(zhuǎn)速。其中，六路PWM脈沖發(fā)生電路是本設計的核心部分，它性能的好壞，直接關系到整個交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作狀況。設計之初，先收集整個變頻調(diào)速系統(tǒng)各個電路模塊的相關資料和相關電子元器件信息，并進行可行性論證，繪制出系統(tǒng)的電路圖，之后上機軟件仿真，最后將會給出預期實驗結(jié)果、各部分電路模塊的詳細設計過程和部分程序，并提供實物裝置和完整的論文。預期目標：(1)設計電路結(jié)構，選擇電路元器件，畫出實用電路原理圖。(2)上機仿真、焊接并調(diào)試電路。(3)單片機控制變頻調(diào)速主要技術指標及要求：由主電路中的整流橋把固定頻率的380V三相交流電整流成直流電，再由控制電路控制逆變橋逆變產(chǎn)生可調(diào)頻率的近視三相交流電，供給交流電機使用，在某一較大的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)對交流電機的變頻調(diào)速。 4進度計劃第3周 查閱文獻；分析題目研究現(xiàn)狀，學習基本理論。第4周 閱讀文獻、撰寫開題報告。第5周 交流電機的工作原理及數(shù)學模型；英文文獻翻譯。第6周 學習單片機的相關知識； 第7-8周 學習PWM的相關知識； 第9-11周 上機仿真、焊接電路。第12-13周 整理仿真數(shù)據(jù)、圖表、測試電路。第14周 撰寫畢業(yè)論文、完成初稿。第15周 整理、完善論文；第16周 論文打印、裝訂、準備答辯。5參考文獻1杜洋，愛上單片機，北京：人民郵電出版社；20102馬曉亮.大功率交交變頻交流調(diào)速及矢量控制M.北京:機械工業(yè)出版社，19923陳伯時，陸敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)M.北京:機械工業(yè)出版社，19984李朝春，單片機原理及接口技術，北京：北京航空航天出版社；20055戴佳，戴衛(wèi)恒， 51單片機C語言應用程序設計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社；2006.6譚政華，智能化逆變電源的研制極其SPWM波軟件生成，上海交通大學20007胡崇岳，現(xiàn)代交流調(diào)速技術，機械工業(yè)出版社，1998年8付家才，單片機控制工程實踐技術M.北京:化學工業(yè)出版社；2004.9閻石，數(shù)字電子技術基礎（第四版），北京：高等教育出版社；200610 劉穎鑫. 基于單片機控制的逆變穩(wěn)壓電源J.數(shù)控技術，2011(10) ：1-2.11 石友仁. 基于單片機逆變穩(wěn)壓電源的設計J.移動電源與車輛，2006(4) ：15-18.12劉福才，張學蓮，劉立偉。多級電機傳動系統(tǒng)的同步控制理論與應用