摘要
使异步电动机实现性能好的调速一直是人们的理想,过去如变极调速、绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速均属于有级调速；而调压调速虽能平滑调速,但调速范围不大,耗能多,仅限于小功率,无法和直流调速系统相比。随着新技术、新理论的不断发展,变频调速技术应运而生,其控制方式完全可以和直流调速系统相媲美。因此变频器的应用日益广泛，变频器性能的优劣直接影响着电机的运行特性，所以如何提高变频器的优化控制成为变频技术的关键。在变频调速中关键的一项就是控制端SPWM波的产生,它不仅要求电压和频率变化呈线性关系,而且要求输出波形尽可能接近于正弦波,特别是对于一些性能指标要求较高的全控型开关器件如IGBT等,其开关频率很高,因此就要求SPWM波发生器要达到一定的开关频率,基波频率也要求相对较高。为了解决这个问题,可以利用SLE4520这块集成芯片,来生成满足要求的SPWM波。本设计就是利用AT89C51单片机作为控制主机，与三相PWM集成芯片SLE4520配合工作，设置一种SPWM波生成的算法，通过单片机的定时模块产生脉冲，并将其送入SLE4520中，最后将SPWM脉冲送至逆变桥臂上下的IGBT中来控制逆变电路。本设计的优势在于可以通过键盘/显示来进行变频器的智能控制。在不同的工作状态下，可以显示不同的数据，再配合上各种故障保护电路，可以使得变频器安全的工作。
关键词：SLE4520 单片机 SPWM脉冲
ABSTRACT
To achieve good performance asynchronous motor speed is ideal, such as speed regulating pole change motor rotor asynchronous and winding speed rotor circuit resistance of all belong to have stepless speed regulation, And although speed regulating speed can be smooth, but not more than energy-consuming, speed limits, only small power, compared with dc speed control system. With the new technology, the new theory of frequency conversion technology unceasing development, the control mode, and can completely Dc speed control system. But in the frequency conversion control is one of the key is the wave of SPWM not only requires the voltage and frequency variation, and the requirements of a linear relationship between output waveform in sine as close as possible, especially for some performance index to demand higher all-controlling switching device IGBT etc, such as the high frequency switching, so requires SPWM wave generator to reach a certain switching frequency wave frequency also require relatively high. In order to solve this problem, you can use SLE4520 this integration chip, to meet the requirements of SPWM wave generated.This design is to use AT89C51 as host, and three-phase PWM control SLE4520 integrated chips, setting an SPWM wave generated by MCU timing algorithms, and will produce pulses module to SLE4520, finally will SPWM inverter pulse to bridge the arm upper-and-lower IGBT inverter circuits to control. The design of the keyboard/strengths can display for converter intelligent control. In different working conditions, can show the different data, combined with the various fault protection circuit, can make the job security. Keywords：SCM（Single Chip Microcomputer）SLE4520
SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)
河南理工大学本科毕业设计论文
目录
摘要.............................................................. I ABSTRACT .......................................................... II 1 绪论. (1)
1.1 交流电动机调速发展现状 (1)
1.2 SPWM控制技术介绍 (3)
1.3 本系统设计的主要内容及意义 (4)
2 变频器应用电路 (5)
2.1 变频器的发展动向及技术指标 (5)
2.1.1 变频器的发展情况 (5)
2.1.2 变频器技术的发展趋势 (7)
2.1.3 变频器的技术指标 (8)
2.2 变频器结构与功能 (9)
2.2.1 变频器主电路结构及功能 (9)
2.2.2 变频器控制电路结构及功能 (15)
2.3 SPWM脉冲生成原理 (17)
3 变频器V/F控制技术 (20)
3.1 V/F控制的原理 (20)
3.2 V/F曲线的选择 (20)
3.3 转速开环的V/F控制方式 (21)
3.4 转速闭环的V/F控制方式 (23)
4 变频器硬件电路设计部分 (25)
4.1 变频器主电路设计 (25)
4.2 变频器控制电路设计 (26)
4.2.1 AT89C51单片机 (26)
4.2.2 SLE4520集成芯片 (27)
4.2.3 通用键盘显示电路 (32)
4.2.4 ADC0809模/数转换芯片与AT89C51的接口 (36)
4.2.5 存储器EPROM2764和EEPROM2864的扩展技术 (39)
4.3 以速度为控制对象的变频器 (40)
5 变频器系统软件框架的构建 (43)
5.1 主程序流程图 (43)
5.2 单片机与SLE4520相结合形成SPWM脉冲 (44)
5.3 8279通用键盘和显示电路软件设计 (49)
5.4 变频器运行过程中参数调整模块设计 (56)
5.5 变频器采样及故障检测模块设计 (57)
5.6 定时器中断模块设计 (58)
总结 (59)
致谢 (60)
参考文献 (61)
1 绪论
1.1 交流电动机调速发展现状
电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能好坏对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统。以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统;以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。根据交流电机的类型，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。
由于直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。但是，由于直流电动机的机械式换向器和电刷存在以下弱点，这给直流调速系统带来了不足。
①机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有极限容许值，这就限制了电机的转速和功率。如果要超过极限容许值，则会极大的增加电机制造难度和成本，并使得调速系统趋于复杂。
②机械式换向器必须经常检查和维修，电刷必须定期更换，使得直流调速系统维修工作量大，维修费用高，也直接影响设备正常的生产。
③在易燃、易爆、多粉尘、多腐蚀性气体的生产场合更不宜使用直流电动机。
由此可见，这将使得直流调速系统的应用受到限制。然而，采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制，满足生产发展对调速传动的各种不同的要求。
交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，具有结构简单、制造容易、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、很少维修、使用环境及结构发展不受限制等优
点。但是长期以来由于受科技发展的限制，把交流电动机作为调速电机所存在的问题未能得到较好的解决，只有一些调速性能差、低效耗能的调速方法，如:
①绕线式异步电动机转子外串电阻及机组式串级调速方法。
②鼠笼式异步电动机定子调压调速方法(自祸变压器、饱和电抗器)及后来的电磁(滑差离合器)调速方法。
20世纪60年代以后，由于生产发展的需要和节省电能的要求，促使世界各国重视交流调速技术的研究与开发。尤其是20世纪70年代以后，由于科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。从此，交流调速理论及应用技术得到了较快的发展，大致体现在以下几个方面。
1. 电力电子器件的蓬勃发展促进了交流技术的迅速发展和交流调速装置的现代化
电力电子器件是现代交流调速装置的支柱，其发展直接决定和影响交流调速的发展。20世纪80年代以前，变频装置功率回路主要采用晶闸管元件。装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。80年代中期以后用第二代电力电子器件GTR,GTO,VDMOS-IGBT等制造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。随着电力电子器件向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向的继续发展，第三代电力电子器件是20世纪90年代制造变频器的主流产品，中、小功率的变频调速装置(I-1000KW)主要是采用IGBT，中、大功率的变频调速装置(1000-IOO OOKW)采用GTO器件。20世纪90年代末至今，电力电子器件的发展进入了第四代。如:高压IGBT、IGCT、IEGT、SGCT 等。
2. 脉宽调制(PWM)技术
脉宽调制(PWM)技术的发展和应用优化了变频装置的性能，为交流调速技术的普及发挥了重大作用。
脉宽调制技术种类很多，并且正在不断发展之中。基本可分四类，即等宽PWM法、正弦PWM法、磁链追踪型PWM法及电流跟踪型PWM法。近年来，新型全数字化专用PWM生成芯片HEF4752,SLE4520,MA818等达到实用化，并己经实际应用。
3. 微型计算机控制技术与大规模集成电路的迅速发展和广泛应用为现代交流
调速系统提供了重要的技术手段和保证
早期的交流调速系统的控制器〔或系统的控制回路)多为由模拟电子电路组成。近十几年来，由于微机控制技术，特别是以单片机及数字信号处理器DSP为控制核心的微机控制技术的迅速发展和广泛应用以及大规模集成电路的应用，促使交流调速系统的控制回路由模拟控制转向数字控制。当今模拟控制器己被淘汰，全数字化的交流调速系统已经得到普遍应用。
微机控制技术及大规模集成电路的应用提高了交流调速系统的可靠性和
操作、设置的多样性和灵活性，降低了变频调速装置的成本和体积。以微处理器为核心的数字控制已经成为现代交流调速系统的主要特征之一。用于交流调速系统的微处理器发展情况如下:
(1)单片机
就组成而言，一片单片机芯片就是一台计算机，大大缩小了控制器的体积，降低了成本，增强了功能。随着单片机性能的不断提高，单片机具有了丰富的硬件资源和软件资源。然而，单片机对大量数据处理或浮点运算能力有限，因此有待于进一步提高运算速度。
(2)数字信号处理器(DSP)
为了提高运算速度，在20世纪80年代初期出现了数字信号处理器，其中采取了一系列措施，包括集成硬件乘法器、提高时钟频率、支持浮点运算等，以提高运算速度。近几年来，将DSP作成磁芯，把PWM生成、A/D变换器等集成于一个芯片上，使其功能更加强大，应用更为广泛。
1.2 SPWM控制技术介绍
正弦波脉宽调制（SPWM）技术在变频器中得到广泛的应用。SPWM变频器调压调频一次完成，整流器无需控制，简化了电路结构，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了输入端的功率因数，减小了高次谐波对电网的影响。此外，由于输出波形由方波改进为PWM波，减少了低次谐波，从而解决了电动机在低频区的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声。PWM技术的应用是变频器的发展主流。SPWM的调制原理是使变频器的输出脉冲电压的面积与
所希望输出的正弦波在相应区间内面积相等，改变调制波的频率和幅值即可调节逆变器输出电压的频率和幅值。
SPWM变频器的输出电压虽然接近于正弦波，但感应电动机本身因为气隙磁通、转速与转子电流是强藕合的，所以调速性能不如直流电动机，采用矢量控制技术可提高其调速性能。矢量控制的原理是采用坐标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组，两相交流绕组和直流绕组三者之间的等效关系，从而求出与交流电机等效的直流电机模型，即实现交流电动机的解耦，以便按照对直流电动机的控制方法对交流电动机进行控制，矢量控制要求由磁通观测器测出实际转子磁链幅值及相位，因此如何利用先进理论和技术实现转子磁链位置的精确观测是矢量控制技术的重要课题。
1.3 本系统设计的主要内容及意义
毕业设计的主要内容：设计一种较为通用的变频器，在变频调速控制系统的设计中，控制器采用AT89C51单片机，对变频的控制算法进行分析设计，利用恒压频比方式控制变频器工作，得出程序算法的流程图和硬件电路设计图。论文主要结构安排：第一章，概论，叙述调速技术与变频的新思想；第二章，介绍变频器发展态势及变频器应用电路的结构等内容；第三章，讲述V/f控制原理及其实现方案；第四章，对设计中用到的芯片及器件进行介绍，并简单叙述一下硬件部分电路原理图；第五章，进行SPWM控制算法及软件编程算法的分析与设计。
2 变频器应用电路
2.1 变频器的发展动向及技术指标
变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置，主要应用于交流电动机的调速。交流电动机变频调速技术具有节能、易维护、高性价比等诸多优点，被普遍认为是最有前途的调速方式。变频器的产生，使得交流调速取代直流调速成为可能。这也是目前发展最为迅速的技术之一。
交流变频调速技术是与电力电子器件制造技术、交流技术、控制技术、微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关的。近几年国内变频调速技术也是迅速发展，出现了如华为、森兰等一系列品牌。功率小到数百瓦大至数千瓦，功能简易或复杂，精度低或高，响应慢或快等。
2.1.1 变频器的发展情况
自20世纪80年代初变频器问世以来，变频器在不断发展完善，现在已大量应用于各行各业。变频器的发展情况可以从以下几个方面来说明。
1.应用范围不断扩大
变频器不仅在工业的各行业广泛应用，就连家庭也逐渐成为通用变频器的应用场所。正是变频器应用范围的不断扩大，其产品正向三个方面发展变化：其一，向无需调整便能得到最佳运行的多功能与高性能型变频器方向发展；其二，向通过简单控制就能运行的小型及操作方便的变频器方向发展；其三，向大容量、高起动转矩及具有环境保护功能的变频器方向发展。
2.电力电子器件不断更新
变频器的主电路使用的都是高电压（在交流220V以上）、大电流的电力电子器件作为开关器件，因此电力电子器件是变频器发展的基础。在低压交流电动机的传动控制中，应用最多的的功率器件有GTO、GTR、IGBT及职能
模块IPM（Intelligent Power Module），集GTR的低饱和电压特性和MOSFET 的高频开关特性于一体的后两种器件是目前通用变频器中广泛使用的主流功率器件。当前电力电子器件正朝着发热减少、高载波控制、开关频率提高、驱动功率减小的方向发展。
3.控制理论的不断发展
变频器的控制方式主要经历了如下3个阶段：
第一阶段：早期通用变频器大多数为变压变频VVVF技术（Variabl Voltage Variabl Frequency）（又称为V/f控制方式），其优点是控制结构简单，成本较低，缺点是系统性能不高，职能应用于调速精度要求不高的场合，如风机、水泵的控制等。具体来说，其控制曲线随着负载变化而变化；转矩响应慢，电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而使性能下降，稳定性变差。
第二阶段：矢量控制，也称磁场定向控制。它是1972年德国伯拉斯切克（F.Blasschke）等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法阐述了这一原理，由此开创了交流电动机和等效直流电动机控制的先河。矢量控制的基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，经过坐标变换实现正交或解耦控制。
第三阶段：1985年德国鲁尔大学狄普布洛克（Depenbrock）教授和日本塔卡哈什（Takahashi）等人先后提出直接转矩控制理论（Direct Torque Control，简称DTC）。直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制的优越性在于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子外所有电动机参数变化特性良好；所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便地实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。1995年ABB公司首先推出的ACS600直接转矩控制系列，已达到小于2ms的转矩响应速度，在带测速机时的静态速度精度达0.01%；在不带测速机的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到0.1%的速度控制精度。
4.控制技术的不断提高
控制技术的发展完全得益于微处理器技术的发展。自从1991年INTEL 公司推出8×196MC系列以来，专门用于电动机控制的芯片在品种、速度、功能、性价比等方面都有很大的发展。由于脉宽调制PWM（Pulse Width Modulation）可以同时实现变频变压的特点，因此在交流传动乃至其他能量变换系统中得到广泛应用。PWM技术一直是变频技术的核心技术之一。
从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，PWM在各种应用场合仍占主导地位，并一直是人们研究的热点。
2.1.2 变频器技术的发展趋势
1.模块化
小功率变频器应该像普通开关电器，如接触器、断路器一样，具有使用简单、方便、安全可靠的基本性能。因此由集成电路构成的一体化模块的变频器将在市场上更具有竞争力。
2.小型化
变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说，变频器的小型化除了出自支撑部件的安装技术和系统设计的大规模集成化外，功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的重要因素。小功率变频器应当像接触器、软启动器等电器元件一样使用简单、安装方便、工作安全可靠。
3.专用化
通用变频器中出现专用家族是近年来的事。其目的是更好地发挥变频器的独特功能并尽可能的方便用户。如用于恒压供水、机械主轴传动、电源再生，纺织、机车牵引等的专用系列。
4.系统化
作为发展趋势，通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型
发展。数字技术和微控制器技术的发展，使这种趋势成为可能。
2.1.3 变频器的技术指标
1.输入侧的额定值
输入侧的额定值主要是电压、频率、相数。一般变频器输入侧的额定值有以下几种：
(1)380V/50Hz/三相
(2)230V/50Hz或60Hz/三相
(3)200-230V/50Hz/单相
2.输出侧的额定值
（1）输出电压U N（V）
（2）输出电流I N（A）
（3）输出容量S N（KV·A） S N与U N和I N的关系为S N=3U N I N
（4）配用电动机容量P N（KW）
（5）过载能力变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间。大多数变频器都规定为150%I N、60s或180%I N、0.5s。
3.频率指标
（1）频率范围即变频器工作时能够输出的最高频率f max与最低频率f min。
（2）频率精度变频器实际输出频率与设定频率之间的最大误差与最高工作频率之比的百分数来表示。
（3）频率分辨率指变频器输出频率的最小改变量，即每相邻两档频率之间的最小差值。
4.控制方式
（1）恒压频比控制方式，最早使用的方式，现在仍在使用。
（2）矢量控制方式，现在大部分变频器使用这种控制方式。
（3）直接转矩控制方式，是目前最新的控制方式。
5.控制端子功能与数量
变频器通常设置有多个控制端子，其电路形式和PLC差不多。变频器使用时，通过控制端子实现控制功能。变频器的控制端子一般包括以下几方面：（1）模拟输入（AI）用作速度给定、反馈等功能，每个端子具体参数可以设置
（2）模拟输出（AO）AO通常用作远程测量仪表的信号，用以显示变频器的输出电流、频率、转速等参数。
（3）开关量输入（DI）用作变频器的起停、正反转、多种速度选择功能。
（4）开关量输出（DO）变频器的运行、故障等信号由此输出。
2.2 变频器结构与功能
现在使用的变频器大多数为交—直—交电压型通用变频器，一般变频器包括主电路、控制电路、操作面板3部分。主电路指的是电源由进线端（R、S、T）输入，经过整流、滤波、逆变，变换成电压、频率连续可调的交流电，由出线端（U、V、W）输出接电动机的电路。主电路所使用的器件都是高电压（一般工作在AC220V以上）大电流，属于强电部分。控制电路的功能是接收控制命令，如起停、正反转、转速给定等，输出控制信号到主电路，控制功率器件工作。一般由单片机系统板或专用计算机系统和驱动电路组成，属于弱电部分。操作面板是人机联系的接口，由按钮、显示器、指示灯、连接线等组成。通用变频器基本结构如图2—1所示。
2.2.1 变频器主电路结构及功能
变频器主电路原理图如图2—1所示，它由3部分构成：整流电路、中间电路和逆变电路。
1.主电路工作原理
如图2—2所示，由电源输入的恒压恒频的交流电经R、S、T端输入变频器主电路，经VD1—VD6整流后变换成直流电，由于滤波电容CF1、CF2容量很大，所以设置限流电阻R1，上电前，控制K或V1断开，滤波电容电压升
图2—1 变频器基本结构
图2—2 变频器主电路原理图
高后，再控制K或V1导通。晶体管VTB和电阻RB组成斩波器，以消耗电动机回馈时的能量，RB一般体积较大，通常安装在变频器的外面。带有阻容吸收电路和二极管续流的晶体管VT1—VT6组成逆变电路，将整流、滤波后的直流电通过PWM调制技术转换为频率、电压可调的交流电。
交流电动机调速时要通过改变其输入的交流电源频率来进行，在改变频率的同时，电源电压也要同时改变，二者要协调一致。正弦脉宽调制SPWM是现在变频器普遍使用的控制技术。在PWM波形中，各脉冲量的幅值是相等的，也就是在变频中整流电路整流及中间电路稳压后的电压幅值，在变频器工作时一直基本保持不变。要改变等效输出正弦波的频率和幅值，可以采用正弦波和三角波比较的方法。改变由模拟电路或微机产生的正弦波的频率和幅值，三角波维持固定的频率和幅值，二者比较后就可获得基波为正弦波的脉宽调制波形。原理图见图2—3和图2—4
SPWM通常有单极性方式和双极性方式。采用单极控制方式时在正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断。控制波形如图2—5所示，如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式，控制波形如图2—6所示。
u r
u c ωt
ωt u o
u of u U -U d
图2—3
图2—4 u r u c ωt
ωt u o
u of u U -U d u r u c
ωt ωt u o u of u U d
-U d
图2—5 单极控制方式
图2—6 双极控制方式
2. 整流电路 整流电路的功能是将交流转换为直流。供逆变电路使用，整流电路在变频器当中有不可控整流电路和可控整流电路两种。
（1）不可控整流电路 不可控整流电路使用的器件为电力二极管，不可控整流电路按输入交流电源相数不同分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。如图2—7所示，为不可控桥式整流电路，大部分通用变频器属于此种类型。对单相整流电路，通过计算可得到负载R L 上的平均电压为
29.0U U d =
对三相整流电路： 234.2U U d = 式中2U 为相电压的有效值
（2）可控整流电路
在变频器中，为了控制整流电压，采用晶闸管整流桥，三相桥式可控整流电路有三相桥式全控整流和三相桥式半控整流两种，如图2—8所示。
图2—7 不可控整流电路
图2—8（a）图2—8（b）
三相桥式全控整流电路三相桥式半控整流电路
3. 中间电路
变频器的中间电路有滤波电路、制动电路和谐振电路等不同的形式。
（1）滤波电路虽然利用整流电路可以从电网的交流电源得到直流电压或直流电流，但这种电压或电流含有频率为电源频率6倍的纹波，影响逆变电路。因此，必须对整流电路的输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。
1）电容滤波：由于电容量比较大，所以常采用电解电容。为了得到所需的耐压值和容量，往往需要根据变频器容量的要求，将电容进行串并联使用。电容串并联使用时为了使各电容上电压相等而给电容并联电阻，电阻阻值为几十千欧，即所谓“平衡电阻”，如图2—9所示，平衡电阻的另一个作用是在变频器断电后给电容放电提供通道。采用大电容滤波后再送给逆变器，这样可以使加于负载上的电压值不受负载变动的影响，基本保持恒定。该变频器电源类似于电压源，因而称为电压型变频器。电压型变频器的电路图如图2—9所示。
2—9 电压型变频器的主电路框图
2）电感滤波：由于经电感滤波后加在逆变器的电流值稳定不变，所以输出电流基本不受负载的影响，电源外特性类似电流源，因而称为电流型变频器。图2—10为电流型变频器的电路框图。
图2—10 电流型变频器的主电路框图
（2）制动电路利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生电能的方式称为斩波制动或再生制动。制动电路可由制动电阻或斩波制动单元构成，图2—11为制动电路的原理图。制动电路介于整流器和逆变器之间，接在整流后的直流回路中，图中的制动单元包括晶体管V B和制动电阻R B。一般R B通过变频器接线端外接。在制动时能量经逆变器回馈到直流侧，使直流侧滤波电容上的电压升高，也就是通常所说的“泵升电压”，当该值超过设定值时，控制电路即自动给V B基极施加占空比可变的斩波信号，使之高频的导通关断，则存储于电容C中的再生能量经R B消耗掉。
图2—11 制动电路原理图
4. 逆变电路
（1）电压型逆变电路电压型逆变电路直流侧一定接有大电容滤波，直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗，相当于电压源。
（2）电流型逆变电路电流型逆变电路在直流侧串接有大电感，使直流电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗，相当于电流源。
（3）逆变电路使用的开关器件对电动机来说，所提供的电压越接近正弦越好，否则会有谐波干扰和机械振动。这就要用SPWM的方法来控制逆变电路开关的通断。逆变电路开关器件通断的频率很高，往往达到几KHz甚至数十KHz。
在实际应用中，逆变电路中的开关器件是各种电力电子器件，在中小功率通用变频器中使用最多的事BJT和IGBT两种，在大中功率通用变频器中使用最多的是IGCT、GTO及IGBT 3种。
2.2.2 变频器控制电路结构及功能
由图2—1可见，常用变频器控制电路包括：信号输入输出部分、中心控制单元、驱动电路、检测保护电路、通信接口、控制电源等6部分。
1. 信号输入输出部分
变频器的信号输入输出部分，包括模拟量的输入输出和开关量的输入输出，用于变频器和外围控制电路的联系。
1）开关量输入接口接收外部的逻辑控制命令，如起停、正反转、多种速度选择等。
2）开关量输出接口向外部提供变频器运行、故障等信号。
3）模拟量输入接口接收外部参数，如频率设定、速度反馈信号灯。
4）模拟量输出接口向外部提供变频器的工作频率、电机电流等信息。
2. 中心控制单元
中心控制单元是变频器的核心器件，它通过输入接口和通信接口取得外部控制信号，通过检测电路取得电压、电流、温度等运行参数，根据设置的运行方式，进行恒压频比控制、矢量控制或直接转矩控制，将控制命令传送给PWM 专用集成电路，通过驱动电路，触发逆变器工作。
中心控制单元包括一个功能完善的计算机或单片机系统和一个专用的SPWM 集成电路。各种信号接口电路都在系统板上，系统板上的微处理器的控制程序存储在存储器中，用户设置参数可以改变程序的计算参数和结构。
3. 检测保护电路
变频器内部有一系列检测元件，将检测到的信号送给中心控制单元，为其提供控制和保护信息。
4. 通信接口
变频器的通信接口提供以通信方式与外部其他设备交换信息的功能。变频器的所有控制、状态判断都可以通过通信接口来实现，与输入输出接口不同的是，通信可以交换更多的信息。
5. 控制电源
变频器的控制电源为所有的控制电路提供电源。一般的变频器为交-直-交电压型，其滤波电容比较大，存有较多的电能，能够在变频器断电后维持一段时间的电压，这个特点对于控制电路很有用处，在突然停电时，中心控制单元可以利用电容存储的电能完成停机的处理工作。
6. 驱动电路
驱动电路是中心控制单元和逆变电路之间的联系纽带。中心控制单元计算出的脉宽调制波通过驱动电路放大后加在逆变器上，所以驱动电路视逆变器的不同而不同。驱动电路设计时应注意以下几点：①能将主电路和控制电路完全电气隔离，实现高低压分离；②能够提供足够的电压或电流，可靠的开关功率
燕山大学 课程设计说明书 题目： PLC与变频器实现电机正反转控制 学院 (系)：电气工程学院 年级专业： 11级计算机控制1班 学号： 学生： 指导教师：海滨爽 教师职称：
目录 目录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4 摘要﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5 第一章概述﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 1． 1PLC和MM440变频器控制电动机的发展前景﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 1．2变频器的分类﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍7 1．3本课题的意义﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍8 第二章应用器件的介绍 2．1 PLC的工作原理和结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍9 2．2 变频器的工作原理及其组成结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍11 2. 3 A/D转换器工作原理﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍12 第三章相关参数的设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13 3．1 MM440快速调制参数设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13 3. 2 MM440数字输入控制端口参数﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15 3. 3 PLC数字量模拟量的输入输出约定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 20 3. 4 恢复出厂设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20 第四章硬件电路和软件电路的设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15 4.1总体结构设计图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍16 4.2外部设备的接线图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍19 4.3软件编程设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20 3．4．2 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍21 第四章总结﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍26 附录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍27 参考文献﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍30
变频器设计方法 一、变频调速系统设计的一般 性方法 （一）变频调速系统设计的内 容和步骤 变频调速系统设计的主要内容 和步骤如下： （1）控制系统总体方案设计， 明确系统的总体要求及技术条件。包括系统的基本功能、控制方案选 择以及性能指标（响应时间、稳态 精度、通信接口）等； （2）设计主电路拓扑结构，选 定逆变器件类型； （3）确定控制策略和控制方式； （4）选择主控制芯片； （5）选择各物理量的传感器和检测电路； （6）系统硬件设计，包括主电路模块、驱动与保护电路，与CPU 相关的电路、外围设备、接口电路、逻辑电路及键盘显示模块； （7）系统软件设计，包括应用程序的设计、管理以及监控程序的设计； 图4-25 变频调速系统的研发过程
（8）在各单元软硬件调试合格的基础上，进入系统实验与统调阶段。 变频调速系统的研制开发过程如图4-25所示。 （二）变频调速系统总体方案的确定 确定变频调速系统总体方案是设计系统的第一步。总体方案直接影响整个控制系统的投资、性能品质及实施难度。确定控制系统的总体方案必须根据实际应用的要求，结合具体被控对象而定。但在总体设计中还是有一定的共性，大体上可以从以下几个方面考虑。 1.选择主电路拓扑结构根据系统容量的大小以及实际要求选择合理的变频调速系统主电路拓扑结构。20世纪80年代以来，以GTO、BJT、MOSFET为代表的自关断器件得到长足的发展，尤其是以IGBT为代表的双极型复合器件的惊人发展，使得电力电子器件正沿着大容量、高频率、易驱动、低损耗、智能模块化的方向迈进。伴随着电力电子器件的飞速发展，逆变器主电路的结构也日趋多样化。 （1）普通三相变频器通常也称为二电平变频器，即第二章中所讲的交-直-交型变频器，这种拓扑结构比较简单，为了获得大功率可采用器件的串并联来实现。 （2）交-交变频电路普通二电平逆变器直流侧电压通常由交流电整流获得，因为存在直流环节，所以逆变器效率不高，主电路相对复杂。而交-交直接变频电路省去中间直流环节一次功率
长安大学交流调速课程设计
一．摘要 变频调速是一种新兴的技术，将变频调速技术用于供水控制系统中,具有高效节能、水压恒定等优点。随着社会经济的发展，绿色、节能、环保已成为社会建设的主题。对于一个城市的建设，供水系统的建设是其中重要的一部分，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到居民的生活质量。近年来，随着自动化技术、控制技术的发展，以及这些技术在供水系统的应用，高性能、高节能的变频恒压控制的供水系统已成为现在城市供水管理的必然趋势。本次课程设计采用CPM1A PLC控制器结合富士变频器控制两台水泵的各种转换，实现变频恒压供水系统的功能，并且实现故障转换与报警等保护功能，使得系统控制可靠，操作方便。 二．设计要求 一楼宇供水系统，正常供水量为30m3/小时，最大供水量40m3/小时，扬程24米。采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时，水泵电动机速度发生变化，改变流量，以保证水压恒定。 要求设计实现： ⑴设二台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终由一台水 泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。 ⑵二台泵可以互换。 ⑶给定压力可调。压力控制点设在水泵出口处。
⑷具有自动、手动工作方式，各种保护、报警装置。采用OMRON CPM1A PLC、富士变频器完成设计。 三．方案的论证分析 传统的小区供水方式有： ⑴恒速泵加压供水方式 该方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，目前较少采用。 ⑵气压罐供水方式 气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，也使浪费加大，从而限制了其发展。 ⑶水塔高位水箱供水方式 水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。 综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、
信息与电气工程学院 课程设计说明书（2016/2017学年第一学期） 课程名称：可编程控制器应用 题目：PLC控制变频器 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计周数： 设计成绩： 2017 年9月29日
一、课程设计的目的 1.1通过本次对PLC监控系统的设计，使我们加深了对PLC（可编程逻辑控制器）的认识。特别是对西门子S7-200型PLC的深入了解。把我们从书本上学到的知识与实践很好地结合起来。随着人民生活水平的提高，PLC自动化控制被广泛应用于各种控制领域。然而在不同的应用中，客户对控制的需求千差万别，在一些对控制系统资源要求较高、控制功能要求复杂的应用中，PLC一般能很好的满足实际生产的多方面需求。所以，学好PLC技术，并能够灵活地应用于各个领域，是我们今后从事PLC研究、开发和运用所必备的。理论应密切联系实际。 1.2进一步熟悉监控组态软件图形开发环境和运用环境的使用；依据仿真驱动程序创建组态实时数据库、建立实时趋势，掌握复杂对象的组态和脚本语言的运用方法.；设计此工程系统；掌握组态软件在工程上的使用方法；最终能够实现上位机与下位机的连接。 二、课程设计的主要任务 2.1按照接线说明，将上位机与PLC（RS232-485）连接；PLC与变频器连接；变频器与电机 连接。（变频器与PLC接线：变频器3、4 分别接PLC的模拟模块V0和M0，9接PLC地（M）5、6分别接PLC输出端Q0.4和 Q1.1，5是启动，6是正反转2。） 2.2上位机监控界面设计。包括： 2.2.1电机、变频器、计算机、PLC； 2.2.2启动、停止、正转、反转、升频、降频等按钮的设置； 2.2.3初始频率值的设定，启停值设定； 2.3编写PLC温度控制程序。 2.4设置变频器参数P700和P1000设置为2。 2.5 进行上下位机连接。包括： 2.5.1 设置PLC的I/O驱动； 2.5.2 定义数据库变量，包括电机的升降频，正反转，给定频率变量； 2.5具体控制如下： 2.5.1 PLC与上位机的通讯，下载程序。 2.5.2启动计算机的监控画面，输入初始频率值。然后写入1，则电机启动；写入非1 的数，则电机停止。 2.5.3 点击不同按钮实现对改变电机不同状态。
冰箱变频控制板设计方案一．技术指标和功能 序号测试项目单位 技术指标 测试条件 最小值典型值最大值 输入特性 01 输入电压Vac 176 220 264 Hz 47 50/60 63 02 信号Hz 50 - 180 必须符合TTL电平规范;占空比为：40-60% 03 漏电流mA <0.25 (L/N) <0.75 (L/N/G) 输入 64Vac,50~60Hz电 源输出地对大地及外 壳漏电流 输出特性 序 号 信号频率f n(Hz) 压缩机转速n(rpm) 备注 01 f n<30 - 停机 02 f n=30~40 1800 - 03 f n=40~150 n=30f n- 04 f n=150~180 4500 - 05 f n>180 - 停机 环境试验 01 工作温度-20℃to 50℃ 02 存储温度-40℃to 80℃ 03 相对湿度5% - 95%无冷凝 机械结构 01 外形尺寸(mm)(L x W x H) 105×115 ×32.6 公差:GB1804-m级保护功能.6 序 号 项目典型值恢复特性 01 输入过压保护270V 可自恢复 02 输入欠压保护172V 可自恢复 03 内部过流保护4A 可自恢复
二． 总体设计及功能划分 总体设计框图： 整流滤波 L N V+（310V ） GND 驱动电路 逆变电路 PWM 驱动M 控制电路 PWM 波形 三相电压采样 保护电路 封锁PWM 母线电压采样 三相电流采样 1. 电源部分 1） 输入单相220V ，采用全桥整流为310V 直流，基本电路如下： 2. 开关电源：暂时采用板载AC 、DC 变换器 型号：YAS2.5-15-NES 输入220VAC 输出15V 功率2.5W 5V 采用15V 直流变换，采用7805三端稳压芯片。 3. 逆变和驱动部分 方案1： 参考海信变频板：采用IR2103S 驱动芯片，驱动IGBT ：IRGR3B60KD2。 优点：此方案驱动电路简单，有模板测试，调试。 驱动电路： 逆变电路：
一、概述 高压变频器调速系统是将变频调速技术应用于大功率高压电机调速的一种电力换流装置，是国家大型设备节能技术改造及建设推广项目，应用范围广泛，应用高压变频调速器能大幅度降低电机的电耗，其节能效果一般在30%以上，具有明显的节能与环保效益，对提高企业的能源利用率，延长设备的使用寿命，减少设备运行费用与设备维护费用，确保用户的用电质量与用电可靠性，能起到极大的促进作用。在社会积极倡导各行业节能、减排的今天，甲方同时也做出积极地响应。甲方对现场控制对象（高惯量风机）提出的高性能控制装置高压变频器无疑就是其中的一例。根据现场使用情况、工艺要求，利用选用优良的大功率、高电压变频控制装置，不但可以调节电机的转速、转矩充分发挥其电气机械特性，而且可以更大程度上为钢厂、社会节能同时能够获得的更大的经济效益。本系统方案就是给现场高惯量风机选择一款综合性能较好的高压变频器。 二、被控设备基本参数、工作环境、电网情况 1、风机： 型号：Y5-2*48N026.5F 流量：700000m3/h 转速：965r/min 转动惯量：23000kg/m3 2、驱动电机： 型号：YBPK710-6 额定功率：2240KW 额定电压：6KV 额定电流：261A 变频运行：电动机Y型接法效率：96.0% 功率因素：0.86 绝缘等级：F 3、设备现场环境情况： 温度：0-40℃湿度：≤95%，不凝露 4、10KV电网情况 额定电压：10KV 正常电压波动范围：+/-10% 额定频率：50HZ 频率变化范围：+/-10% 三、高压变频器控制方案及选择 交流变频调速技术是现代化电气传动的主要发展方向之一，它不仅调速性能优越，而且节能效果良好。实践证明，驱动风机、水泵的大、中型笼型感应电动机，采用交流变频调速技术，节能效果显著，控制水平也大为提高。目前，变频调速技术已广泛应用于低压（380V）电动机，但在中压（3000V以上）电动机上却一直没有得到广泛应用，造成这种情况的主要原因是目前在低压变频器中广泛应用的功率电子器件均为电压型器件，耐压值基本都在1200-1800V，研制高压变频器难度较大，为了攻克这一技术难题，国内外许多科研机构及大公司都倾注大量人力物力进行研究，工业发达国家高压变频器技术已趋于成熟，国外几家著名电器公司都有高压大容量变频器产品，典型的如美国A-B（罗克韦尔自动化公司所属品牌）、欧洲的西门子公司、ABB 公司等。这些公司产品的电压一般为3-10kv，容量从250-4000kw，所采用的控制方式、变流方式及其他方面的关键技术也有很大差别。 A-B 从1990 年研制成功并开始投入商业运行的变频器主要采CSI-PWM技术，即电流源逆变-脉宽调制型变频器，采用电流开关器件，无需升降压变压器即可以直接输出6KV 电压，分强制风冷和水冷型，功率从300 到18000 马力，至今已经应用于多个行业上千台应用记录。是最有影响力，最为广泛接受的中压变频技术。美国罗宾康公司采用大量低压电压型开关器件，配合特殊设计的多脉冲多次级抽头输出隔离整流变压器，同样能够实现输出端直接6 千伏输出，由于是大量低压元件串接，故被称之为多极化电压性解决方案。西门子公司和ABB 公司分别采用中压IGBT 和IGCT 器件，是典型的电压型变频器。器件耐压等级为4160/3300V，直接输出电压最高达3300V。所以国内也有将此种方案称为高中方案，对应的将6KV-6KV（如A-B 方案）称为高高方案。中压变频器的发展和广泛应用是最近十几年的事情，相比之下低压变频器的应用却已经有超过二十年的时间。在中压变频器大面积推广应用之前，也出现了另外一种方案。即采用升降压变压器的“高-低-高”式变频器，
洛阳理工学院 课程设计 课程名称： 设计课题： 系别： 班级： 学号： 姓名：
目录 摘要 (3) 前言 (3) 一、变频调速技术及其在空调系统中的应用 (3) 二、变频调速技术实验研究及其应用分析 (6) 三、交流变频调速技术的优势与应用 (11) 四、变频调速系统的发展现状与前景展望 (13) 五、课程设计心得体会 (16) 六、参考文献 (16)
变频调速技术的应用现状和发展 摘要：介绍了目前变频调速领域研究的热点问题，分析了最新技术发展对变频调速系统产业化所带来的影响，并对变频调速系统的发展前景进行了预测。简要介绍了变频调速技术，对变频调速器的用途和性能优点做了概括总结，比较详细地论述了变频调速器应用在空调系统中的节能的基本原理，并对其自动控制方法做了简单介绍.重点分析了与阀门调节相比，变频调速器的节能效果，从变频调速的基本原理开始，讨论了电动机调速与节能的关系，根据实验数据，结合生产实践中大量使用的风机、水泵进行分析，指出变频调速有利于节能及其它优势，并结合相关实例说明了使用变频技术带来的经济效益。 Abstract: This paper describes the current research in the field of frequency control hot issues, analyzing the latest technological developments on the frequency control system, the impact of industrialization, and Frequency Control System briefly introduced the development prospects of Frequency Control Technology,, a more detailed exposition of the frequency converter used in air-conditioning system in the basic principles of energy-saving, and its automatic control method made a brief introduction. focus on analysis, compared with the valve control, frequency conversion governor of energy-saving effect, from the basic principle of frequency conversion began to discuss the relationship between motor speed and energy saving, according to the experimental data, combined with production practice that is conducive to energy-saving frequency control, and other advantages, combined with the use of relevant examples of the benefits of inverter technology . 前言 当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。能源集中的地方也往往成为全世界所关注的热点地区。而能源的开发与利用又对环境的保护有着重大影响。全球变暖、酸雨等一系列环境灾难都与能源的开发与利用有关。 能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多。 对能源的有效利用在我国已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。我国电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%。我国各类在用电机中，80%以上为0.55-220kW以下的中小型异步电动机。我国在用电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50年代水平。因此，在国家十五计划中，电机系统节能方面的投入将高达500亿元左右，所以变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。 一、变频调速技术及其在空调系统中的应用 90年代以来，随着大功率晶体管技术发展、大规模集成电路和计算机技术的突飞猛进，交流电机的变频调速技术已日趋完善，在各行各业得到了广泛的应用.尤其在暖通空调领域，这一新技术在我国也开始推广应用，实践证明节能效益显著.
目录 1 设计思路、方案选择 (1) 2 控制系统电气原理图 (1) 3 软件设计 (3) 4 程序调试 (3) 4.2 程序调试 (4) 5 力控组态及调试 (4) 5.1 力控组态： (4) 5.2 组态调试： (5) 6 心得体会； (6) 7 参考文献 (6) 8 附录1、程序清单 (7) 9 附录2、变频器参数 (15)
1 设计思路、方案选择 设计四台电机构成的变频调速同步控制系统：四台电机速度可以同步升降，也可以微调，1#电机微调其他电机同步微调，2#电机微调1#不同步微调，其他电机须同步微调，3#电机微调1#和2#不同步微调，4#电机同步微调，4#电机微调，其他电机均不同步微调。 采用西门子S7-200PLC和MM440变频器。每台电机设有启动/停止按钮和速度微升/微降按钮。每台电机设有单机/同步选择开关。采用力控组态软件进行远程控制 2 控制系统电气原理图 图2-1变频器主电路
图2-2 PLC硬件电路
图2-3 I/O地址分配 3 软件设计 控制系统的软件设计基于以下原则： 1.程序模块化、结构化设计、其中负荷分配、速度增减、初始化、紧纸、速比计算、校验、数据发送、接收等功能由子程序完成，这样结构程序较为简洁。 2.程序采用循环扫描的方式对传动点进行处理，简化程序，提高程序执行效率。 3.采用中断子程序进行数据的发送、接收；确保数据准确快速的传输。 4.必要的软件保护措施，以免造成重大机械损害。该程序通用性强，可移植性好，使用不同的变频器时，只需要进行相应协议的格式定义，即对数据发送、接收、校验程序作相应修改即可满足纸机运行的需要。 4 程序调试 4.1 程序设计 1.在编写程序时，我们分别为就地控制和远程控制设置了启停，同步增减，微调增减的开关量控制，并为其分配了I/O地址
一．设计思路 通用型变频器的硬件电路主要由3部分组成:整流电路、开关电源电路以及逆变电路。整流电路将工频交流电整流为直流,并经大电容滤波供给逆变单元;开关电源电路为IPM和计算机控制电路供电;逆变电路是由PM50RSAl20组成。二．控制回路 1.整流电路 整流电路中,输人为380V工频交流电。YRl～YR3为压敏电阻,用于吸收交流侧的浪涌电压,以免造成变频器损坏。输人电源经二极管整流桥6R130G-160整流为直流,并经电的作用。发光二极管用于指示变频器的工作状态。Rl是启动过程中的限流电阻,由El～E4大电容滤波后成为稳定的直流电压,再经电感和电容滤波后作为逆变单元和开关电源单元的电源。R2和R3是为了消除电容的离散性而设置的均压电阻,同时还起到放于E1～E4容量较大,上电瞬间相当于短路,电流很大,尺l可以限制该电流大小,电路正常状态后由继电器RLYl将该电阻短路以免增加损耗。继电器的控制信号SHORT来自于计算机,上电后延时一定时间计算机发出该信号将电阻切除。R1应选择大功率电阻,本电路中选择的是20W的水泥电阻,而且为了散热该电阻安装时应悬空。电路中的+5V、+12V和±15V电压是由开关电源提供的电压。LVl是电压传感器,用于采集整流电压值,供检测和确定控制算法用。UDCM是电压传感器的输出信号。通过外接插排连接至外接计算机控制电路。 2.开关电路 输出电压进行变换,为IPM模块和外接的计算机控制电路提供电源,提供的 电压为±该电路主要由PWM控制器TL3842P、MOSFETK1317和开关变压器组成, 其功能是对整流电路的流15V、+1直2V、+5v。
高压变频器冷却方案 由于变频器本体在运行过程中有一定的热量散失，为保证变频器具有良好的运行环境，需要为变频器室配备一套独立的冷却系统。综合冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间，现提出以下三种冷却系统解决方案： 一、空调密闭冷却方式 1.1系统介绍 为了提高高压大功率变频器的应用稳定性，解决好高压变频器环境散热问题。目前常用的办法是：密闭式空调冷却。该方法主要是为高压变频器提供一个固定的具有隔热保温效果的房间，根据高压变频器的发热量和房间面积大小计算出空调的制冷量，从而配备一定数量的空调。 采用空调冷却时，房间的建筑面积过大会增加空调冷却负荷。同时，由于变频器排出的热风不能被空调全部吸入冷却，因此，造成系统运行效率低，造成节约能源的二次浪费。变频器室内的冷热风循环情况如下图所示。 变频器从柜体的正面和后面吸入空气，经柜顶风机将变频器内部的热量带走排到室内。从而在变频器室上部形成一个温度偏高、压力偏高的气旋涡流区，在变频器的正面部分形成一个偏负压区。在运行中，变频器功率柜正面上部区域实际上是吸入刚排出的热风进行冷却，形成气流短路风不能达到有效的冷却效果。空调通常采用下进上出风结构，从而与变频器在一定程度上形成了“抢风”现象，这就是“混合循环区”。在这个区域变频器吸入的空气不完全是空调降温后的冷空气，空调的降温处理也没有把变频器排出的热空气全部降温，从而导致了整个冷却系统的运行效率不高。 变频器自身是节能节电设备，而通常采用的空调式冷却则造成能源的二次浪费。这种情况在大功率、超大功率的变频应用系统中更加明显。 1.2空调技术特点
a)高效制冷 b)广角送风，室温均匀舒适 c)防冷风设计，送风舒适 d)独立除湿 e)低温、低电压启动 f)室外机耐高温运转 g)室内密闭冷却 h)防尘效果好 i)运行成本高
课程设计(论文) 基于PLC的变频调速系统设计 Design of variable frequency speed regulation system based on PLC 学生姓名王超 学院名称信电学院 学号20110501121 班级11电气 1 专业名称电气工程及其自动化 指导教师曹言敬 2014年12月15日
摘要 本文主要介绍了本人与本组同学研究和设计基于可编程控制器的变频调速系统的若干成果，在本次的设计中，我们的设计系统主要由PLC、变频器、电动机等几部分组成。经过本次设计和研究，使我对所有器件有了新的认识，尤其对PLC有了更多的了解：PLC 是能进行行逻辑运算，顺序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程的工业计算机。首先我们查阅各个器件的资料，先对其有个明确的认识，然后通过老师的指点明白了整个系统的大概工作原 理框图后，通过学习资料与老师指点将硬件设备连接成功。 本文综合应用电子学与机械学知识去解决基于可编程控制器的变频调速系统，本次设计选用三相异步交流电机，而PLC和交流电机无论在工业还是生活中都是应用最广，因此本次设计具有相当的实用价值。 关键词：PLC；变频器；三相异步电动机
目录 第一章绪论 (2) 第二章系统的功能设计分析和总体思路 2.1系统功能设计分析 (3) 2.2系统设计的总体思路 (3) 第三章PLC和变频器的型号选择 3.1 PLC的型号选择 (4) 3.2变频器的选择和参数设置 (4) 3.2.1变频器的选择 (4) 3.2.2变频调速原理 (5) 3.2.3变频器的工作原理 (5) 3.2.4变频器的快速设置 (5) 第四章硬件设计以及PLC编程 4.1开环控制设计以及PLC编程 (9) 4.1.1硬件设计 (9) 4.1.2PLC软件编程 (9) 4.1.3开环控制的PLC程序 (11) 第五章实验调试和数据分析 5.1PID参数整定 (15) 第六章总结和体会 (16) 致谢 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)
伺服驱动器硬件设计方案 伺服驱动器的硬件研发主要包括控制板和电源板的设计，控制板承担与上位机进行交互和实时生成精准的PWM信号。电源板的作用根据PWM信号，利用调制的原理产生特定频率，特定相位和特定幅值的三相电流以驱动电机以达到最优控制。 一控制板研发 1）控制板的架构主要的任务就是核心器件的选择。 安川、西门子等国际知名的公司都是采样ASIC的方式的芯片，这样就可以按照自己 的设计需要来制造专用于伺服控制的芯片，由于采样ASIC方式，所以芯片的运行速 度非常快，那么就比较容易实现电流环的快速响应，并且可以并行工作，那么也很 容易实现多轴的一体化设计。采样ASIC的方式有很多的好处，比如加密等。但是采 样ASIC的风险和前期的投入也是非常的巨大的，并且还要受该国的芯片设计和制造 工艺的限制。 根据我国的实际的国情和国际的因素等多种原因，核心芯片比较适宜采样通用的 DSP，ARM等处理器，比如Ti的C2000飞思卡尔的K60，英飞凌的XE164等。研究 台达的伺服驱动器发现其架构是采用Ti的DSP 2812+CPLD，这和我们公司GSK的方 案基本一样。我们也是采用DSP2812加CPLD(EPM570T144)来实现核心的控制功能。 2）核心器件的控制功能的分工。 DSP实现位置环、速度环、电流环的控制以及利用事件管理器PWM接口实现产生特 定的PWM信号。可以利用其灵活的编程特性快速的运算能力实现特定的控制算法等，还可以利用其自身的A/D完成对电机电流的转换，但是DSP自身的A/D精度普遍较 低，并且还受基准电压电源的纹波PCB的LAYOUT模数混合电路的处理技巧影响， 所以高档的伺服几乎都采用了外部A/D来完成电流采样的处理。比如路斯特安川等。 也有一些高档的伺服使用一些特殊的电流传感器，该传感器的输出已经是数字信 号，这样就可以节省了外部A/D芯片和增强抗干扰能力。如西门子的变频器采用 ACPL7860，发那克用于机器人的六驱一体的伺服也是采用了ACPL7860，西门子的伺 服S120采用了Ti的芯片AMC1203。 CPLD的作用是用来协助DSP以减少其自身的开销，比如完成速度的计算，位置的 计算，控制外部A/D对电机电流进行转换，因此当实现位置环速度环电流环所需要 的位置数据，速度数据，电流数据，那么DSP就可以直接从CPLD/FPGA处读取，不 需要耗费DSP的宝贵时间来计算这些数据。如果是增量式编码器采用M/T法测速效 果是最好的，但M/T法对DSP处理器的资源开销很大, 而CPLD/FPGA可以非常方便 使用M/T法进行测速。如果是绝对式编码器也可以非常方便采用CPLD/FPGA来解 析通信协议，并实现测速。一些高档的伺服也采用了CPLD/FPGA实现总线和以太网 功能。
系统设计方案 一、为什么要进行调速 系统是否需要调速，是相对比较容易确定的。根据工艺运行要求，如果除启动和停止过程外，在运行期间也需要改变电机转速，或者运行中虽然电机转速基本不变，但每次运行时对电机转速的要求却并不一样，那就需要调速的系统。有时候即使不调速也能够运行，但运行时的能耗指标很差，长期运行的费用使其选择调速运行更加经济，也应该作为调速的应用对待，如水泵和风机的情况。 此外，在稳定转速基本不变的电力拖动系统中，有两种情况可能也需要采用高性能的调速系统。一是需要高的转速稳定性时，二是需要改善启动以及停止过程时，及我们常常说的软启动和软停止情况。 二、确定调速方案 在确定系统需要调速之后，要进一步考察的是，是否使用以下一些简单廉价的调速方式来满足要求。 首先，变级数多速电动机是一种简单的有级调速方式，它实际上是把具有不同级数的电动机做成了一个统一体，通过外部电路连接成不同的级数，改变电动机的同步转速。这种方式比较简单，系统的成本低，不产生额外能耗，机械特性也比较硬。它的缺点是有级调速而且每级速度不能随意改变，同时运行中改变级数会产生严重的电气冲击和机械冲击。故变级调速只适用于运行中不需要调速的粗略型有级变速应用。 其次，转子串电阻方式也是一种调速方式。这种方式的投资成本比直流调速和变频调速低，但属于能耗方式，调速时输入功率基本不变，靠把多余能量消耗在外接转子电阻上而实现调速，因此他肯定不能用于满足节能方面的调速需求。此外，他改变的是机械特性斜率，会使转性稳定性变差，调速深度越 大，稳定性越大。故说，串联电阻方式适合于不大的调速范围、很低的速度精度要求和速度稳定性要求、没有节能需要、非位能负载的调速应用。 还有，转差离合器一种由不调速的电动机带动的电磁调速装置，其主动轴由电动机带动，励磁后产生旋转磁场，相当于异步电动机定子的作用；从动轴上有转子绕组，作用相当于异步电动机转子。这种调速方式是通过改变电动机机械特性斜率来调速的，速度精度和速度稳定性同样很差。为此转差离合器调速通常采用了简单的速度闭环控制，稳态速度有所提高，速度稳定性也有所改善，但动态调速性能仍然很差。故说转差离合器调速适合于小容量、不需要节能、精度低、低动态性能要求的调速应用。随着小容量变频器成本的降低这种调速方式的应用价值也就大大降低了。
变频器安装方案集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
温州市综合材料生态处置中心 焚烧、固化及附属设施设备安装及调试项目 变频器施工方案 编制： 审核： 批准： 上海灿州环境工程有限公司、中易建设有限公司（联合体） 二0一五年10月 目录 1、适用范围 2、施工准备 3、安装操作流程 4、安装人员 5、风险分析及预防措施 说明：因变频器是柜体式（配电柜）安装，所以先安装柜体根据成套配电柜及动力开关柜安装施工工艺标准（HFWX.QB/1-6-009- 2004）施工。 1.适用范围： 温州市综合材料生态处置中心焚烧及附属设施设备安装及调试工程电气安装成套配电柜，动力开关柜安装及二次回路接线。 2、施工准备
2.1设备及材料要求 业技术标准，符合设计要求并有出厂合格证。设备应有铭牌并注明 厂家名称，附件备件齐全。 “长城”标志合格证。 2.2主要机具 2.3施工材料准备工期：半天 3、安装操作流程 3.1安装流程 设备开箱检查——设备搬运——基础槽钢制作安装——原接触器 开关柜体的拆除搬运——调频器柜体安装及开关柜体安装——调频 器的安装——控制调频器接触器、开关的安装——二次回路接线— —送电调试变频器——动力电缆施放对接——试验调整——送电联 动试车——联动试车成功交付运行 3.2设备开箱检查 3.2.2 4内部检查：电器设置及元件无损伤裂缺陷。 3.3设备搬运 3.4柜体基础槽钢制作安装 触器开关 柜体的拆 除搬运
3.6调频器柜体及控制调频器开关、接触器柜体(原65T引风机送风 机触器开关柜体)安装 Φ12.2mm孔高压柜体钻Φ16.22mm孔。分别用ΦM12、ΦM16镀锌螺丝固定。允许偏差见表： 2铜线与柜体上的接地端子连接牢固。 3.7变频器的安装 ——+40℃，测试环境温度的点应在距变频器约5cm处。在环境温度大于+40℃的情况下，每增加5℃，其运行功率下降30%。相对湿度应不超过90%，无结露现象。在变频器安装的位置应无阳光、无腐蚀性气体及易燃气体、尘埃少、海拔低于1000m、垂直安装、保证热空气排除新的空气进入机柜门入口的通道、无震动。 ≧100mm;上下方：≧150mm。为了防止异物掉在变频器的出风口阻塞风道，必须在变频器出风口的上方加装保护罩。 7天 3.8控制调频器接触器、开关的安装 7天
目录 1三相异步电动机基本原理 (1) 1.1电动机的结构及原理 (1) 1.1.1 电动机的结构 (1) 1.1.2工作原理 (3) 2异步电动机的机械特性 (4) 2.1 固有机械特性 (4) 2.2 人为机械特性 (5) 2.2.1降低定子电压的人为特性 (5) 2.2.2增加转子电阻时的人为特性 (5) 2.2.3改变定子频率时的人为特性 (5) 3电动机的调速指标 (7) 4 异步电机的变频调速 (8) 5具体调速的设计 (10) 6结论 (11) 7设计体会 (12) 参考文献 (13)
摘要 原理是当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动 重点是三相异步电动机变频调速，一方面当f1＜fN时，为恒转矩调速，转矩不变，额定转速降低，增大起动转矩Tst，另一方面当f1＞fN时，为恒功率调速，调速前后功率不变，额定转速升高，减小启动转矩Tst。变频调速可以实现宽范围内的平滑调速，变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比，应用越来越广泛 关键字：恒转矩调速;恒功率调速;三相异步电动机。
1.三相异步电动机的基本原理 当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动。 1.1电动机的结构及原理 1.1.1结构 三相异步电动机的种类很多，可是三相异步电动机结构基本是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件 结构如下图： 图1-1-1-1 封闭式三相笼型异步电动机结构图 1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心； 7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇 (1)、定子 定子铁芯:导磁和嵌放定子三相绕组:0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成;内圆均匀开槽;槽形有半闭口、半开口和开口槽三种：适用于不同电机。 定子绕组：定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相
目录 一、变频器的概述............................................................................................ 错误!未指定书签。 1.1变频器的发展前景.............................................................................. 错误!未指定书签。 1.2变频器的组成与分类.......................................................................... 错误!未指定书签。 1.3变频器的基本原理.............................................................................. 错误!未指定书签。 二、变频器的设计要求.................................................................................... 错误!未指定书签。 三、变频器的主要参数的选取和设计............................................................ 错误!未指定书签。 3.1交流侧阻容吸收环节R、C的选择................................................... 错误!未指定书签。 3.2整流二极管的选择.............................................................................. 错误!未指定书签。 3.3平滑滤波电容C’的选择................................................................... 错误!未指定书签。 3.4的选择.................................................................................................. 错误!未指定书签。 四、变频器主电路的设计................................................................................ 错误!未指定书签。 4.1整流电路和上电缓冲电路.................................................................. 错误!未指定书签。 4.2逆变电路.............................................................................................. 错误!未指定书签。 4.3驱动电路.............................................................................................. 错误!未指定书签。 4.4开关电源电路...................................................................................... 错误!未指定书签。 五、变频器控制电路的设计............................................................................ 错误!未指定书签。 5.1保护采样电路...................................................................................... 错误!未指定书签。 5.2微机处理芯片电路.............................................................................. 错误!未指定书签。 5.3变频器的控制方式选择...................................................................... 错误!未指定书签。 六、个人小结 (16) 七、参考文献............................................................................................................................ (17)
第三章 系统的硬件设计及其实现 3.1系统硬件结构总体设计 硬件部分包括主电路、保护电路、驱动电路、控制电路。 本文所涉及到的主电路的参数是三相完全对称的，其中整流部分采用二极管不可控整流，逆变部分采用的功率器件是IGBT 。系统结构框图如图3- 1所示。380V 三相交流电输入到整流器主电路，调节交流输入变压器使输出直流电压稳定在540V 左右。DSP 的主要任务是输出SVPWM 触发脉冲对逆变器的输出进行控制。在实际的系统组成中，分为强电部分和弱电部分。强电部分和弱电部分相互隔离分开能够减少强电部分对弱电部分的影响，这点对于DSP 的正常运行，变频器的正常工作有很重要的影响。 图3-1系统硬件结构总框图 主电路:采用交一直一交电压型变频装置。它主要由整流电路、滤波电路、逆变器三部分组成。整流电路是利用二极管三相桥式不可控整流模块将三相工频交流电整流成直流电;滤波电路采用电容滤波，将整流输出的脉动电压转化为平直的直流电压Vdc;逆变器是由IGBT 构成的三相全桥式逆变器。 3.2主电路工作原理 在交流变频调速系统中，主回路作为直接执行机构，其可靠性及稳定性直接影响整个系统的运转。主电路一般是由整流电路、中间滤波电路和逆变器三部分组成。本课题选用的是电压型交一直一交变频装置。它包括不可控整流器、大电容滤波、三相桥式逆变器、采样电路、保护电路以及能耗制动电路，其电路原理整流器 TMS320F2812 DSP 直流 母线 逆变器 开关电源 CT1 CT2 M 光耦隔离 驱动电路 过流保护 滤波电路 光电 编码器 上位机 键盘 A B C 六路PWM 信号
图如图3-2 图3-2系统硬件主电路图 主电路主要包括整流器和逆变器，需要用到整流桥、滤波电容器组、限流电阻和开关、电源指示器、整流二极管等器件。 三相交流电源经三相整流桥全波整流成直流电，如电源的线电压为，则三相全波整流后平均直流电压的大小是=1.35UL ，我国三相电源的线电压为380V ，考虑滤波电容的因素，全波整流后的电压是=1.414UL ，故直流电压大约为540V 。滤波电容的功能主要有两点:一是滤平全波整流后的电压纹波;二是当负载变化时，使直流电压保持平稳。由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成，由于电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组和的电容量不能完全相等，这将使它们承受的电压不相等，为了使它们承受的电压相等，在和二旁各并联一个阻值相等的均压电阻和。 限流电阻和开关，当变频器合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流是很大的。过大的冲击电流可能使三相整流桥的二极管损坏，同时也使电源电压瞬间下降而受到“污染”。为了减少冲击电流，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入限流电阻，其作用是将电容器的充电电流限制在允许范围之内。当充电到一定程度时，令开关接通，将电阻短路掉。电源指示, 除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，指示滤波电容器上的电荷是否己经释放完毕。由于的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，所以没有快速放电的回路，其放电时间长达数分钟。又由于上的电压较高，如不放完.对人身安个将构成威胁。 3.2.1整流二极管及IGBT 的选择 (1)整流二极管的选择 a.确定电压额定值整流二极管的耐压按式((6-1)确定。根据电网电压，考虑A B C M 整流桥