三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真文献综述Word文件下载.docx

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学号

系（部）

指导教师（职称）

完成时间2014年3月25日

三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真

摘要电动机系统在工业生产活动中应用十分广泛。

2013年我国电动机年产量约为45000万千瓦，平均效率比发到国家低2-3个百分点，其拖动系统效率比发达国家低10-30个百分点。

我国采用电动机变频调速系统普遍较低，中小电动机基本是通用常规类型，还没有形成变频调速电动机系列，变频器电动机集成、智能电动机、机电一体化技术还不太成熟，与发达国家相比还有一定的差距。

随着电力电子器件的发展，以及控制理论的进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善、响应速度快、节能显著等优点，已经广泛应用于电力、制造等经济领域，交流变频调速技术以其优越的性能得到迅速发展。

1.掌握51系列单片机在三相电机控制中的特点、实现方式。

2.电机控制系统核心是选用89C51单片机（专用芯片）。

3.预期目标要具备单片机主控电路、测量电路、IPM接口电路、人机对话、显示电路等。

4．确定本设计的具体方案及步骤，完成硬件系统原理图及方框图、软件流程图、软件编程。

5．系统软件的设计，通过实验仿真，使整个系统能够基本实现电机的平滑调速。

关键词：

单片机/Matlab／Simulink/SPWM/变频调速

1绪论

交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。

电力电子器件的发展是交流变频调速技术发展的物质基础，现在，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展，目前已广泛用于交流调速的功率模块采用IGBT。

作为功率开关，使得交-直-交变频技术进一步发展，控制的性能得到较好的改善，以大规模专用集成电路SLE4520为核心构成的控制电路，结合

89C52单片机实现SPWM波形的产生，系统控制信号经光电隔离后，放大驱动由IGBT构成的三相逆变器，使之输出欲达到的频率与电压，实现异步电动机变频调速控制，理论上可以实现异步电动机变频调速的精确无级控制。

2主要内容

文献[1]主要介绍51系列单片机C语言学习教程，从实际应用入手,以实验过程和实验现象为主导,循序渐进地讲述51单片机C语言编程方法以及51单片机的硬件结构和功能应用。

分别从入门篇、内外部资源操作篇、提高篇、实战篇和拓展篇来层层深入的展开详细讲解，便于学习。

文献内容丰富,实用性强,大部分内容均来自科研工作及教学实践,许多C语言代码可以直接应用到工程项目中。

文献[2]介绍了51系列单片机的结构、基本原理、指令系统和硬件资源，重点介绍C51编程技术及其应用。

通过实例以及练习不仅掌握相应知识点，而且能够通过完整的实例，快速、有效地掌握用C51语言开发51单片机的流程，并通过各章的习题掌握各章重点和难点，真正对相关知识做到融会贯通。

为本设计的研究起到很好的指导意义。

文献[3]电动机变频调速技术是工业部门普遍运用，最具经济值的一种电动机运行的专用技术，并可惠及社会各经济行业乃致日常生活之中。

本文简要论述了变频调速技术逐步取代直流电动机的起因、技术原理以及变频调速系统的组成，相关要求选用条件等环节分析和应予注意的相关事项。

文献[4]介绍了SVPWM的基本原理及其在Matlab／Simulink环境下的仿真，并给出硬件的实现方法。

在分析变频调速原理和三相异步电机的数学模型的基础上，建立三相异步电机空间矢量控制系统的仿真模型，搭建转速、电流双闭环变频调速系统。

通过调节各个模块的参数，得到理想的仿真波形，实现整个系统的仿真。

硬件系统则是以DSP芯片TMS320F2812为核心，设计相应的外围电路得到SVPWM波。

仿真和实验的结果证明该SVPWM调制方案正确可行。

文献[5]本文对变频电机交流调速系统进行开环恒压频比控制的变频调速的仿真，并根据仿真结果进行了分析，进而对变频电机磁电路设计进行考核验证，对变频电机的磁路设计具有指导意义。

文献[6]介绍了变频调速系统选用电动机时应注意电流、速度控制、容许最高频率范围及防止冲击（浪涌）电压引起电动机绝缘性能恶化。

文献[7]描述了单片机控制的PWM变频调速系统的设计方法。

其中主电路采用二极管进行不可控整流，同时用PWM逆变器调压调频，用GTO开关元件组成交直交电压型变频器。

变频器采用恒压频比控制方式，控制电路的核心是8051单片机，在通过键盘输入给定值并与反馈值进行比较后，将信号送给PWM调制波集成芯片HEF4752V，以产生2～5kHZ的开关信号来控制T的导通和截止，即通过改变电压和频率得到逼真可调的正弦波形。

文献[8]：

以dsPIC30F401l单片机为控制器核心，设计了异步电动机变频调速控制系统。

对比以往的控制系统，在人机信息交换界面和提高直流电压利用率两个方面做出了改进。

文章中给出了该控制系统软件和硬件的实现方法，以及实现波形和结果。

经试验表明该系统控制电机能够达到良好的变频调速效果，并且操作简单、调节精度高、稳定性好、成本低且具有较强的实用性。

文献[9]通过理论与技术分析设计了单片机变频调速控制系统并对其进行了模拟仿真。

文献[10]设计一种基于单片机实现SPWM变频调速的系统,给出了单片机实现三相交流电动机SPWM变频调速的硬件电路及采用对称规则进行采样的SPWM波形的软件方法。

实践表明,该系统工作稳定,可靠性高,能用于三相交流电动机变频速度中,具有较好的实用价值。

文献[11]交流异步电动机变频调速在电力拖动系统中得到广泛的应用，采用变压变频调速方式是电源频率f与电压u的对应关系为恒压频比，剁用MATLAB／SIMULINK平台建模进行仿真。

本文结合典型规格样机（4极5．5kW）性能实测结果．浅析交流异步电动机变压变频调速系统仿真的正确性与工程的实用性。

文献[12]随着电力电子技术的发展，用交流异步电动机来调速的愿望已经实现。

其中尤以变频调速收到关注。

设计引入先进的FPGA，作为其核心控制芯片。

系统同时采用SPWM专用芯片SA4828。

SA4828是大规模集成电路，专门用来产生三相SPWM波形。

本文用FPGA控制SA4828产生三相SPWM波来控制逆变电路，从而实现对三相交流异步电动机的调速。

文献[13]电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。

本文献详尽、系统地介绍直流电动机、交流电动机、步进电动机和无刷直流电动机这些常用电动机的控制原理和采用单片机进行控制的方法。

结合这些控制原理和方法的介绍，给出了单片机控制电路和软件。

同时，还介绍用于电动机驱动的常用功率元器件的特性和驱动电路，用于电动机闭环控制的常用传感器的原理以及与单片机的接口电路，用于电动机优化控制的数字PID和数字滤波的算法和编程。

文献[14]电机车变频调速技术的研究现在已趋于成熟，但是以往都是以DSP为控制核心的SPWM设计，SPWM着眼于生成三相对称正弦电压源，而SVPWM是把PWM逆变器与电机看成一个执行机构，着眼于如何产生使电机获得恒定的圆形磁链轨迹，并且电机绕组电流波形的谐波成分更小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近于圆形，更易于数字化控制。

具有DSP强大运算功能的32位ARM作为微控制器同时弥补了单DSP在控制方面的不足，节约成本并降低了系统的复杂性，在低成本的变频调速系统中有着广阔的发展前景。

同时也对电机车变频调速系统的硬件和软件控制策略进行了设计，使得整个系统具有良好的调速性。

文献[15]是为指导学生进行《单片机原理与应用》课程设计及单片机应用实践而编写的。

书中选取了作者设计的单片机在9个不同应用方面的典型例子，从功能要求、设计方案论证、硬件电路原理分析、软件设计的思路介绍等方面进行了详细的说明。

这对我们进一步系统掌握单片机应用系统的设计思想及培解决实际生产应用技术问题具有重要的引导作用。

也为本设计的完成起到很好的参考价值。

文献[16]介绍了半控型电力电子器件晶闸管；

全控型电力电子器件GTO、GTR、MOSFET、IGBT及MCT等器件的特性、工作原理、主要参数及常用器件选择方法；

各器件的驱动、缓冲保护及应用。

分析讨论了相控整流电路、逆变电路、交流电力控制电路、直流斩波电路。

文献[17]通过分析永磁电机变频调速系统的构成和运行原理，采用DSP作为主控单元实现数字处理和SVPWM的控制算法，用智能功率模块及其外围电路完成变频主电路的变频调速系统的设计，实现了系统的硬件电路和软件算法详

细设计．实验结果表明该系统具有良好的动态和静态工作性能．

文献[18]采用宏晶STC12C5A60S2（1T）高速单片机和PC机设计了三相异步电机闭环变频调速系统。

系统分为下位机和上位机两部分。

下位机以STC12C5A60S2单片机为核心，采用片上A\D转换器实现转速给定和反馈；

采用D\A转换芯片输出模拟电压，控制西门子工业变频器实现调速。

PC机作上位机，采用VisualBASIC配合MSComm控件编程，实现转速的实时采集与曲线显示。

文献[19]针对传统变频调速系统算法复杂的问题，提出了SPWM变频调速系统。

文章中构造了变频调速异步电动机的数学模型，电动机的快速跟踪通过闭环系统的方式进行，这样能很好的减小初始波动和响应时间。

文章通过Matlab在分别改变负载、频率时对开、闭环系统进行了仿真测试，测试结果表明，变频和变负载时该系统在转速和转矩稳定度很高，具有很高的实用价值。

文献[20]设计了一套基于TMs320F2407芯片的变频调速系统，硬件平台以DsP为核心，系统中采用SVPWM算法来实现变频调速。

阐述变频调速系统的基本构成、SVPWM算法的基本原理、参数计算以及实现方法，给出SVPWM算法在DsP2407上实现的具体计算过程，经过试验，整套系统能够正常并准确工作。

同时基于MATLAB／Simulink设计了仿真模型进行算法仿真，仿真波形与理论基本相符。

结语

通过这几周在校园网上查阅各类文献资料，特别是有关变频调速系统的设计，参考各文献资料的设计思路，设计方法，对三相交流电动机变频调速系统的设计有个软硬件的指导。

基于容易实现，方便操作，贴近使用的设计理念，以AT89S52单片机为核心，用单片机设计出控制三相交流异步电动机变频调速SPWM波发生器的硬件电路和汇编语言软件应用程序。

设计交-直-交变频主电路，选择适合整流电路和逆变电路的开关器件。

利用对称规则采样法获得SPWM波MATLAB软件在电力电子中的仿真有以下几个方面的发展：

采用更有效的硬件和MATLAB软件开发功能更完善的实验用的实时仿真系统和教学仿真系统；

随着电力电子技术的应用日益广泛，MATLAB软件也必将涉及到与电力电子器件、装置、系统等有关的电力电子技术仿真。

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（注：

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