基于dsPIC单片机的单相电机变频调速系统研究

论文摘要

目前全球正面临能源危机,节能降耗成为不可避免的重大问题,而这些能源中绝大部分是被电机消耗掉,所以研究电机的变频调速得到了大家密切关注。相比普通的三相电机,单相异步电机由于具有结构简单,制造成本较低等优点,以及单相电机在诸多领域尤其家用电器中的广泛应用,使得它在工业控制特别是家用电器行业中的应用越来越广泛。本文首先论述了单相电动机多种控制方法,推导了单相电机数学模型,采用了电压空间矢量PWM变频调速控制方法进行单相电机变频调速控制,并用MATLAB对该控制方案进行了仿真,证明了该控制方案理论上的可行性;并设计了基于dsPIC单片机的单相变频调速系统的硬件电路,用C语言编写了Sinusoidal Pulse WidthModulation(SPWM)和Space Vector Pulse Width Modulation(SVPWM)两种程序,进行了系统调试,取得了满意的结果。在系统硬件电路设计过程中,采用美国Microchip公司生产的具有DSP内核的dsPIC30F4011芯片作为系统控制器,不仅满足了单相电动机变频调速控制的实时性要求,而且使系统的硬件电路变得更加简单。文章中详细介绍了主回路、开关电源电路、系统保护电路、检测电路、控制电路及其它外围电路的设计。软件设计部分包括主程序、PWM子程序和故障中断子程序,整个程序采用模块化设计,便于程序的修改和移植。在研究SVPWM的同时,本人也对当今应用比较成熟的SPWM控制方法进行了研究,通过两者实验波形的比较,体现了SVPWM的优良性能。实验证明使用SVPWM控制单相电机能够达到良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 交流传动的现状及发展
• 1.1.1 电力电子技术的发展
• 1.1.2 变频调速技术简介及其基本控制方法
• 1.2 单相电机控制常用方案
• 1.3 课题研究的意义和主要内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 单相异步电动机SVPWM变频调速
• 2.1 单相异步电动机绕组磁场理论
• 2.2 单相异步电动机的变频原理
• 2.2.1 基频以下调速
• 2.2.2 基频以上调速
• 2.3 单相逆变器—异步电动机系统结构
• 2.4 单相逆变器—异步电动机系统的数学模型
• 2.4.1 单相异步电动机电压方程
• 2.4.2 坐标变换
• 2.4.3 电流方程
• 2.4.4 转矩方程
• 2.4.5 运动方程
• 2.5 单相SVPWM控制技术的原理
• 2.6 单相SVPWM控制参数的确定
• 2.6.1 判断电压矢量所在扇区
• 2.6.2 计算开关切换时间
• 2.6.3 导通顺序的确定
• 2.7 小结
• 第三章 单相异步电动机SVPWM变频调速控制系统的MATLAB仿真
• 3.1 单相电机SVPWM变频调速系统的仿真模型
• 3.1.1 SVPWM单元
• 3.1.2 逆变模块
• 3.1.3 电机模型
• 3.2 仿真结果
• 3.3 结论
• 第四章 单相电机SVPWM控制系统的硬件电路设计
• 4.1 dsPIC控制芯片介绍
• 4.1.1 dsPIC30F系列基本特点介绍
• 4.1.2 电机控制脉宽调制（MCPWM）模块
• 4.2 整流滤波电路设计
• 4.3 辅助电源电路
• 4.3.1 VIPER12A介绍
• 4.3.2 VIPER12A工作原理
• 4.4 逆变主回路
• 4.5 电流采样电路
• 4.6 过流保护电路
• 4.7 转速检测电路
• 4.8 本章小结
• 第五章 控制系统的软件设计
• 5.1 MPLAB集成开发环境（IDE）
• 5.2 结构化程序设计
• 5.2.1 主程序的设计
• 5.2.2 故障中断子程序
• 5.2.3 SVPWM子程序
• 5.3 本章小结
• 第六章 实验结果及分析
• 6.1 电机参数
• 6.2 SPWM实验结果
• 6.2.1 上下桥臂PWM波形
• 6.2.2 SPWM波形
• 6.2.3 SPWM调制波形
• 6.2.4 两相定子电压电流波形图
• 6.3 SVPWM实验结果
• 6.3.1 上下桥臂PWNI波形
• 6.3.2 SVPWM波形
• 6.3.3 电机软启动波形
• 6.3.4 两相调制波形
• 6.4 结论
• 6.5 展望
• 参考文献
• 个人简历、攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢