交流异步电动机变频调速设计【字数：12994】
摘 要近年来，交流电动机变频调速和有关技术已经成为当代电气传动范畴重要的一个研究方向。本文研究了变频调速理论，逆变技术，SPWM产生的原理，在此基础上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，控制核心选用8051控制的集成芯片SA4828，主功率器件选择用IGBT，其驱动电路由EXB840组成，选择二极管的整流电路便能得到一个接近1的功率因数，并且其电路也较为简单。本文在控制方式的选择上选用的是比恒定控制，同时，输入参数和改变变频器的运行方式都因为软件程序变得极为方便，其开发周期也因为选用新型集成元件而变得比较短。本文还介绍了如何使用及编程SA4828三相SPWM波发生器，并完成整个系统控制的硬件和软件设计。
目 录
第一章 绪论1
1.1变频调速技术概述1
1.2变频器的研发近况和发展前景1
1.2.1变频器国外发展近况 1
1.2.2变频器国内发展近况 2
1.2.3变频器发展前景 2
1.3研究目的和意义3
1.4设计方案概述3
1.4.1变频器主电路的选择方案 3
1.4.系统的原理框图及各部分概述 4
1.4.3电动机参数5
第二章 交流异步电动机变频调速原理与方法 6
2.1交流电机工作原理6
2.1.1交流电机的等效电路 6
2.1.2交流电机的转矩 7
2.1.3交流电机的机械特性 7
2.1.4交流电机变频调速的原理 9
2.2变频调速控制方法9
2.2.1控制9
2.2.2其它控制方法11
第三章 变频器主电路设计 13
3.1 主电路的工作原理 13
3.1.1设计主电路各部分13
3.1.2变频器主电路工作原理14
3.2IGBT及驱动模块 15
3.2.1IGBT及其驱动要求15
3.2.2EXB840的内部结构16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.2.2选择EXB840的IGBT驱动电路17
第四章 变频器控制回路设计18
4.1设计驱动电路18 4.1.1SPWM调制技术18
4.1.2SA4828特点和引脚功能19
4.1.3SA4828内部结构和工作原理20
4.2保护电路 21
4.2.1过、欠压保护电路21
4.2.2过流保护电路22
4.3控制系统的实现 22
第五章 变频器软件设计 25
5.1流程图 25
5.2SA4828的编程 25
5.2.1初始化寄存器编程25
5.2.2控制寄存器编程28
5.3设计程序 29
结束语37
致谢38
参考文献 39
附录40
第一章 绪论
1.1变频调速技术概述
变频调速技术是由工频交流电变换成任意频率的交流电后，送入电动机，使电动机能实现改变运转速度的技术。
目前，电流有直流和交流，而电动机按电流的形式有直流电动机和交流电动机。因为直流电动机的调速和控制都比较简单，而且不仅有宽的调速范围，其调速还平滑，因此过去的直流电动机很受人们的欢迎。但是因为使用的是直流电源，其碳刷需要经常性得更换，导致既费时又费力，给人们带来太大的麻烦。因此人们将目光转向了交流电动机。至此，多种交流调速方式也开始诞生了，如定子调压调速、变极对数调速、转子串电阻调速等。但在电子技术的不停进步下，新的交流调速方式诞生了，变频调速以它强大的性能超越了其它调速方式，也因此成就了其核心地位。
然而，研究怎样才能变频出一个实惠又稳定的电源非常重要。由于1960年代半导体器件的实用，诞生了可以将工频交流电变换为频率可以调节的交流电的静止变频装置。但因为其体积大、造价高、容量偏小、控制方法也不完善、低速性能不理想，所以它的应用场合很少。其中大多数是为特定的控制对象而研制的。直到70年代后，诞生了通用变频器。它功能强大，可以适用于很多不同的场所，尤其是进入90年代，加入微处理器的变频调速，其静、动态特性达到了直流调速的程度。在如今的科技不停进步下，元器件性能越发得强，变频器性能向前迈进一步不再是句空话。相比以前，变频器在各方面都有很大的进步。如：功能的强大、寿命的提高、操作的简便等。
对于不一样的变换环节，变频器分直接和间接变频。前者又叫交交变频，是直接将工频电变成想要频率的交流电，大功率设备中用的比较多；而后者又叫交直交变频，先对整流成直流，然后再把直流电变更为想要得到的交流电。
本设计选择间接变频。它大体包括整流器、逆变器、控制和保护电路。其中选择的逆变为三相SPWM逆变法。
1.2变频器的研发近况和发展前景
1.2.1变频器国外发展前景
出于自动化技术的熟练与进步,变频调速技术已开始被普遍使用起来。特别是在90年代，通用变频器依靠着它卓越的性能，被人们迅速推行起来。如今的变频技术已成为各国在工业、机电范畴竞争最猛烈的阵地，很多发达的国家在该技术上投入了大量心血。在大功率交交变频调速范畴，法国ALSTOM可以供给船舶推动系统的容量3W千瓦的电气传动设备；在大功率电动机交流变频调速范畴（无换向器），能给抽水蓄能电站6千瓦容量的设备来自意大利ABB公司；在中功率交流变频调速范畴，德国SIEMENS的SimovertA电流型晶闸管的单机容量有，拥有全数字化控制系统，在小功率交流变频调速范畴，日本富士BJT变频器单机的容量已经有，并且IGBT变频器有了全数字化的控制系统。但因为智能功率模块IPM的问世，它包括了IGBT芯片和外围的驱动、保护电路。乃至还有一些智能功率模块把光耦也集成于一体，因此是一种更加好用的集成型功率器件。如今，模块的额定电流在10～600A的通用变频器均有采取IPM的趋势。IPM不仅大量投入工业变频器中，经济型的IPM也开始投入如家用空调变频器、冰箱变频器等家电设备里。而且IPM也在向更高水平成长，日本的三棱公司开研发的智能模块ASIPM，它已不用外接光耦。其内部自举电路便可以单电源供电。而且是用低电感封装，使系统在小型化、高性能、低成本等方向又向前迈进了。
目 录
第一章 绪论1
1.1变频调速技术概述1
1.2变频器的研发近况和发展前景1
1.2.1变频器国外发展近况 1
1.2.2变频器国内发展近况 2
1.2.3变频器发展前景 2
1.3研究目的和意义3
1.4设计方案概述3
1.4.1变频器主电路的选择方案 3
1.4.系统的原理框图及各部分概述 4
1.4.3电动机参数5
第二章 交流异步电动机变频调速原理与方法 6
2.1交流电机工作原理6
2.1.1交流电机的等效电路 6
2.1.2交流电机的转矩 7
2.1.3交流电机的机械特性 7
2.1.4交流电机变频调速的原理 9
2.2变频调速控制方法9
2.2.1控制9
2.2.2其它控制方法11
第三章 变频器主电路设计 13
3.1 主电路的工作原理 13
3.1.1设计主电路各部分13
3.1.2变频器主电路工作原理14
3.2IGBT及驱动模块 15
3.2.1IGBT及其驱动要求15
3.2.2EXB840的内部结构16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.2.2选择EXB840的IGBT驱动电路17
第四章 变频器控制回路设计18
4.1设计驱动电路18 4.1.1SPWM调制技术18
4.1.2SA4828特点和引脚功能19
4.1.3SA4828内部结构和工作原理20
4.2保护电路 21
4.2.1过、欠压保护电路21
4.2.2过流保护电路22
4.3控制系统的实现 22
第五章 变频器软件设计 25
5.1流程图 25
5.2SA4828的编程 25
5.2.1初始化寄存器编程25
5.2.2控制寄存器编程28
5.3设计程序 29
结束语37
致谢38
参考文献 39
附录40
第一章 绪论
1.1变频调速技术概述
变频调速技术是由工频交流电变换成任意频率的交流电后，送入电动机，使电动机能实现改变运转速度的技术。
目前，电流有直流和交流，而电动机按电流的形式有直流电动机和交流电动机。因为直流电动机的调速和控制都比较简单，而且不仅有宽的调速范围，其调速还平滑，因此过去的直流电动机很受人们的欢迎。但是因为使用的是直流电源，其碳刷需要经常性得更换，导致既费时又费力，给人们带来太大的麻烦。因此人们将目光转向了交流电动机。至此，多种交流调速方式也开始诞生了，如定子调压调速、变极对数调速、转子串电阻调速等。但在电子技术的不停进步下，新的交流调速方式诞生了，变频调速以它强大的性能超越了其它调速方式，也因此成就了其核心地位。
然而，研究怎样才能变频出一个实惠又稳定的电源非常重要。由于1960年代半导体器件的实用，诞生了可以将工频交流电变换为频率可以调节的交流电的静止变频装置。但因为其体积大、造价高、容量偏小、控制方法也不完善、低速性能不理想，所以它的应用场合很少。其中大多数是为特定的控制对象而研制的。直到70年代后，诞生了通用变频器。它功能强大，可以适用于很多不同的场所，尤其是进入90年代，加入微处理器的变频调速，其静、动态特性达到了直流调速的程度。在如今的科技不停进步下，元器件性能越发得强，变频器性能向前迈进一步不再是句空话。相比以前，变频器在各方面都有很大的进步。如：功能的强大、寿命的提高、操作的简便等。
对于不一样的变换环节，变频器分直接和间接变频。前者又叫交交变频，是直接将工频电变成想要频率的交流电，大功率设备中用的比较多；而后者又叫交直交变频，先对整流成直流，然后再把直流电变更为想要得到的交流电。
本设计选择间接变频。它大体包括整流器、逆变器、控制和保护电路。其中选择的逆变为三相SPWM逆变法。
1.2变频器的研发近况和发展前景
1.2.1变频器国外发展前景
出于自动化技术的熟练与进步,变频调速技术已开始被普遍使用起来。特别是在90年代，通用变频器依靠着它卓越的性能，被人们迅速推行起来。如今的变频技术已成为各国在工业、机电范畴竞争最猛烈的阵地，很多发达的国家在该技术上投入了大量心血。在大功率交交变频调速范畴，法国ALSTOM可以供给船舶推动系统的容量3W千瓦的电气传动设备；在大功率电动机交流变频调速范畴（无换向器），能给抽水蓄能电站6千瓦容量的设备来自意大利ABB公司；在中功率交流变频调速范畴，德国SIEMENS的SimovertA电流型晶闸管的单机容量有，拥有全数字化控制系统，在小功率交流变频调速范畴，日本富士BJT变频器单机的容量已经有，并且IGBT变频器有了全数字化的控制系统。但因为智能功率模块IPM的问世，它包括了IGBT芯片和外围的驱动、保护电路。乃至还有一些智能功率模块把光耦也集成于一体，因此是一种更加好用的集成型功率器件。如今，模块的额定电流在10～600A的通用变频器均有采取IPM的趋势。IPM不仅大量投入工业变频器中，经济型的IPM也开始投入如家用空调变频器、冰箱变频器等家电设备里。而且IPM也在向更高水平成长，日本的三棱公司开研发的智能模块ASIPM，它已不用外接光耦。其内部自举电路便可以单电源供电。而且是用低电感封装，使系统在小型化、高性能、低成本等方向又向前迈进了。
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