变频调速设计方案01.doc

变频调速系统设计方案 为什么要进行调速 系统是否需要调速，是相对比较容易确定的。根据工艺运行要求，如果除启动和停止过程外，在运行期间也需要改变电机转速，或者运行中虽然电机转速基本不变，但每次运行时对电机转速的要求却并不一样，那就需要调速的系统。有时候即使不调速也能够运行，但运行时的能耗指标很差，长期运行的费用使其选择调速运行更加经济，也应该作为调速的应用对待，如水泵和风机的情况。 此外，在稳定转速基本不变的电力拖动系统中，有两种情况可能也需要采用高性能的调速系统。一是需要高的转速稳定性时，二是需要改善启动以及停止过程时，及我们常常说的软启动和软停止情况。 确定调速方案 在确定系统需要调速之后，要进一步考察的是，是否使用以下一些简单廉价的调速方式来满足要求。 首先，变级数多速电动机是一种简单的有级调速方式，它实际上是把具有不同级数的电动机做成了一个统一体，通过外部电路连接成不同的级数，改变电动机的同步转速。这种方式比较简单，系统的成本低，不产生额外能耗，机械特性也比较硬。它的缺点是有级调速而且每级速度不能随意改变，同时运行中改变级数会产生严重的电气冲击和机械冲击。故变级调速只适用于运行中不需要调速的粗略型有级变速应用。 其次，转子串电阻方式也是一种调速方式。这种方式的投资成本比直流调速和变频调速低，但属于能耗方式，调速时输入功率基本不变，靠把多余能量消耗在外接转子电阻上而实现调速，因此他肯定不能用于满足节能方面的调速需求。此外，他改变的是机械特性斜率，会使转性稳定性变差，调速深度越大，稳定性越大。故说，串联电阻方式适合于不大的调速范围、很低的速度精度要求和速度稳定性要求、没有节能需要、非位能负载的调速应用。 还有，转差离合器一种由不调速的电动机带动的电磁调速装置，其主动轴由电动机带动，励磁后产生旋转磁场，相当于异步电动机定子的作用；从动轴上有转子绕组，作用相当于异步电动机转子。这种调速方式是通过改变电动机机械特性斜率来调速的，速度精度和速度稳定性同样很差。为此转差离合器调速通常采用了简单的速度闭环控制，稳态速度有所提高，速度稳定性也有所改善，但动态调速性能仍然很差。故说转差离合器调速适合于小容量、不需要节能、精度低、低动态性能要求的调速应用。随着小容量变频器成本的降低这种调速方式的应用价值也就大大降低了。 总之，既然简单的调速方案难以满足要求，这时就要考虑高性能的无级调速。虽然直流调速的投资成本于变频调速接近，但维护麻烦，运行维护成本高。故确定采用变频调速方案。 设计的调频调速方案要求如下： 要求：变频范围：0~50hz 幅值输出220V，功率50KW 逆变电路可以用IGBTH或者MOSFET驱动电路可以单片机或者一般的元器件电路(应该就是SPWM调制电路）设计 电路设计思想如下： 要达到变频调速，即要输出的是一个频率可调的电压幅值一定的交流电压，主要通过改变四个IGBT的导通顺序和导通时间来改变的。本次设计我们采用SPWM正弦脉宽双极性单相调制来实现变频。，即通过改变脉冲周期，以实现频率的调节。 首先，将通过积分电路产生频率一定的10K的高频三角波与由单片机控制输出频率可调的幅值小于三角波幅值的正弦脉冲进行比较，输出单相的SPWM波形。 在输出的SPWM波信号中引出一路进行倒向，于是得到两路相位相差180°的SPWM波，用于驱动同一桥臂。 而由于输出的SPWM波德驱动信号很弱，不可能直接驱动，所以还需要设计一个驱动电路，才能驱动高达300V的IGBT。因为有一个IR2110芯片可以有两路的输出，故需要有两个芯片才能驱动四个IGBT。 基于安全的考虑，在进行驱动信号转换时，还要进行一个光耦隔离。 驱动信号的产生框图如下所示： 主电路及分析 主电路主要有整流、滤波、逆变三部分组成。整流部分是由四个不可控的2CZ5型号的1N4007二极管组成的整流桥。而逆变的四个IGBT的型号为MP6750，规格如下： 控制电路及分析 控制电路，就是SPWM脉冲波的产生电路。所采用的产生电路框图如下： 三角波与正弦波的如下： T1~T4管的驱动脉冲如下： 三角波的产生电路由迟滞比较器和积分器首位相串联构成的，电路输出频率fo=R2/(4R1*R4*C1);输出电压为：Uo=VZ*R1/R2. 经计算可知：当R4=50欧姆时，fo=10k;Uo=7.5V. 输出波形如下： 正弦波的产生电路如下，主要采用单片机控制产生。 编程如下： 要用到数模转换DAC0832 MOVDPTR,#SINTAB;正弦表写入内部RAM6DH-7FHMOVR0,#6DHLOOP:CLRAMOVC A,@A+DPTRMOV @R0,AINC DPTRINC R0CJNE R0,#80H,LOOPMOV DPTR,#