dq103采用SLE4520集成电路的三相SPWM异步电动机变频调速系统设计.docVIP

总体设计方案的选择 （一）采用SLE4520的三相SPWM电机变频调速的提出 三相交流异步电机，由于转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，故而 具有结构简单，体积小，重量轻，价格低廉，便于维护等优点，一经问世，就备受人们的青睐。 一、调速系统的发展 随着工农业生产的发展，人们对调速要求越来越高，交流调速有调压调速，串级调速等，性能都处于不佳状态，唯独变频调速受人瞩目，采用变频调速实现电动机的连续调速结构简单，造价低。 变频调速是采用可变电压可变频率（VVVF）电源装置，如逆变器和交－交变频器，变频调速可以充分发挥感应电机的优点，即适应性强，坚固耐用，维护方便，价格低廉。 近年来，由于微电子技术，微机技术和自关断功率开关器件的进步，使得变频调速中的核心技术—－脉冲宽度调制技术和矢量控制技术已经成熟并得到广泛应用。 首先，以目前迅速普及的“交－直－交”变频器的基本结构来看，“交－直”的整流技术是很早就解决了的，而“直－交”的逆变过程实际是不同组合开关交替地接通和关断过程，它必须依赖于满足一定条件的开关器件，这些条件是： 能承受足够大的电压和电流； 允许长时间频繁地接通和判断； 接通和关断的控制必须十分方便。 直到20世纪70年代，大功率晶体管（GTR）的开发成功，才比较满意地满足了上述条件，从而为变频技术的开发，发展和普及奠定了基础。 20世纪80年代，又进一步开发成功了绝缘栅型双极型晶体管（IGBT）其工作频率比GTR提高了一个数量级，从而使变频调速技术又向前迈进一步。目前，中小型的变频器中的逆变部分，已基本上被IGBT垄断，使20世纪70年代提出的正弦波脉宽度调制技术（SPWM）得到不断完善。 在不采取任何措施的情况下，异步电动机在变频后的机械特性远逊色于直流电动机变压后的机械特性，这必将大大影响变频调速技术的应用范围。20世纪70年代末，矢量控制技术的提出和实现，使异步电动机变频后的机械特性达到了可以和直流电动机变压后的机械特性相媲美的程度。 与此同时，计算机技术和大规模集成电路的飞速进步，极大简化了实现SPWM及矢量控制等复杂技术的方法，增强和扩展了变频器的功能，使变频调速技术迅速发展起来。 如利用单片机和SLE4520集成电路的三相SPWM异步电动机变频调速系统，是 一个典型的调速系统。 二．变频调速原理 经过30年的发展，目前交流调速电气传动已经成为电气调速传动技术的主流。在 电气调速传动领域内，直流电动机占统治地位的局面已经受到了猛烈的冲击。 交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，主要是一些关键性技术得到了突 破性进展，如电力电子器件，电力变换技术，交流电机的矢量变换控制技术，PWM技术及微型计算机和大规模集成电路。 1.PWM技术的应用 自关断器件的发展为PWM技术铺平了道路。目前几乎所有的变频调速装置都采用这一技术。PWM技术用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小脉矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。 2.全数字控制技术的应用 各类电气传动装置的控制器由模拟控制转向全数字控制已经成为事实，交流速传动也不例外。 由变频器供电的调速系统是一个快速系统，在使用数字控制时要求的采样频率较高，通常高于1KHZ，常需要完成复杂的操作控制，数字运算和逻辑判断，所以要求单片机具有较大的存储容量和较强的实时处理能力。 全数字控制具有如下特点： (1)精度高　　在变频器中采用8位，16位甚至32位微机作为控制机 (2)稳定性好　由于信息为数字量，不会随时间发生漂移 (3)可靠性好　系统中硬件向标准化、集成化方向发展，由软件完成复杂的控制功 能，适当修改软件，就可以改变系统的功能。 (二)SPWM的工作原理及生成方法 SPWM调速是指用所期望的正弦波输出作为调制波（即参考信号），对一等腰三角形的载波进行调制，得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波幅值的矩形波，从而去控制开关器件，达到调速要求的一种调速方法。 1.SPWM控制基本原理： 　　将图4－1(a)所示的正弦波半波波形分成n等份，就可把正弦波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化，如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦面积相等，就可得图4－1（b）所示的脉冲序列，这就是PWM波形，可以看出，各脉冲的宽度是按正弦规律变化的根据问题相等效果相同的原理，PWM与正弦半波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以同样的方法得到PWM波形，像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而各正弦波等效的PWM波形