单片机控制的三相异步电动机调速系统.doc

单片机控制的三相异步电动机调速系统 摘 要 本文介绍了8位单片机的8031控制的高性能混合式异步电动机调速系统的设计与分析，系统中主电路功率元件采用绝缘栅极双机晶体管（IGBT）模块，IGBT开关功率高，驱动功率小，由它构成的功率变换器输出电压纹波小，线路简单，是当前最有应用前景的电力电子器件。变频器为交—直—交电流型，可以在4象限运行。运用SLE4520集成芯片，通过8031单片机微机控制，生成SPWM脉宽，通过 光电耦合驱动IGBT，完成对交流电动机的调速。 整个系统具有过电压，过电流，高次谐波等保护措施。速度调节由8位单片机完成。文中给出了有关电路和元器件参数确定的原则与方法。样机在55KW,1476r/min普通异步电动机上运行，结果表明设计合理，具有良好的动静态特性，可以用于工业控制。 关键字：交流调速； IGBT； 笼型异步电动机； 单片微型机 目　　录 第一章 方案的比较与选择……………………………………………………2 1.1 直流调速系统与交流调速系统…………………………………………2 1.2 变频器的基本类型………………………………………………………3 1.3 主电路功率元件的选择…………………………………………………4 第二章 正弦脉宽调速原理……………………………………………………5 2.1 SPWM变频调速工作原理…………………………………………………5 2.2 变频调速的基本控制方式………………………………………………6 2.3 SPWM逆变器的工作原理…………………………………………………8 2.4 SPWM控制模式……………………………………………………………11 2.5SLE4520集成芯片介绍……………………………………………………13 第三章 系统的主电路设计……………………………………………………19 3.1 主电路的设计……………………………………………………………19 3.2 逆变功率元件与驱动电路 的设计…………………………………….20 第四章 主电路参数的计算……………………………………………………26 第五章 变频器的硬件连接……………………………………………………28 5.1 系统总体结构……………………………………………………………28 5.2 各部分芯片的自我介绍…………………………………………………28 5.3 硬件连接…………………………………………………………………37 第六章 微机控制系统的元件设计……………………………………………40 第七章 专题讨论………………………………………………………………41 7.1 直接采用面积等效法生产SPWM波………………………………………41 7.2 SPWM波形生成方法………………………………………………………41 7.3 交流调速系统中的能量反馈控制………………………………………43 参考文献……………………………………………………………………….45 第一章 方案的比较与选择 1.1 直流调速系统与交流调速系统 1.1.1 直流调速系统 直流调速系统在额定转速以下用改变电枢电压的方法调速，在额定转速以上用改变励磁的方法调速。采用反馈的直流拖动系统可以得到高精度的转速调节。但是由于直流电动机本身结构上存在有机械整流器和电刷，所以直流拖动系统带来了以下三个方面的缺点： 维护困难。 设置环境受到限制，易燃易爆以及环境恶劣的地方不能使用。 在结构发展上制造大容量高转速及高电压的直流电机比较困难。 1.1.2 交流调速系统 交流条速系统的优点主要表现在： 可以扩大交流电机的容量，增高交流电机的转速和电压。 交流电机 特别是鼠笼式异步电动机设置环境适应性广。 维护省力。 异步电动机结构简单，坚固耐用，经济可靠，惯性小。 由于高性能，高精度新型调速系统的不但出现和发展，完全可以得到同直流调速系统一样好的性能指标。 交流条速系统的缺点： 对供电电源及电机戴来不利的影响。 电动转矩的脉动大。 1.1.3 交流调速的基本类型 异步电机调速系统种类很多，常见的有：（1）降电压调速（2）电磁转差离合器调速（3）绕线转子异步电动机转子串电阻调速（4）绕线转子异步电动机串极调速（5）变极对数调速（6）变频调速等等。串极调速运行时，不仅可以运行在电动状态，还可以运行在再生发电制动状态，扩大了调速 范围，方便了四象限运行。串极调速的应用要受到绕线式异步电动机的限制。通过改变定子电压改变转差率对异步电动机调速时，由于低速时转差率大，转差损耗也大，所以效率低。变频调速时，从告诉到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率，宽范围和高精度的调速性能。 根据频率的控制方式不同，同步