论文摘要
近年来,随着新一代电力电子器件和高性能微处理器的相继推出,以及精确的电机模型和各种先进控制算法的提出,极大地促进了电机变频调速技术的发展,使得精度高、调速范围宽、控制性能好的电机变频调速装置的出现成为可能。本文在详细分析异步电动机变频调速控制基本理论和脉宽调制算法的基础上,根据风机的运行特点,结合恒压频比(V/F)控制和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法研制了一台用于风机的变频调速装置。SVPWM算法控制模型简单,便于微处理器实时处理,能够减少变频器输出电流的谐波,降低转矩脉动,提高电压利用率。本变频调速装置以TMS320LF2407A数字信号处理器(DSP)为控制核心,以IGBT为主功率器件,完成了对硬件电路的设计,主要包括主电路、DSP控制电路、IGBT驱动电路及保护电路、显示电路和键盘电路等,并分析了系统硬件干扰问题并进行了抗干扰设计。在软件设计方面采用基于CCS开发平台的C语言和汇编语言混合编程,完成了风机调速控制功能、保护功能、显示功能等软件程序的编写和调试。死区是变频设计中必须要引起高度重视的问题,本文在对死区效应进行深入分析研究的基础上,提出了一种基于电压空间矢量的软硬件相结合的死区时间补偿方法,结合DSP带有死区编程功能的比较单元对死区进行了补偿,实验结果证明了该死区补偿方法的有效性。最后该变频器在22kW(两台11KW电动机,一拖二)风机上进行了实验,系统调频精度为0.5Hz,在10Hz～50Hz范围内实现了平滑无级调速。实验结果表明该控制系统设计合理,具有较好的动静态性能,运行稳定。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 交流变频调速技术的发展及研究现状1.2 风机变频调速的节能原理及主要特点1.3 本课题研究的意义1.4 本文的主要工作本章小结第二章 变频调速技术的基本理论2.1 异步电动机调速理论及机械特性2.1.1 异步电动机基本工作原理2.1.2 异步电动机变压变频调速的基本控制方式2.1.3 异步电动机的机械特性2.2 变频器的种类及基本结构2.2.1 变频器的种类2.2.2 变频器的基本结构2.3 交—直—交变频器的拓扑结构及逆变电路工作原理2.3.1 交—直—交变频器的拓扑结构2.3.2 逆变电路工作原理本章小结第三章 脉宽调制理论3.1 SPWM方式3.1.1 单极性调制和双极性调制3.1.2 异步调制和同步调制3.2 SVPWM方式3.2.1 电压空间矢量3.2.2 SVPWM技术原理3.2.3 SVPWM实现方法3.3 常规SPWM与SVPWM的比较研究本章小结第四章 变频器死区效应分析及其补偿4.1 死区效应4.2 死区对输出电压和电机转矩的影响4.2.1 死区对输出电压的影响4.2.2 死区对电机转矩的影响4.3 死区补偿4.3.1 传统补偿方法4.3.2 基于电压空间矢量的死区补偿4.4 实验结果与分析本章小结第五章 变频器硬件电路设计5.1 硬件系统总体结构5.2 主电路设计5.3 DSP控制电路设计5.3.1 TMS320LF2407A芯片简介5.3.2 时钟电路5.3.3 复位电路5.3.4 JTAG接口电路5.3.5 外部存储器扩展5.4 IGBT驱动电路设计5.5 电源设计5.6 检测电路设计5.6.1 电流检测电路5.6.2 电压检测电路5.7 辅助电路设计5.7.1 键盘电路5.7.2 显示电路5.7.3 RS485电路5.8 印刷板设计注意事项5.9 变频器装配注意事项本章小结第六章 变频器软件设计6.1 软件开发平台CCS简介6.2 软件设计6.2.1 主程序设计6.2.2 SVPWM算法子程序设计6.2.3 状态监测子程序设计6.2.4 键盘及显示子程序设计本章小结第七章 实验结果结束语参考文献致谢附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目
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