交流异步电动机变频调速系统设计样本

中南大学《工程训练》——设计报告设计题目：异步电机变频调速指引教师：黎群辉设计人：冯露学号：专业班级：自动化0906班设计日期：9月交流异步电动机变频调速系统设计摘要近年来,交流电机变频调速及其有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。

本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。

V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒f化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。

此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。

V控制，SA4828波形发生器核心字:变频调速，正弦脉宽调制，f目录摘要................................................ 错误!未定义书签。

1.1 研究目与意义 (1)1.2本次设计方案简介 (2)1.2.1 变频器主电路方案选定 (2)1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3)1.2.3 选用电动机原始参数 (4)2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5)2.1 异步电机变频调速原理 (5)2.2 变频调速控制方式及选定 (6)V比恒定控制 (6)2.2.1f2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。

3变频器主电路设计. (13)3.1 主电路工作原理 (13)3.2 主电路各某些设计 (13)3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15)4控制回路设计 (16)4.1 驱动电路设计 (16)4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。

4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。

4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。

4.3 控制系统实现 (19)5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。

5.1 流程图 (22)5.2 程序设计 (23)总结 (33)参考文献 (34)所谓变频就是运用电力电子器件(如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT)将50Hz市电变换为顾客所规定交流电或其她电源。

它分为直接变频(又称交-交变频)，即把市电直接变成比它频率低交流电，大量用在大功率交流调速中;间接变频(又称交-直-交变频)，即先将市电整流成直流，再变换为规定频率交流。

它又分为谐振变频和方波变频。

前者重要用于中频加热，方波变频又分为等幅等宽和SPWM变频。

惯用办法有正弦波(调制波)与三角波(载波)比较SPWM 法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等。

本设计所设计题目属于间接变频调速技术。

它重要涉及整流某些、逆变某些、控制某些及保护某些等。

逆变环节为三相SPWM逆变方式。

1.1 研究目与意义在工业发展初级阶段，人们重要使用集中传动。

作为动力鼠笼电动机，是不需要调速。

它只需要满足各种生产条件对它提出起动和稳速运营规定就可以，调速任务是由皮带和齿轮来完毕。

随着生产规模不断扩大，对生产持续性和流程化规定愈来愈高，发展电机调速技术已经是势在必行了。

直流调速系统，由于其良好调速性能，很长时期内在调速领域内占据首位。

但是由于直流电动机自身有机械换向器，给直流调速系统导致某些固有、难于解决问题。

随着交流传动电动机调速理论问题突破和调速装置(重要指变频器)性能完善，交流电动机调速系统性能差缺陷已经得到了克服，当前，交流调速系统性能已经可以和直流系统相媲美，甚至可以超过直流系统。

由于交流调速不断显示其自身优越性和巨大社会效益，使变频器具备越来越旺盛生命力。

各种性能优越新型电力半导体器件浮现，如既能控制导通又能控制关断门极可关断晶闸管GTO；具备良好功率转换效率和适于在高频大功率状况下工作MOSFET；既有MOS管栅极驱动电压功率小和驱动线路简朴，又有双极性功率晶体管导通饱和压降小长处绝缘栅双极性大功率管IGBT；以及内部既有大功率开关器件，又有各种驱动电路和过压、过流等保护电路智能型功率模块IPM等器件应用，不但使交流调速系统控制装置体积小，效率高，并且还更容易实现各种功能复杂但在构造上简朴控制方案，更加充实和推动了变频器理论进一步发展。

能完毕各种复杂信号和信息解决集成芯片浮现，如能产生脉宽调制信号专用集成电路以及各种单片机和计算机系统用微解决器和接口芯片大量问世，为高质量控制创造了良好条件。

建立在电机统一理论和机电一体化理论基本上各种先进控制方案，通过迅速检测电流实现PWM控制变频技术，通过直接控制转矩来迅速控制转速转速自调节技术，以及具备很强抗干扰能力变构造控制系统等等，都极大地丰富了电机调速领域内容。

总之，交流电机调速技术发展，特别是变频器传动自身固有优势，必将使之应用于社会生产各个领域，以体现出不同功能，达到不同目，收到相应效益。

因而，本论文通过对变频器研究，对于交流变频调速系统理论应用，有着实际意义和一定应用价值。

1.2 本次设计方案简介1.2.1 变频器主电路方案选定变频器最早形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供应交流电动机。

随着电力半导体器件发展，静止式变频电源成为了变频器重要形式。

静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。

1.交-交型变频器：它功能是把一种频率交流电直接变换成另一种频率可调电压交流电（转换先后相数相似），又称直接式变频器。

由于中间不通过直流环节，不需换流，故效率很高。

因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。

但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率1/3～1/2,因此不能高速运营。

2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是当前广泛应用通用变频器。

它依照直流某些电流、电压不同形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。

（2）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相称于电压源，故称电压型变频器。

由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，因此其重要长处是运营几乎不受负载功率因数或换流影响，它重要合用于中、小容量交流传动系统。

与之相比，电流型变频器施加于负载上电流值稳定不变，其特性类似于电流源，它重要应用在大容量电机传动系统以及大容量风机、泵类节能调速中。

由于交-直-交型变频器是当前广泛应用通用变频器，因此本次设计中选用此种间接变频器，在交-直-交变频器设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生制动时必要加入附加电阻缺陷，并有着不必附加任何设备即可以实现负载四象限运营长处，但是考虑到电压型变频器通用性及其长处，在本次设计中采用电压型变频器。

1.2.2 系统原理框图及各某些简介本文设计交直交变频器由如下几某些构成，如图1.1所示。

图1.1 系统原理框图系统各构成某些简介：供电电源：电源某些因变频器输出功率大小不同而异，小功率多用单相220V，中大功率采用三相380V电源。

由于本设计中采用中档容量电动机，因此采用三相380V电源。

整流电路：整流某些将交流电变为脉动直流电，必要加以滤波。

在本设计中采用三相不可控整流。

它可以使电网功率因数接近1。

滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，因此采用电容滤波，中间电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。

逆变电路：逆变某些将直流电逆变成咱们需要交流电。

在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。

电流电压检测：普通在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。

控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路重要功能是接受各种设定信息和指令，依照这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作信号。

这些信号通过光电隔离后去驱动开关管关断。

1.2.3 选用电动机原始参数在这次设计中，采用中档容量电动机，详细数据如下：额定功率P e=3KW，额定电压U e=380V；额定电流I e=6.1A，转速n e=2880/min；Y接法，f e=50H z.2交流异步电动机变频调速原理及办法2.1 异步电机变频调速原理交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛电动机类型。

依照记录，国内异步电动机使用容量约占拖动总容量八成以上，因而理解异步电动机调速原理十分重要。

交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛电动机类型。

依照记录，国内异步电动机使用容量约占拖动总容量八成以上，因而理解异步电动机调速原理十分重要。

交流调速是通过变化电定子绕组供电频率来达到调速目，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间空气隙内产生一种旋转磁场，它与转子绕组产生感应电动势，浮现感应电流，此电流与旋转磁场互相作用，产生电磁转矩。

使电动机转起来。

电机磁场转速称为同步转速，用0n 表达：p fn 600= （2-7）式中：f 为三相交流电源频率，普通是50Hz ；p 为磁极对数。

当p =1是，0n =3000r ／min ；p =2时，0n =1500r ／min 。

由上式可知磁极对数p 越多，转速0n 就越慢，转子实际转速n 比磁场同步转速0n 要慢一点，因此称为异步电动机，这个差别用转差率s 表达：%10000⨯-=n n n s （2-8）在加上电源转子尚未转动瞬间，n =0，这时s =1；启动后极端状况n =0n ，则s =0，即s 在0～1之间变化，普通异步电动机在额定负载下 s =1%～6%。

综合（2-7）和（2-8）式可以得出：060(1)(1)f s n n s p -=-= （2-9） 由式（2-9）可以看出，对于成品电机，其极对数p 已经拟定，转差率s 变化不大，则电机转速n 与电源频率f 成正比，因而变化输入电源频率就可以变化电机同步转速，进而达到异步电机调速目。