1、畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目： 脈寬PWM控制型變頻器研究與設(shè)計課 題 類 別： 設(shè)計 eq oac(,) 論文學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 專業(yè)全稱： 電子信息工程指 導(dǎo) 教 師： 2021年 4 月一、本課題設(shè)計研究的目的：PWM 變頻器在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、UPS、交流穩(wěn)壓電源、中頻電源及其他各種電力電子裝置中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,它所產(chǎn)生的諧波對外界的危害亦日益嚴(yán)重。本次設(shè)計在綜述了用于變頻器的各種PWM 技術(shù)抑制諧波效果的根底上,設(shè)計一種PWM控制型變頻器。二、課題任務(wù)要求： 此題目要求要求對各種PWM的各種關(guān)鍵技術(shù)的簡要說明，設(shè)計目的在于了解PWM怎樣實現(xiàn)與變頻，了解變頻器

2、，掌握PWM在變頻器的應(yīng)用。總體來說脈寬PWM控制型變頻器是由整流電路、中間直流電路、逆變電路、吸收電路、采樣電路、驅(qū)動電路、控制電路以及采樣處理與保護等電路組成。小功率采用單相220V電源，大功率采用三相380V電源，逆變器采用PWM控制方式，中間直流電路是電壓源，濾波采用大容量電解電容(注意極性)除去干擾。通過空調(diào)來進行驗證其運轉(zhuǎn)與節(jié)能效果，以及CPU控制電機運轉(zhuǎn)情況所到達的各項指標(biāo)。具體要求如下：1、脈寬PWM控制型變頻器的整體設(shè)計圖。2、通過對此模塊的論述，到達對PWM與變頻技術(shù)的深刻理解。 3、要求詳細(xì)表達周遍接口，及其控制與文字說明。4、按要求編寫課程設(shè)計報告書，正確、完整的闡述設(shè)

3、計和實驗結(jié)果。5、在報告中應(yīng)該有完整的數(shù)學(xué)論證。三、本課題設(shè)計(研究)的意義：通過本次課程設(shè)計，綜合運用PWM技術(shù)課程和其他有關(guān)先修課程的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決具體問題，并使所學(xué)知識得到進一步穩(wěn)固、深化和開展。初步培養(yǎng)學(xué)生對工程設(shè)計的獨立工作能力，學(xué)習(xí)設(shè)計的一般方法。通過課程設(shè)計樹立正確的設(shè)計思想，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。進行設(shè)計根本技能的訓(xùn)練，如查閱設(shè)計資料和手冊、程序的設(shè)計、調(diào)試等。四、設(shè)計研究現(xiàn)狀和開展趨勢文獻綜述：PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把這項通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣

4、應(yīng)用開辟了新的局面。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比擬，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實時在線的PWM信號輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點。 PWM控制的根本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件開展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實現(xiàn)。直到進入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速開展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的開展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的

5、開展。到目前為止，已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)，根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點，到目前為止主要有以下8類方法。 1 相電壓控制PWM 1.1 等脈寬PWM法1 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用PAMPulse Amplitude Modulation控制技術(shù)來實現(xiàn)的，其逆變器局部只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓。等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個缺點開展而來的，是PWM法中最為簡單的一種。它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻

6、率協(xié)調(diào)變化。相對于PAM法，該方法的優(yōu)點是簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。 1.2 隨機PWM 在上世紀(jì)70年代開始至上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)時大功率晶體管主要為雙極性達林頓三極管，載波頻率一般不超過5kHz，電機繞組的電磁噪音及諧波造成的振動引起了人們的關(guān)注。為求得改善，隨機PWM方法應(yīng)運而生。其原理是隨機改變開關(guān)頻率使電機電磁噪音近似為限帶白噪聲在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強度大大削弱。正因為如此，即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對于載波頻率必須限制在較低

7、頻率的場合，隨機PWM仍然有其特殊的價值；另一方面那么說明了消除機械和電磁噪音的最正確方法不是盲目地提高工作頻率，隨機PWM技術(shù)正是提供了一個分析、解決這種問題的全新思路。 1.3 SPWM法 SPWMSinusoidal PWM法是一種比擬成熟的、目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(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，其效果根本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論根底，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和

8、幅值那么可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。該方法的實現(xiàn)有以下幾種方案。 1.3.1 等面積法 該方案實際上就是SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機中，通過查表的方式生成PWM信號控制開關(guān)器件的通斷，以到達預(yù)期的目的。由于此方法是以SPWM控制的根本原理為出發(fā)點，可以準(zhǔn)確地計算出各開關(guān)器件的通斷時刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實時控制的缺點。 1.3.2 硬件調(diào)制法 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信

9、號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波形。其實現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比擬器來確定它們的交點，在交點時刻對開關(guān)器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM波。但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的控制。1.3.3 軟件生成法 由于微機技術(shù)的開展使得用軟件生成SPWM波形變得比擬容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運而生。軟件生成法其實就是用軟件來實現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種根本算法，即自然采樣法和規(guī)那么采樣法。 1.3.3.1 自然采樣法2 以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進行比

10、擬，在兩個波形的自然交點時刻控制開關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法。其優(yōu)點是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實時控制。 1.3.3.2 規(guī)那么采樣法3 規(guī)那么采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對正弦波進行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點時刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實現(xiàn)SPWM法。當(dāng)三角波只在其頂點或底點位置對正弦波進行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期即采樣周期內(nèi)的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)那么采樣。當(dāng)三角波既在

11、其頂點又在底點時刻對正弦波進行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期此時為采樣周期的兩倍內(nèi)的位置一般并不對稱，這種方法稱為非對稱規(guī)那么采樣。 規(guī)那么采樣法是對自然采樣法的改進，其主要優(yōu)點就是計算簡單，便于在線實時運算，其中非對稱規(guī)那么采樣法因階數(shù)多而更接近正弦。其缺點是直流電壓利用率較低，線性控制范圍較小。 以上兩種方法均只適用于同步調(diào)制方式中。 1.3.4 低次諧波消去法2 低次諧波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次諧波為目的的方法。其原理是對輸出電壓波形按傅氏級數(shù)展開，表示為ut，首先確定基波分量a1的值，再令兩個不同的an=0，就可以建立三個方程，聯(lián)立求解得a1

12、，a2及a3，這樣就可以消去兩個頻率的諧波。 該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波，但是，剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會相當(dāng)大，而且同樣存在計算復(fù)雜的缺點。該方法同樣只適用于同步調(diào)制方式中。 1.4 梯形波與三角波比擬法2 前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的，從而無視了直流電壓的利用率，如SPWM法，其直流電壓利用率僅為86.6。因此，為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法梯形波與三角波比擬法。該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點時刻控制開關(guān)器件的通斷實現(xiàn)PWM控制。 由于當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時，其所含的基波分量

13、幅值已超過了三角波幅值，從而可以有效地提高直流電壓利用率。但由于梯形波本身含有低次諧波，所以輸出波形中含有5次、7次等低次諧波。 2 線電壓控制PWM 前面所介紹的各種PWM控制方法用于三相逆變電路時，都是對三相輸出相電壓分別進行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對于像三相異步電動機這樣的三相無中線對稱負(fù)載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦。因此，提出了線電壓控制PWM，主要有以下兩種方法。 2.1 馬鞍形波與三角波比擬法 馬鞍形波與三角波比擬法也就是諧波注入PWM方式HIPWM，其原理是在正弦波中參加一定比例的三次諧波，調(diào)制信號便呈現(xiàn)出馬鞍形，而且幅值明顯降低，于

14、是在調(diào)制信號的幅值不超過載波幅值的情況下，可以使基波幅值超過三角波幅值，提高了直流電壓利用率。在三相無中線系統(tǒng)中，由于三次諧波電流無通路，所以三個線電壓和線電流中均不含三次諧波4。 除了可以注入三次諧波以外，還可以注入其他3倍頻于正弦波信號的其他波形，這些信號都不會影響線電壓。這是因為，經(jīng)過PWM調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的3倍頻于正弦波信號的諧波，但在合成線電壓時，各相電壓中的這些諧波將互相抵消，從而使線電壓仍為正弦波。 2.2 單元脈寬調(diào)制法5 因為，三相對稱線電壓有UuvUvwUwu=0的關(guān)系，所以，某一線電壓任何時刻都等于另外兩個線電壓負(fù)值之和?，F(xiàn)在把一個周期等分為6個區(qū)

15、間，每區(qū)間60，對于某一線電壓例如Uuv，半個周期兩邊60區(qū)間用Uuv本身表示，中間60區(qū)間用(UvwUwu)表示，當(dāng)將Uvw和Uwu作同樣處理時，就可以得到三相線電壓波形只有半周內(nèi)兩邊60區(qū)間的兩種波形形狀，并且有正有負(fù)。把這樣的電壓波形作為脈寬調(diào)制的參考信號，載波仍用三角波，并把各區(qū)間的曲線用直線近似實踐說明，這樣做引起的誤差不大，完全可行，就可以得到線電壓的脈沖波形，該波形是完全對稱，且規(guī)律性很強，負(fù)半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相，因此，只要半個周期兩邊60區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定，線電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一地確定了。這個脈沖并不是開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖信號，但由于三相線電壓的脈沖工作模式，就可以

16、確定開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖信號了。 該方法不僅能抑制較多的低次諧波，還可減小開關(guān)損耗和加寬線性控制區(qū)，同時還能帶來用微機控制的方便，但該方法只適用于異步電動機，應(yīng)用范圍較小。 3 電流控制PWM 電流控制PWM的根本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號，把實際的電流波形作為反響信號，通過兩者瞬時值的比擬來決定各開關(guān)器件的通斷，使實際輸出隨指令信號的改變而改變。其實現(xiàn)方案主要有以下3種。 3.1 滯環(huán)比擬法4 這是一種帶反響的PWM控制方式，即每相電流反響回來與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比擬器，得出相應(yīng)橋臂開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)，使得實際電流跟蹤給定電流的變化。該方法的優(yōu)點是電路簡單，動態(tài)性能好，輸出電壓不含特

17、定頻率的諧波分量。其缺點是開關(guān)頻率不固定造成較為嚴(yán)重的噪音，和其他方法相比，在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多。 3.2 三角波比擬法2 該方法與SPWM法中的三角波比擬方式不同，這里是把指令電流與實際輸出電流進行比擬，求出偏差電流，通過放大器放大后再和三角波進行比擬，產(chǎn)生PWM波。此時開關(guān)頻率一定，因而克服了滯環(huán)比擬法頻率不固定的缺點。但是，這種方式電流響應(yīng)不如滯環(huán)比擬法快。 3.3 預(yù)測電流控制法6 預(yù)測電流控制是在每個調(diào)節(jié)周期開始時，根據(jù)實際電流誤差，負(fù)載參數(shù)及其它負(fù)載變量，來預(yù)測電流誤差矢量趨勢，因此，下一個調(diào)節(jié)周期由PWM產(chǎn)生的電壓矢量必將減小所預(yù)測的誤差。該方法的優(yōu)點是，假設(shè)

18、給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息，那么可獲得比擬快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)。目前，這類調(diào)節(jié)器的局限性是響應(yīng)速度及過程模型系數(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性。 4 空間電壓矢量控制PWM7 空間電壓矢量控制PWMSVPWM也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比擬結(jié)果斷定逆變器的開關(guān)，形成PWM波形。此法從電動機的角度出發(fā)，把逆變器和電機看作一個整體，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制，使電機獲得幅值恒定的圓形磁場(正弦磁通)。 具體方法又分為磁通開環(huán)式和磁通閉環(huán)式。磁通開環(huán)法用兩個非零矢量和一個零矢量合成一

19、個等效的電壓矢量，假設(shè)采樣時間足夠小，可合成任意電壓矢量。此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時提高15，諧波電流有效值之和接近最小。磁通閉環(huán)式引入磁通反響，控制磁通的大小和變化的速度。在比擬估算磁通和給定磁通后，根據(jù)誤差決定產(chǎn)生下一個電壓矢量，形成PWM波形。這種方法克服了磁通開環(huán)法的缺乏，解決了電機低速時，定子電阻影響大的問題，減小了電機的脈動和噪音。但由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善。 5 矢量控制PWM8 矢量控制也稱磁場定向控制，其原理是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia，Ib及Ic，通過三相/二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1及Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向

20、旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及It1Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流，然后模仿對直流電動機的控制方法，實現(xiàn)對交流電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度、磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。 但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實際控制效果往往難以到達理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實踐上的缺乏。此外它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳

21、感器，這顯然給許多應(yīng)用場合帶來不便。 6 直接轉(zhuǎn)矩控制PWM8 1985年德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論Direct Torque Control簡稱DTC。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制，它也不需要解耦電機模型，而是在靜止的坐標(biāo)系中計算電機磁通和轉(zhuǎn)矩的實際值，然后，經(jīng)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band-Band控制產(chǎn)生PWM信號對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最正確控制，從而在很大程度上解決了上述矢量控制的缺乏，能方便地實現(xiàn)無速度傳感器化，有很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和很高的速度及轉(zhuǎn)矩控制精度，并以新穎的控制思想、簡潔明了

22、的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速開展。 但直接轉(zhuǎn)矩控制也存在缺點，如逆變器開關(guān)頻率的提高有限制。 7 非線性控制PWM 單周控制法7又稱積分復(fù)位控制Integration Reset Control，簡稱IRC，是一種新型非線性控制技術(shù)，其根本思想是控制開關(guān)占空比，在每個周期使開關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例。該技術(shù)同時具有調(diào)制和控制的雙重性，通過復(fù)位開關(guān)、積分器、觸發(fā)電路、比擬器到達跟蹤指令信號的目的。單周控制器由控制器、比擬器、積分器及時鐘組成，其中控制器可以是RS觸發(fā)器，其控制原理如圖1所示。圖中K可以是任何物理開關(guān)，也可是其它可轉(zhuǎn)化為開關(guān)變量形式的抽象信號。 圖1

23、單周控制原理圖 單周控制在控制電路中不需要誤差綜合,它能在一個周期內(nèi)自動消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會帶到下一周期。雖然硬件電路較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的PWM控制方法的缺乏，適用于各種脈寬調(diào)制軟開關(guān)逆變器，具有反響快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強等優(yōu)點，此外，單周控制還能優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)、減小畸變和抑制電源干擾，是一種很有前途的控制方法。 8 諧振軟開關(guān)PWM 傳統(tǒng)的PWM逆變電路中，電力電子開關(guān)器件硬開關(guān)的工作方式，大的開關(guān)電壓電流應(yīng)力以及高的du/dt和di/dt限制了開關(guān)器件工作頻率的提高，而高頻化是電力電子主要開展趨勢之一，它能使變換器體積減小、重量減輕、本錢下降、性能提高，特別當(dāng)開關(guān)

24、頻率在18kHz以上時，噪聲將已超過人類聽覺范圍，使無噪聲傳動系統(tǒng)成為可能。 諧振軟開關(guān)PWM的根本思想是在常規(guī)PWM變換器拓?fù)涞母咨?，附加一個諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)一般由諧振電感、諧振電容和功率開關(guān)組成。開關(guān)轉(zhuǎn)換時，諧振網(wǎng)絡(luò)工作使電力電子器件在開關(guān)點上實現(xiàn)軟開關(guān)過程，諧振過程極短，根本不影響PWM技術(shù)的實現(xiàn)。從而既保持了PWM技術(shù)的特點，又實現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)。但由于諧振網(wǎng)絡(luò)在電路中的存在必然會產(chǎn)生諧振損耗，并使電路受固有問題的影響，從而限制了該方法的應(yīng)用。 即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對于載波頻率必須限制在較低頻率的場合，隨機PWM仍然有其特殊的價值DTC控制即為一例；別一方面那么告訴人們

25、消除機械和電磁噪音的最正確方法不是盲目地提高工作頻率，因為隨機PWM技術(shù)提供了一個分析、解決問題的全新思路。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/577800.htm l # o 返回頁首 五、設(shè)計方案的分析與確定實現(xiàn)交流電機采用脈寬調(diào)制PWM逆變器作為電動機的驅(qū)動級可的變頻調(diào)速，在PWM逆變器中，以模擬電路形式實現(xiàn)脈寬調(diào)制，電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，假設(shè)用微機編程產(chǎn)生PWM信號又需占用大量的機時和容量。因此用單片CPU難以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)進行全面合理的檢測，保護和控制，而多CPU結(jié)構(gòu)又增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并使微機利用率降低，PWM大規(guī)模集成電路HEF4752V的出現(xiàn)，為解決上述

26、問題提供了條件，將8051單片機與HEF4752V相結(jié)合，用極少的機時來支持HEF4752V產(chǎn)生PWM脈沖輸出，其余時間那么用來對系統(tǒng)進行各種檢測，運算，處理和狀態(tài)顯示等監(jiān)控管理工作。這樣就可以實現(xiàn)用單CPU對復(fù)雜調(diào)速系統(tǒng)進行全面的控制。 為了使系統(tǒng)有較好的靜態(tài)性能，滿足設(shè)計要求，可將整個系統(tǒng)設(shè)計為轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式，對轉(zhuǎn)速進行動態(tài)調(diào)節(jié)?？紤]電機負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在高頻段，采用恒比例控制方式來近似恒磁通控制方式；在低頻段，采用恒磁通補償方法來維持磁通恒定，實現(xiàn)恒變頻調(diào)速。當(dāng)頻率高于額定時，維持U1=U1N，實現(xiàn)恒功率調(diào)速。選用大規(guī)模集成電路HEF4752V來產(chǎn)生PWM控制

27、信號，以減輕單片機的負(fù)擔(dān)，使它能有足夠的時間完成閉環(huán)控制，系統(tǒng)檢測和保護。逆變器采用普通型晶閘管三相逆變器，用大功率晶體管作為開關(guān)元件，這樣可使驅(qū)動電路簡單，易于設(shè)計，調(diào)試。PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由逆變器主電路，單片機控制系統(tǒng)，PWMIC，驅(qū)動電路及系統(tǒng)的各種檢測，保護電路組成。主電路由擔(dān)任交流直流變換器和擔(dān)任直流交流的六只大功率晶體管GTR組成。通過調(diào)節(jié)逆變器的脈沖寬度和輸出交流電壓的頻率，實現(xiàn)電機定子電壓與和關(guān)斷的基極信號分頻率同步調(diào)節(jié)這一變頻調(diào)速的根本原那么。控制GTR的導(dǎo)通分別來自六個驅(qū)動電路，驅(qū)動電路是HEF4752V的PWM信號的放大電路。單片機控制系統(tǒng)主要完成對整個變頻調(diào)速系統(tǒng)檢

28、測，控制，保護等工作。啟動前，單片機對系統(tǒng)進行啟動前檢測，以保證主電路無電流沖擊，且在電壓，電流正常情況下才允許啟動。正常運行時，單片機控制器在控制HEF4752V產(chǎn)生PWM信號的同時，對變頻器系統(tǒng)的各種故障進行檢測，保護，并根據(jù)情況顯示不同狀態(tài)。防沖擊保護器用于防止主電路合閘瞬間整流器與電容器C回路中電流。I檢測和U檢測分別采用霍爾電流檢測器與光電耦合電壓檢測器。六、設(shè)計研究的重點與難點分析： 1.原理框圖： 整流電路中間直流電路逆變電路控制電路驅(qū)動電路采樣處理負(fù)載采樣電路2設(shè)計的重點與難點： 1換流電路四大類電路中都有換流問題，但在逆變電路中換流的概念表現(xiàn)最為突出。2PWM整流電路的控制方

29、法在本設(shè)計中，為了使整流電路的工作時的功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波和電壓同相位。3PWM逆變電路可以使輸出的電壓，電流接近正弦波，但是由于使用對正弦信號波調(diào)制，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波有關(guān)的分量，這些諧波分量的頻率和幅制是衡量PWM的逆變電路的重要性能，所以必須有一定的處理這也是本設(shè)計的重要之一。4控制方法因為希望把輸出的電流和電壓作為指令信號， 所以必須對電路的瞬態(tài)反映有著良好的考慮，這也是本文的難點。3. 擬采用的途徑研究手段 雙PWM變頻器中整流及逆變局部均需要采用六個IGBT開關(guān)管進行控制，如果采用單獨的IGBT開關(guān)管再加上續(xù)流二極管，勢必會使得變頻器的體積增大，即加大了設(shè)

30、計的復(fù)雜性又增加本錢。而采用IPM智能模塊就可以很方便的節(jié)約本錢和減少體積。本設(shè)計所介紹的IPM智能模塊是富士公司型號為6MBP20RH060的IPM智能模塊，它內(nèi)部具有低功耗、軟開關(guān)、高性能及擁有過熱保護的高可靠性IGBT。內(nèi)置有過電流保護、短路保護、控制電壓欠壓保護、過熱保護及外部輸出警報端口。用這樣的模塊作為雙PWM變頻器的功率器件，大大簡化了硬件電路的設(shè)計，縮小了電源體積，簡化了接線，大大縮短了開發(fā)周期，更主要的是，它提高了系統(tǒng)的平安性和可靠性。(1) 主電路設(shè)計 雙PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)，整流和逆變局部均采用可控的開關(guān)器件來實現(xiàn)，即采用兩個IPM智能模塊來分別實現(xiàn)其功能，在雙PWM變頻器

31、整流局部IPM智能模塊的U、V、W作為三相交流電的輸入端，P、N分別是整流輸出的直流電壓的正、負(fù)極，逆變局部的IPM智能模塊的U、V、W作為三相交流電的輸出端，可直接接電機等被控對象，P、N作為直流輸入端可直接接整流局部的直流輸出段，即P-P、N-N連接。N1和N2短接作為N端。核心控制元件采用TI公司的TMS320LF2407DSP，該芯片是一款專為電機控制設(shè)計的DSP，不僅具有普通信號處理器的高速運算功能，還有豐富的片內(nèi)外設(shè)，尤其是其具有兩個事件管理器，共12路PWM輸出，正好用于控制雙PWM變頻系統(tǒng)的12個開關(guān)管的控制，為了防止同一橋臂的上下IGBT通知導(dǎo)通，可以很方便的在DSP中設(shè)置死

32、區(qū)時間。 (2)IPM驅(qū)動電路設(shè)計 IPM驅(qū)動采用Agilent(安捷倫)公司的高速、高共模比的光耦HCPL-4504。該光耦具有極短的寄生延時，適用于IPM使用；瞬時共模；IPM專用的電氣隔離；TTL兼容等特點。示為IPM上橋臂一組驅(qū)動的典型電路接線圖。接線中要注意幾點：光耦的7、8腳要短接；IPM功率越大上拉電阻值越??；光耦副邊的引線要盡量小于2cm。故障輸出光耦合器接入IPM智能模塊的ALM輸出端，是當(dāng)發(fā)生故障時，向外部輸出信號以封鎖PWM信號，這里的光耦不需采用高速光耦，可以采用東芝的TLP521光耦，。其中C端表示控制端口，當(dāng)故障發(fā)生時，可以將外部控制或保持PWM信號的芯片封鎖，關(guān)斷

33、所有的PWM信號輸入，即可保護IGBT。 七、參考文獻：1 梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸，張軍.單片機原理及接口技術(shù).清華大學(xué)出版社，2004.2 2 陳堅，交流電機數(shù)字模型及調(diào)速系統(tǒng)，北京：國防工業(yè)出版社，1989. 3 李永東，脈寬調(diào)制PWM技術(shù)回憶、現(xiàn)狀及展望.1996.263：2-12 4 唐榮耀. 微型計算機應(yīng)用技術(shù)數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)M.北京:清華大社,2000 5 孫涵芳,徐愛卿.MCS-51/96系列單片機原理及應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社,1996 6 陳伯時，電力電子器件和變頻器是現(xiàn)代惦記控制開展的先鋒，電機與控制學(xué)報，1997 7 陳伯時，交流調(diào)速系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，

34、1999. 8 陳爾紹.電子控制電路實例J.電子工業(yè)出版社,2004.5 9 鄧想珍，賴壽宏，異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)及應(yīng)用。華中理工大學(xué)出版社 10 王占奎. 交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用例集.科學(xué)出版社.1995 11 黃維翼.LED顯示程序設(shè)計技巧J常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院院報,2002.12(1) 12 Cheriti A, etal.A Rugged Soft Commutated PWM Inventer for AC Drive.Conf.Record PESC90.1990. 13 Bose BK. Power Electronics and Motion Control Technolog

35、y Status and Recent Trends。IEEE，1993，IA-29：902909 14 R.S.RAM. A PWM Inverter Algorithm for Adjustable Speed AC Drive Using a Nonconstant Vottage Source. IEEE Traus.1986 15 16-Bit Embedded Controller Handbook. INTEL CORP.1989 畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)課題內(nèi)容PWM 變器在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、UPS、交流穩(wěn)壓電源、中頻電源及其他各種電力電子裝置中得到了越來越廣泛的

36、應(yīng)用,它所產(chǎn)生的諧波對外界的危害亦日益嚴(yán)重。本次設(shè)計在綜述了用于變器的各種PWM 技術(shù)抑制諧波效果的根底上,設(shè)計一種PWM控制型變頻器。通過本次課程設(shè)計，綜合運用PWM技術(shù)課程和其他有關(guān)先修課程的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決具體問題，并使所學(xué)知識得到進一步穩(wěn)固、深化和開展。初步培養(yǎng)學(xué)生對工程設(shè)計的獨立工作能力，學(xué)習(xí)設(shè)計的一般方法。通過課程設(shè)計樹立正確的設(shè)計思想，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。進行設(shè)計根本技能的訓(xùn)練，如查閱設(shè)計資料和手冊、程序的設(shè)計、調(diào)調(diào)試等。課題任務(wù)要求 此題目要求要求對各種PWM的各種關(guān)鍵技術(shù)的簡要說明，設(shè)計目的在于了解PWM怎樣實現(xiàn)與變頻，了解變頻器，掌握PWM在變頻

37、器的應(yīng)用?？傮w來說脈寬PWM控制型變頻器是由整流電路、中間直流電路、逆變電路、吸收電路、采樣電路、驅(qū)動電路、控制電路以及采樣處理與保護等電路組成。小功率采用單相220V電源，大功率采用三相380V電源，逆變器采用PWM控制方式，中間直流電路是電壓源，濾波采用大容量電解電容(注意極性)除去干擾。通過空調(diào)來進行驗證其運轉(zhuǎn)與節(jié)能效果，以及CPU控制電機運轉(zhuǎn)情況所到達的各項指標(biāo)。具體要求如下：1、脈寬PWM控制型變頻器的整體設(shè)計圖。2、通過對此模塊的論述，到達對PWM與變頻技術(shù)的深刻理解。 3、要求詳細(xì)表達周遍接口，及其控制與文字說明。4、按要求編寫課程設(shè)計報告書，正確、完整的闡述設(shè)計和實驗結(jié)果。5、

38、在報告中應(yīng)該有完整的數(shù)學(xué)論證。三、設(shè)計研究的重點與難點，擬采用的途徑研究手段：1. 原理框圖 整流電路中間直流電路逆變電路控制電路驅(qū)動電路采樣處理負(fù)載采樣電路2設(shè)計的重點與難點 1換流電路四大類電路中都有換流問題，但在逆變電路中換流的概念表現(xiàn)最為突出。2PWM整流電路的控制方法在本設(shè)計中，為了使整流電路的工作時的功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波和電壓同相位。3PWM逆變電路可以使輸出的電壓，電流接近正弦波，但是由于使用對正弦信號波調(diào)制，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波有關(guān)的分量，這些諧波分量的頻率和幅制是衡量PWM的逆變電路的重要性能，所以必須有一定的處理這也是本設(shè)計的重要之一。4控制方法因為

39、希望把輸出的電流和電壓作為指令信號， 所以必須對電路的瞬態(tài)反映有著良好的考慮，這也是本文的難點。3. 擬采用的途徑研究手段 雙PWM變頻器中整流及逆變局部均需要采用六個IGBT開關(guān)管進行控制，如果采用單獨的IGBT開關(guān)管再加上續(xù)流二極管，勢必會使得變頻器的體積增大，即加大了設(shè)計的復(fù)雜性又增加本錢。而采用IPM智能模塊就可以很方便的節(jié)約本錢和減少體積。本設(shè)計所介紹的IPM智能模塊是富士公司型號為6MBP20RH060的IPM智能模塊，它內(nèi)部具有低功耗、軟開關(guān)、高性能及擁有過熱保護的高可靠性IGBT。內(nèi)置有過電流保護、短路保護、控制電壓欠壓保護、過熱保護及外部輸出警報端口。用這樣的模塊作為雙PWM

40、變頻器的功率器件，大大簡化了硬件電路的設(shè)計，縮小了電源體積，簡化了接線，大大縮短了開發(fā)周期，更主要的是，它提高了系統(tǒng)的平安性和可靠性。(1) 主電路設(shè)計 雙PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)，整流和逆變局部均采用可控的開關(guān)器件來實現(xiàn)，即采用兩個IPM智能模塊來分別實現(xiàn)其功能，在雙PWM變頻器整流局部IPM智能模塊的U、V、W作為三相交流電的輸入端，P、N分別是整流輸出的直流電壓的正、負(fù)極，逆變局部的IPM智能模塊的U、V、W作為三相交流電的輸出端，可直接接電機等被控對象，P、N作為直流輸入端可直接接整流局部的直流輸出段，即P-P、N-N連接。N1和N2短接作為N端。核心控制元件采用TI公司的TMS320LF2

41、407DSP，該芯片是一款專為電機控制設(shè)計的DSP，不僅具有普通信號處理器的高速運算功能，還有豐富的片內(nèi)外設(shè)，尤其是其具有兩個事件管理器，共12路PWM輸出，正好用于控制雙PWM變頻系統(tǒng)的12個開關(guān)管的控制，為了防止同一橋臂的上下IGBT通知導(dǎo)通，可以很方便的在DSP中設(shè)置死區(qū)時間。 (2)IPM驅(qū)動電路設(shè)計 IPM驅(qū)動采用Agilent(安捷倫)公司的高速、高共模比的光耦HCPL-4504。該光耦具有極短的寄生延時，適用于IPM使用；瞬時共模；IPM專用的電氣隔離；TTL兼容等特點。示為IPM上橋臂一組驅(qū)動的典型電路接線圖。接線中要注意幾點：光耦的7、8腳要短接；IPM功率越大上拉電阻值越小

42、；光耦副邊的引線要盡量小于2cm。故障輸出光耦合器接入IPM智能模塊的ALM輸出端，是當(dāng)發(fā)生故障時，向外部輸出信號以封鎖PWM信號，這里的光耦不需采用高速光耦，可以采用東芝的TLP521光耦，。其中C端表示控制端口，當(dāng)故障發(fā)生時，可以將外部控制或保持PWM信號的芯片封鎖，關(guān)斷所有的PWM信號輸入，即可保護IGBT。PWM控制型變頻器研究與設(shè)計摘要PWM變頻調(diào)速技術(shù)是集電力電子，自動控制，微電子，電機學(xué)等技術(shù)之大成的一項高新技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)因其具有高效率、寬范圍和高精度等特點，以及顯著的節(jié)能效果和在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的廣泛的適用而被認(rèn)為是世界上應(yīng)用最廣，效率最高，最理想的電氣傳動方案,是電氣傳動

43、的開展方向,它以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約資源，降低消耗為目標(biāo)，為提高企業(yè)的經(jīng)濟效益提供了重要的手段。脈寬PWM控制型變頻器由整流電路、中間直流電路、逆變電路、采樣電路、驅(qū)動電路、控制電路以及采樣處理與保護等電路組成。小功率采用單相220V電源，大功率采用三相380V電源，逆變器采用SVPWM控制方式，中間直流電路是電壓源，濾波采用大容量電解電容除去干擾。本文交流變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種采用80C196MC單片機控制的PWM交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。單片機重點完成對系統(tǒng)的故障檢測，自動保護，函數(shù)變換，狀態(tài)顯示等控制管理工作。本文合理地利用了80C196MC單片機的定時，中斷及位操作等功能，實現(xiàn)了用單片機對復(fù)

44、雜的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的全面控制，并給出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速； 80C196MC單片機；SVPWMSTUDIES AND DESIGNS PULSE WIDTH PWMABSTRACTThe exchanges of the frequency adjusts soon the technique is to gathers the electric power electronics. Automatic control Micro-electronics and The electrical engineering learns to wait the big techn

45、ique of a high and new technique. It with its adjusting superiorly soon function. Shows the economy energy result of the great with the extensive orientation in a realm but drive domestic and international think that is in the world applied most wide. The efficiency is tallest. The most ideal electr

46、icity spreads to move the project, is a quantity that electricity spread the dynamic development direction, it to ncrease product with yield. Economize on energy the resources. And lower the depletion. For economic performance that increases the business enterprise provided the important means.PWM c

47、ontrol inverter is made by rectifier circuit, dc, inverter circuits, sampling circuit, drive circuit, control circuit and sampling process and the protection circuit Small power use single-phase 220V power, high-power use three-phase 380V power ,Inverter adopts SVPWM control mode, dc in the middle i

48、s voltage source, Filter using large capacity electrolytic capacitors to remove interference. The article puts forward to start/ circulate a pair of circulating examination control projects, made use of reasonably 80C196MC When single a machines settle, break off and an operation etc. function, real

49、izes to use the single a machine to change to the complicated PWM the frequency adjust soon the system controls completely, and give a hardware for system construction.Keyword: Frequency Control; 80C196MC SCM;SVPWM目錄1 緒論1變頻調(diào)速技術(shù)的開展1 變頻器節(jié)能原理52 PWM脈寬調(diào)制的根本理論6 PWM控制技術(shù)的分類6 PWM控制的性能指標(biāo)7 空間電壓矢量的概念8 矢量合成原理93

50、變頻器硬件設(shè)計11 采樣電路與保護電路設(shè)計11電流的檢測及過電流保護12 溫度檢測電路14數(shù)字量輸入輸出接口電路15 鍵盤顯示電路15 Intel十六位單片機80C196MC簡介164 主回路設(shè)計及各局部設(shè)計19 整流局部電路20 軟充電用限流電阻和切換用接觸器20 電容濾波儲能電路20 續(xù)流二極管20 制動電阻和制動單元205 PWM變頻器整體電路原理分析22 單片機核心控制端子22 驅(qū)動電路245.3 主回路246 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)26參考文獻28致謝29附錄A30附錄B31附錄C32附件 開題報告 1 緒論1.1 變頻調(diào)速技術(shù)的開展背景在用電系統(tǒng)中，電動機作為主要的動力設(shè)備而廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)

51、業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及社會生活等各個方面。電動機負(fù)荷約占總發(fā)電量的60%70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。根據(jù)采用的電流制式不同，電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類，其中交流電動機擁有量最多，提供應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動機加以利用的。交流電動機的誕生和開展己有一百多年的歷史，至今已經(jīng)研究、制造了形式多樣、用途各異的各種容量、各種品種的交流電動機。交流電動機分為同步電動機和異步(感應(yīng))電動機兩大類。電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即是同步電動機;反之，即是異步電動機。據(jù)統(tǒng)計，交流電動機用電量占電機總用電量的85%左右，可見交流電動機應(yīng)用的廣泛性及其在國民經(jīng)濟中的重

52、要地位。 眾所周知，直流電動機的轉(zhuǎn)速容易控制，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵磁電流恒定，可用通過改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞恒定，可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調(diào)速。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的動、靜態(tài)調(diào)速特性。因此，長期以來(20世紀(jì)80年代以前)在變速傳動領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，由于直流電機本身結(jié)構(gòu)上的機械式換向器和電刷這一致命弱點，給直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用帶來了一系列的限制: 機械式換向器外表線速度及換向電流、電壓有一極限容許值，這就限制了單機的轉(zhuǎn)速和功率。如果要超過極限容許值，那么大大增加電機制造的難度和本錢，以及調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性。

53、因此，工業(yè)生產(chǎn)中對一些要求特高轉(zhuǎn)速、特大功率的場合根本無法采用直流調(diào)速方案。 為了使機械式換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)動慣量很大。對于要求快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方式難以實現(xiàn)。機械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換。這就說明了直流調(diào)速系統(tǒng)維檢工作量大，維修費用高，同時停機檢修和更換電刷也直接影響了正常生產(chǎn)?？梢姡捎趽Q向器的存在，使得直流電動機維護工作量大，運行中易產(chǎn)生火花，并且對環(huán)境要求較高、電刷易于磨損，其單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到了限制。正是由于這樣一些限制，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用也相應(yīng)受到了限制。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷開展，直流拖動的

54、薄弱環(huán)節(jié)逐步顯現(xiàn)出來。于是人們轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、便于維護、價格低廉的異步電動機。 一般來說，交流傳動與相當(dāng)?shù)闹绷鱾鲃酉啾韧ǔＳ袃r格方面的優(yōu)勢，而且具有較少維護、較小的電機尺寸和更高的可靠性。然而，對這些傳動系統(tǒng)可利用的控制靈活性是非常有限的，而且它們的應(yīng)用主要局限在風(fēng)機、泵和壓風(fēng)機等應(yīng)用方面，其速度只需要粗略調(diào)節(jié)而對暫態(tài)響應(yīng)和低速特性沒有嚴(yán)格要求。用于機床、紡錘、高速電梯、測功器、礦井提升機、軋機、玻璃浮法生產(chǎn)線等的傳動裝置，有更加復(fù)雜的要求，而且必須提供允許調(diào)節(jié)多個變量的靈活性，例如速度、位置、加速度和轉(zhuǎn)矩等。這樣的高性能應(yīng)用，一般在速度閉壞下要求高速段保持高于0.5%的調(diào)速精度和至少

55、20:1的寬調(diào)速范圍，以及高于50 rad/s的快速暫態(tài)響應(yīng)。以前，這樣的傳動裝置幾乎全部是直流電機的應(yīng)用領(lǐng)域，并根據(jù)具體應(yīng)用的需要配置各種結(jié)構(gòu)的AC-DC變換器。然而，采用適當(dāng)控制的感應(yīng)電動機傳動在高性能應(yīng)用上己勝過直流傳動，并且交流傳動更加廣泛的應(yīng)用于計算機外圍設(shè)備的傳動、機床和電開工具、機器人和自動裝置的傳動、紡織廠和造紙廠的傳動，電動汽車和電器火車傳動、船舶傳動、水泥窯和軋鋼機傳動等等。 交流電動機，特別是鼠籠式異步電動機，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格廉價、鞏固耐用、轉(zhuǎn)動慣量小、運行可靠、很少維修、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)開展不受限制等優(yōu)點。但是長期以來由于受科技開展的限制，把交流電動機作為調(diào)速

56、電機的困難問題未能得到很好的解決，只有一些性能差，低效耗能的調(diào)速方法，如: 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子外串電阻及機組式串級調(diào)速方法。鼠籠式異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速方法(自禍變壓器、飽和電抗器)及后來的電磁(滑差)調(diào)速方法。20世紀(jì)60年代以后，由于生產(chǎn)開展的需要和節(jié)電的要求，促使世界各國重視交流調(diào)速技術(shù)的研究與開發(fā)。尤其是20世紀(jì)70年代以后，由于科學(xué)技術(shù)的迅速開展為交流調(diào)速的開展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)根底。交流傳動得以飛速開展，得益于以下幾個方面:1.電力電子功率器件的開展 變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)根底之上的。電力電子時代是從50年代末晶閘管(SCR)的出現(xiàn)開始的，后來陸續(xù)推出了其它種類

57、的器件，諸如控制極可關(guān)斷晶閘管(GTO)，雙極型大功率晶體管(BPT或BJT)，功率MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，絕緣門極雙極型晶體管(IGBT )靜態(tài)感應(yīng)晶體管(SIT)，靜態(tài)感應(yīng)晶閘管(SITH ) MOS控制的晶閘管(MCT)等。在這個不斷開展的過程中，器件的電壓、電流定額以及其他電氣特性均得到了很大的改善。從最初的晶體管到第二代的GTR, MOSFET再到第三代的IGBT，大功率半導(dǎo)體器件的性能不斷提高，使得變頻裝置發(fā)生了根本性的變化。IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，既有MOSFET電壓控制型器件驅(qū)動功率小、開關(guān)頻率較高的特點(一般為20kHz以下)，又有GTR電壓電流

58、值較大的長處。因此在中等容量的變頻器、逆變器中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在高電壓(4500V以上)和大電流(2000A以上)范圍，還不得不使用GTO晶體管。GTO晶體管的開關(guān)頻率較低(一般為200Hz以下)，驅(qū)動功率較大，需要復(fù)雜的門極驅(qū)動電路和昂貴的吸收電路。IGCT是GTO的改進器件，它將GTO晶閘管芯片與反并聯(lián)二極管及門極驅(qū)動電路集成在一起，具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、損耗小的特點，又省去了復(fù)雜的吸收電路，是取代GTO晶閘管的新型器件。2.控制理論的開展 關(guān)于變頻傳動的控制、估值和辨識是一個極有吸引力的研究領(lǐng)域，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，有VIF控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控

59、制方式等，但在工業(yè)上似乎還是在性能要求低的應(yīng)用場合采用簡單、經(jīng)濟的開環(huán)V/F控制方法，而在高性能的傳動上采用復(fù)雜的矢量控制。采用矢量控制時，交流電機控制得猶如他勵直流電機，因此具有直流電機的全部優(yōu)良控制性能。雖然轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制能夠?qū)崿F(xiàn)解禍，并已獲得了廣泛應(yīng)用，但定子磁通定向的直接矢量控制具有易于解決小參數(shù)變動問題和實現(xiàn)無速度傳感器下可從零速度進行控制的優(yōu)點。實際上，基于現(xiàn)代DSP控制實現(xiàn)的無速度和無磁通傳感器的矢量控制，其復(fù)雜程序?qū)τ脩魜碚f是顯而易見的，但它在結(jié)構(gòu)上無異于開環(huán)VIF控制?？梢灶A(yù)見，矢量控制必將成為一種通用的交流傳動控制器。近來，人工智能(AI)技術(shù)，如專家系統(tǒng)、模糊邏輯和

60、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)，正在顯示出其實現(xiàn)傳動的智能化適應(yīng)控制和估值的光明前景。 交流電動機是個多變量、非線性、強禍合的被控對象，采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念可以實現(xiàn)交流電動機定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的結(jié)禍，實現(xiàn)了將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，使交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了顯著的改善和提高，從而使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能，目前，對調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)工藝已較多地采用了矢量控制型的變頻調(diào)速裝置。實踐證明，采用矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性高于直流調(diào)速系統(tǒng)。受矢量控制的啟迪，近年來又派生出諸如多變量解禍控制、變機構(gòu)滑?？刂频确椒?。針對電機參數(shù)時變的特點，