单相到三相交流电机通用控制器的研究

论文摘要

近几年,随着在电机领域研究的不断深入,对电机控制要求的不断提高,许多新型的、小型的特种电机应运而生,并且已经进入了人们的日常生活。电机造得小且实用,无非是件好事,但同时也提高了控制系统设计的难度和精度。目前迫切需要的是能够设计出与电机相配套的小型的、通用型控制系统。既可以满足电机自身的要求,也可以满足同等功率条件的不同种类电机的要求,使之达到兼容的目的。本文主要针对单相到三相交流无刷电机设计出了一套小容量、小功率的通用型控制器。控制对象是在日常中较广泛使用的小型交流电机,即U形单相永磁同步电机、交流单相电容异步电机(两相电机)和无刷直流电机。通用控制器的设计主要分:逆变器主电路部分、驱动信号电路和基于单片机的软件设计部分。首先对单相到三相电机的通用控制方法进行了理论性分析,利用了仿真验证其可行性。采用单相半桥逆变电路进行拓扑,将单相逆变结构拓扑成为三相逆变结构作为通用控制器的主电路,并搭建了功率逆变电路。其次,基于PIC16F877A型单片机制作了通用控制器的驱动信号部分。主要包括电机控制信号的产生和隔离保护电路。在算法上采用了SPWM的控制策略,对实时计算法进行了分析,比较了规则采样和不规则采样等几种方法的特点,确立了不对称规则采样法理论为系统的控制思想。利用该算法生成正弦表存入PIC单片机中,通过软件编程的方法生成电机所需的控制信号。最后本文还采集了一些实验数据,给出了实验装置的运行结果。对设计与调试过程中存在的问题进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 通用变频技术的概述
• 1.1.1 电机变频调速技术的发展
• 1.1.2 通用变频器技术的发展趋势
• 1.2 通用变频器的控制方式概述
• 1.3 功率器件的发展
• 1.4 微机控制技术的发展
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.5.1 课题的研究目的和意义
• 1.5.2 课题研究的对象和任务
• 1.6 研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 单相到三相交流电机通用逆变器的设计
• 2.1 逆变器的种类和特点
• 2.1.1 变频器及其分类
• 2.1.2 逆变器换流的基本方法
• 2.1.3 PWM DC-AC逆变电路工作情况分析
• 2.2 逆变器的工作原理
• 2.2.1 单相半桥逆变器
• 2.2.2 单相全桥逆变器
• 2.2.3 三相逆变器
• 2.3 单相到三相电机逆变器的主电路设计
• 2.3.1 U形单相电机逆变控制电路
• 2.3.2 交流电容式单相电机逆变控制电路
• 2.3.3 无刷直流电机逆变控制电路
• 2.4 功率管的选取
• 2.5 输出滤波器的选择与参数设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于PIC通用控制电路的设计及调试
• 3.1 PIC系列单片机的特点
• 3.2 PIC单片机的功能
• 3.2.1 PIC16F877A的功能和引脚图
• 3.2.2 单片机的选取
• 3.3 基于PIC单片机的控制电路设计
• 3.3.1 PIC单片机的PWM工作模式
• 3.4.2 ADC工作模块及其原理
• 3.4.3 SPWM脉冲生成电路和死区保护电路
• 3.4.4 驱动隔离电路及接口电路的设计
• 3.5 基于PIC单片机的无位置检测模块的设计
• 3.5.1 反电动势过零点检测的实现
• 3.5.2 电流检测电路
• 3.6 硬件电路设计中的抗干扰措施
• 3.6.1 硬件系统中的常见干扰
• 3.6.2 电路中的抗干扰措施
• 3.7 本章小结
• 第四章 控制系统的软件实现
• 4.1 SPWM调制技术概述
• 4.2 单极性和双极性正弦脉宽调制方法
• 4.2.1 单极性法
• 4.2.2 双极性法
• 4.3 变频器的SPWM控制法
• 4.4 实时计算方法中的SPWM的采样算法
• 4.5 系统的软件设计
• 4.5.1 系统的主程序设计
• 4.5.2 中断子程序的设计
• 4.6 输出结果及分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 单相到三相交流电机的实验调试及结果
• 5.1 实验结果与分析
• 5.1.1 实验条件说明
• 5.1.2 实验波形与结果分析
• 5.2 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 研究中存在的问题
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢