電機變頻控制系統(tǒng)設(shè)計【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p>　　電機變頻控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟生活中，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)

2、及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器作為高新技術(shù)、節(jié)能技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。它依靠電力半導(dǎo)體器件的通、斷作用將固定頻率、電壓的交流電變換為頻率、電壓都連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，主要用于對異步電動機 的調(diào)速控制。而變頻調(diào)速就是利用變頻器產(chǎn)生可變頻率、可變電壓的交流電源向交流電動機供電而實現(xiàn)的交流調(diào)速。它具有節(jié)能、易操作、便于維護(hù)、控制精度高等優(yōu) 點。[1-3]本設(shè)計通過DSP編程等知識實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端與多個變頻器的驅(qū)動與控制功能，從而實現(xiàn)P

3、C機能遠(yuǎn)程控制電機的啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)等各種運行狀態(tài)。涉及了電子技術(shù)、自動控制、變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、PWM控制技術(shù)以及DSP的控制系統(tǒng)等知識。</p><p><b>　　二、主題</b></p><p>　　變頻器技術(shù)是強弱電混合、機電一體化的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變）問題，同時又要處理信息的收集、變換和傳輸問題。在巨大電能轉(zhuǎn)換的功率部分要解決

4、高電壓、大電流的技術(shù)問題，及新型電力電子器件的應(yīng)用問題，而在信息的收集、變換和傳輸?shù)目刂撇糠郑瑒t主要解決控制的硬件、軟件問題。變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù),已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。[1.5.6.8]目前變頻器的發(fā)展趨勢是朝著智能、操作簡便、功能健全、安全可靠、環(huán)境低噪、低成本和小型化的方向發(fā)展。[2]</p><p>　　變頻器是由主回路和控制回路兩大部分組成的。主回路由整流器(整流模

5、塊)、濾波器(濾波電容)和逆變器(大功率晶體管模塊)三個主要部件構(gòu)成。其中逆變器是變頻器的核心部分，它可由不同器件做成，如高頻變頻器用功率MOS晶體管，大容量變頻器用GTO晶閘管，中小型變頻器用IGBT晶體管等?？刂浦苹芈穭t由單片機、驅(qū)動電路和光電隔離電路構(gòu)成。[4]現(xiàn)代通用變頻器的控制電路電路大都是以微機為核心的數(shù)字電路。[1.3.7]控制電路的主要作用是將檢測電路得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必

6、要的門極（基極）驅(qū)動信號，并對變頻器以及異步電動機提供必要的保護(hù)。[7]</p><p>　　異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高。[4,13]隨著電力電子技術(shù)和微機應(yīng)用的不斷發(fā)展，能夠提供一種合乎異步電動機調(diào)速要變頻電源裝求的置，與結(jié)構(gòu)簡單的異步電動機組成調(diào)速系統(tǒng)，在調(diào)速性能上已能和直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。

7、目前異步電動機的變頻調(diào)速越來越受到人們的注意，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。異步電動機用變頻器調(diào)速時，需要根據(jù)電動機特性對供電電壓、電流、頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂芠7,13]。控制方式大體可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。作為開環(huán)控制的有V/f控制方式；閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制等方式。從歷史發(fā)展來看各種控制方式，是按V/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的順序發(fā)展起來的。在對電動機的控制性能方面，越是后來的控制方式、性能越優(yōu)良，特別是矢量控制，可

8、以實現(xiàn)與直流電動機電樞電流控制方式相匹配的傳動性能。[13]在通用變頻器中，目前比較常用的控制模式有U/f模式、矢量控制模式和直接轉(zhuǎn)矩控制模式三大類，其中 U/f控制又稱VVVF控制，是一種比較簡單的控制方式。它的基本特點是對變頻器輸出的</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號波對三角載波進(jìn)行調(diào)制，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的一種方法，所謂的相當(dāng)于基波分量的信號波并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式

9、控制中可以是預(yù)畸變的信號波。正弦信號波是一種最通俗的調(diào)制</p><p>　　信號，但決不是最優(yōu)信號。而三角載波也只是為了形象說明調(diào)制原理而借用或用模擬電路產(chǎn)生PWM脈沖時必須采用的波形，在用數(shù)字化控制技術(shù)產(chǎn)生PWM脈沖時，三角載波實際上是不存在的，完全由軟件代替了，這樣既可減少硬件投資又能提高系統(tǒng)可靠性。不同信號波調(diào)制后生成的PWM脈寬對變頻效果，比如輸出基波電壓幅值、基波轉(zhuǎn)短、脈動轉(zhuǎn)矩、諧波電流損耗、功率半導(dǎo)

10、體開關(guān)器件的開關(guān)損耗等的影響差異很大。[15]PWM控制技術(shù)就是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。[14]</p><p>　　變頻器的控制接口用于變頻器與外部交換信息。開關(guān)量輸入接口接收外部的邏輯控制命令，如起動、停止、旋轉(zhuǎn)方向控制、運行方式切換等；模擬量輸入接口接收外部參數(shù)，如

11、頻率設(shè)定、信號反饋等；開關(guān)量輸出接口向外部發(fā)送變頻器運行、故障等狀態(tài)信號；模擬量輸出接口向外部提供變頻器的頻率、電流等運行參數(shù)。變頻器的控制接口數(shù)量不多，當(dāng)需要交換的信號和數(shù)據(jù)數(shù)量很大時，需要采用通信方式實現(xiàn)。[1]現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動化技術(shù)研究的熱點之一, 它應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場可以在微機集控設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通訊. 它把單個分散</p><p>　　的被控設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,以現(xiàn)場總線為紐帶,把所有被控

12、設(shè)備連接成可以相互溝通信息、共同完成自動控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),具有分散控制、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約硬件設(shè)備、易于安裝維護(hù)等優(yōu)點。[20]Modbus協(xié)議是一種可靠而有效通用串行通信協(xié)議,它可以把 PLC、PC機、終端設(shè)備和其他監(jiān)視器、感應(yīng)器、控制設(shè)備結(jié)合起來形成分布式控制系統(tǒng)。[19]</p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號

13、處理算法。[16-18]作為一種特殊的單片機，DSP也是將中央處理器、控制單元以及外圍設(shè)備集成到一塊芯片上。不同于普通單片機的是，DSP采用了多組總線技術(shù)實現(xiàn)并行運行機制，從而極大地提高了運行速度。[18]采用DSP編程等知識應(yīng)用PWM控制技術(shù)和MODBUS總線設(shè)計技術(shù)來實現(xiàn)變頻調(diào)速即實現(xiàn)對電動機的啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)等運行功能。 </p><p><b>　　三、總結(jié) </b></p

14、><p>　　本畢業(yè)設(shè)計課題電機變頻控制系統(tǒng)設(shè)計涉及了電子技術(shù)，自動控制，變頻器和變頻調(diào)速的相關(guān)知識，DSP編程知識，MODBUS現(xiàn)場總線的知識，通過對變頻器和變頻器調(diào)速技術(shù)的認(rèn)識來了解電機變頻控制的發(fā)展現(xiàn)狀并掌握變頻器的工作原理，通過電子技術(shù)知識的掌握來設(shè)計各個電路，通過DSP編程知識和MODBUS現(xiàn)場總線的設(shè)計來利用變頻器來驅(qū)動控制多個電機的運行狀態(tài)，此次課題的設(shè)計能培養(yǎng)我把理論和實際結(jié)合起來，能讓我更深刻的掌握

15、所學(xué)的知識，能培養(yǎng)我對所學(xué)知識的運用的能力，此次的設(shè)計對我來說是個挑戰(zhàn)也對我以后會很有幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]王樹.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[2]薛曉明.變頻器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2009. </p

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