摘要: 由于三相交流异步电动机具有优良的性能，因此其在工业场合应用广泛。所讨论的调速系统以三相交流
异步电动机为被控对象，以TMS320LF2407A （16 位定点DSP 芯片）为处理器，采用智能功率模块PM10CSJ060,通过
SPWM 技术对交流电机进行恒压频比控制，设计并实现了基于DSP 的变频调速（Variable Velocity Variable
Frequence，简称VVVF）控制系统。
关键词:异步电动机；变频调速；脉宽调制/ 数字信号处理器；恒压频比控制
引言
在工矿企业中，电动机是应用面最广、数量最多的电气设备之一，因而电机的运动和控制与企业的产品质量和效益密切相关。交流变频调速技术是电力电子技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。交流变频调速技术的优越性体现在节电显著和调速性能卓越两个方面。针对这一情况，设计了基于DSP TMS320LF2407A 及智能功率模块PM10CSJ060的交流电机变频调速系统。TMS320LF2407A 是专为电机控制而优化设计的单片DSP 控制器，它不仅具备强大高速的运算处理能力，而且在片内集成了丰富的电机控制外围部件，如事件管理器、PWM
产生电路、ADC 转换模块等，这为实现交流电机变频调速控制提供了极大的便利。而智能功率模块（Intelligent Power Module，简称IPM）将大功率开关器件和驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内，是电力集成电路PIC 的一种。设计中采用恒压频比控制法实现了调速，其算法简单，控制灵活，是一种较为实用的方法。
第一章、概论
1．1DSP的发展趋势
在计算机技术日新月异的时代，嵌入式系统软件、硬件不断进行着新的突破性发展。如今DSP操作系统和DSP应用已经成为当今嵌入式系统应用领域中最热门的技术，是高校、科研院所和高新技术企业的DSP软件、硬件开发人员的新的课题。
DSP实时嵌入式操作系统是一种实时的、多任务的操作系统软件，它是DSP 系统（包括硬、软件系统）极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口。目前，DSP实时操作系统的品种较多，据统计，仅用于信息电器的DSP操作系统就有10种左右。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
DSP技术应用前景将非常广阔。DSP应用产品具有巨大的市场需求前景，仅就美国市场而言，据估计，21世纪将有1亿辆汽车、几千万台个人通信装置、每个家庭中5～20个联网的家用电器以及数以百万计的工厂使用DSP系统。业界分析家认为，DSP系统在IP电话、游戏装置和手持式通信装置的推动下将会有突飞猛进的发展。DSP系统不仅在传统的工业控制、通信和图象处理领域有极其广泛的应用空间，如智能工控设备、POS/ATM机、IC卡等，而且在信息家电领域的应用更具有极为广泛的潜力，例如机顶盒、变频冰箱、变频空调等众多的消费类和医疗保健类电子设备，以及在车载盒、智能交通等领域的应用也呈现出前所未有的生机。
（1）信息家电领域机顶盒、变频冰箱、变频空调等众多的消费类和家庭医疗保健类电子设备将在未来几年取得快速发展，信息家电的个性化、区域化以及季节化的趋势，为特定应用的DSP操作系统提供了应用发展空间。信息智能家居是未来发展的方向，估计几年内将得到快速发展。
（2）医疗仪器领域大量医疗仪器的应用，如心脏起搏器、放射设备及分析监护设备，都需要RTOS的支持，像各种化验设备，如肌动电流描记器、离散光度化学分析、分光光度计等，都需要使用高性能的、专用化的DSP系统来提高其精度和速度。引入DSPRTOS后，现有的各种监护仪的功能与性能都将得到大幅度的提高。
（3）智能汽车领域随着无线通信与全球定位技术的日益成熟和广泛应用，
集通信、信息、导航、娱乐和各类汽车安全电子系统于一体的车载盒会成为下一代和未来汽车的发展方向。由于足够的市场需求，车载盒必将成为近年来发展的热点，DSPRTOS在该领域应用市场的规模未来几年里将迅速增加。
（4）智能交通领域随着人们对环境要求的不断提高，智能交通系统（ITS）必将是新世纪迅猛发展的支柱产业。特定应用的DSP操作系统将是发展智能综合路口控制机、路车交互系统、新型停车系统、高速公路的信息监控与收费综合管理系统的关键技术，其应用将确保智能交通系统的低成本与高性能，大大提高系统的可靠性和智能化程度。
（5）其它领域的应用，如视频会议系统、全数字电机控制系统（包括直流无刷伺服和交流伺服）、语音压缩、通信等。 DSP的应用离不开DSP操作系统。
1.2 变频调速技术的发展
交流变频调速技术相对于变压调速等其它方法有着明显的优点:①调速时平滑性好，效率高;②调速范围较大，精度高;③起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显;④变频器体积小，便于安装、调试、维修简便;⑤易于实现过程自动化等优异特性，在实际中得到了广泛的应用。
20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时期。最初的交流变频调速理
论诞生于20世纪20年代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向的发展。70年代，席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大的发展并得到推广应用。80年代，变频调速己产品化，性能也不断提高，充分发挥了交流调速的优越性，
广泛的应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速。进入90 年代，由于新型电力电子器件的发展及性能的提高、计算机技术的发展以及先进控制理论和技术的完善和发展等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频调速装置在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其他常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。
目前，交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国
民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论己形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。变频装置按变换环节分有交一直一交系统和交一交系统两大类，交一直一交系统又分为电压型和电流型，其中，电压型变频器在工业中应用最为广泛;按电压的调制方式分为脉幅调制PAM(Pulse Altitude Modulation)和脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)两大类，前者己几近绝迹，目前普遍采用的是后者回.
1.3 变频调速系统的方案
目前典型的变频调速控制类型主要有四种:①恒压频比(v均控制，②转差频率控制，③矢量控制，④直接转矩控制。下面分别对这四种调速控制类型进行介绍。
早期的变频系统都是采用开环恒压比田/卜常数)的控制方式，U/f控制是转速开环控制,无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性强，经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式，普遍应用在风机、泵类的调速系统中。但是由于这种控制方法是开环控制，调速精度不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降、稳定性变差。
异步电动机转差频率控制是一种转速闭环控制。利用异步电动机的转矩与转差频率成正比的关系来控制电机的转矩，就可以达到与直流恒磁通调速系统相似的性能。它的优点在于频率控制环节的输入频率信号是由转差信号和实测转速信号相加后得到的，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步上升或下降，因此加、减速更平滑，容易稳定。其缺点是由于转差频率控制规律是从异步电动机稳态等效电路和稳态转矩公式推得的，所以存在动态时磁通的变化不能得到控制、电流相位没有得到控制等差距，使其不能达到与直流恒磁通调速系统同样的性能。
本世纪70年代西德F.Blaschke等人首先提出矢量控制(FOC)理论，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河1习。矢量控制也称为磁场定向控制，它着眼于电机磁场的直接控制。其主要思想是将异步电动机模拟成直流电动机，
通过坐标变换的方法分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，实现正交或解祸控制，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。但在实际上矢量控制运算及转子磁链估计中要使用电动机参数，其控制的精确性受到参数变化的影响，所以精确的矢量控制系统要对电动机的参数进行估计。这种控制方式需要解祸计算和坐标旋转变换，计算量较大，实现起来困难。在矢量控制系统中，给定量要从直流变为交流，而反馈量要从交流变为直流再加上转子磁链模型、转子参数的辨识与校正等;因此电机的速度辨识及磁链观测器的实现是矢量控制系统实现的关键所在。
1985年德国鲁尔大学DePenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(DTC)。直接转矩控制与矢量控制不同，DTC摒弃了解祸的思想，取消了旋转坐标变换，简单的通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得的差值，实现磁链和转矩的直接控制。直接转矩控制技术是用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助离散的两点式调节器产生脉宽调制(PWM)信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。这种方法的优点在于:直接在定子坐标系上分析交流电动机的数学模型、控制电动机的转矩和磁链，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。但是由于直接转矩控制系统是直接进行转矩的砰一砰控制，避开了旋转坐标变换，控制定子磁链而不是转子磁链，不可避免地产生转矩脉动，降低调速性能，因此只能用在对调速要求不高的场合。同时，直接转矩系统的控制也较复杂，造价较高。
1.4 本论文的研究内容
本文在掌握交流电机变频调速基本原理的基础上，采用电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A，运用变频调速的价厂控制方式和SPWM控制算法，提出了交流电机变频调速系统的总体设计方案，。
具体研究工作包括:交流电机变频调速原理的研究;变频调速系统硬件电路的研究和设计，包括主电路、系统保护电路和控制电路;变频调速系统控制软件的研究和设计。
第二章交流调速原理
2、1正弦脉宽调制(SPWM)控制理论
我们期望变频器输出的电压波形是纯粹的正弦波形，但就目前的技术，还不能制造功率大、体积小、输出波形如同正弦波发生器那样标准的可变频变压的逆变器。目前很容易实现的一种方法是：逆变器的输出波形是一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，这些波形与正弦波等效，等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n 等分，然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合。这样，有n 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的半周等效，称为SPWM 波形。SPWM 波形如图2.1所示：
产生正弦脉宽调制波SPWM 的原理是：用一组等腰三角形波与一个正弦波进行比较，如图2.2所示，其相交的时刻(即交点)作为开关管“开”或“关”的时刻。正弦波大于三角波时，使相应的开关器件导通；当正弦波小于三角载波时，使相应的开关器件截止。
ωt
ωt
u u 00(a)
(b)
图2.1与正弦波等效的等幅脉冲序列波
+1
-1
+1
-1
图2.2 SPWM控制的基本原理图
2.2单极性SPWM控制技术
采用单极性控制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，例
如A相的V
1
反复通断，如图2.3所示。
图2.3 单极性脉宽调制波的形成(A)调制波和载波 (B)单极性SPWM波形A B
这时的调制情况是：当正弦调制波电压高于三角载波电压时，相应比较器的输出电压为正电平，反之则为零电平。只要正弦调制波的最大值低于三角载波的幅值，由图2.3(A)的调制结果必然形成图2.3(B)所示的等幅不等宽而且两侧窄中间宽的SPWM 脉宽调制波形。负半周用同样的方法调制后再倒相而成。
121
32
3
021234sin d (sin )d 22
sin d (sin )d 222(12cos 2cos 2cos )d
d n d d d
U U a n t t n t t
U U
n t t n t t U n n n n αααπ
αααωωωωπωωωωαααπ
?=+-???++-??
=
-+-????
单极性调制的工作特点：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断的工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工作情况正好相反。流经负载Z 的便是正、负交替的交变电流，如图2.4所示。
V 1
V 2
Z
图2.4单极性调制工作特点
2.3双极性SPWM 控制技术
双极性调制技术与单极性相同，只是功率开关器件通断情况不一样。图2.5绘出了三相双极式的正弦脉宽调制波形。当A 相调制波u A >u t 时，V 1导通，V 2关断，使负载上的相电压为UA=+U/2(假设交流电机定子绕组为星型联接，其中性点0与整流器输出端滤波电容器的中点0相连，那么当逆变器任一相导通时在电机绕组上所获得的相电压为U/2，见图2.5(b)；当u A
替导通得到的。由U
A 和U
B
相减，可得逆变器输出线电压波形U
AB
[图2.5(e)]。U
AB
的脉冲幅值为+U和－U。尽管相电压是双极性的，但是合成后的线电压脉冲系列与单极性相电压合成的结果一样都是单极性的。
图2.5双极性SPWM逆变器三相输出波形
综上所述，双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，而流过负载Z的电流是按线电压规律变化的交变电流，如图2.6所示：
V 1
V 2
Z
图2.6双极性调制工作特点
2.4 SPWM 的调制方式
SPWM 波毕竟不是真正的正弦波，它仍然含有高次谐波的成分，因此尽量采取措施减少它。图2.7是通过电动机绕组的SPWM 电流波形。显然，它仅仅是通过电
动机绕组滤波后的近似正弦波。图中给出了载波在不同频率时的SPWM 电流波形，可见载波频率越高，谐波波幅越小，SPWM 波形越好。因此希望提高载波频率来减小谐波。另外，高的载波频率使变频器和电机的噪声进入超声范围，超出人的听觉范围之外，产生“静音”的效果。但是，提高载波的频率要受逆变开关管的最高开关频率限制，而且也形成对周围电路的干扰源。
I
I
t
t
00
(a) 调制频率较低时的电流波形
(b) 调制频率较高时的电流波形
图2.7 SPWM电流波形
SPWM的调制方式有三种：同步调制、异步调制和分段同步调制。在一个调制信号周期内所包含的三角载波的个数称为载波频率比。在变频过程中，即调制信号周期变化过程中，载波个数不变的调制称为同步调制，载波个数相应变化的调制称为异步调制。
(1)同步调制
在改变正弦信号周期的同时成比例地改变载波周期，使载波周期与信号频率的比值保持不变。对于三相系统，为了保证三相之间对称，互差120°相位角，通常取载波频率为3的整数倍。而且，为了双极性调制时每相波形正负波形对称，上述倍数必须是奇数，这样在信号波180°处，载波的正负半周恰好分布在180°处的左右两侧。由于波形的左右对称，这就不会出现偶次谐波问题。但是这种调制，在信号频率较低时，载波的数量显得稀疏，电流波形脉动大，谐波分量剧增，电动机的谐波损耗及脉动转矩也相应增大。而且，此时载波的边频带靠近信号波，容易干扰基波频域。为了克服这个缺点，必须在低频时提高载波比，这就是异步调制方式。
(2)异步调制
异步调制方式是指在整个变频范围内，载波比都是变化的。一般在改变调制频率时保持三角载波频率不变，因此提高了低频时的载波比，在低频工作时，逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数可以随着输出频率的降低而增加，相应的减小了负载电机的转矩与噪声，改善了低频时的工作特性。但是由于载波比随着输出频率的降低而连续变化时，逆变器输出电压的波形其相位也会发生变化，很难保持三相输出的对称关系，因此会引起电动机的工作不稳定。
(3)分段同步调制
为了克服同步调制和异步调制的缺点，可以将他们结合起来，组成分段同步调制方式。分段同步调制是指在一定的频率范围内，采用同步调制，保持输出波形对称的优点，当频率降低较多时，使载波比分段有级的增加，这样就利用了异步调制的优点。具体实现方法是把逆变器整个变频范围划分为若干个频段，在每个频段内都维持载波比恒定，对于不同频段取不同的载波比，频率较低载波比取大点，一般有经验参数可取。
第三章、总体方案及硬件设计
3.1总体方案及硬件框图
方案以三相交流异步电动机为被控对象,以TMS320LF2407A（16 位定点DSP 芯片）为处理器，对三相交流异步电动机采用变频调速V/F 控制算法，设计了整套系统。图1 示出系统的硬件框图。DSP 首先从键盘采集需要的频率和转向信号，接着产生相应的三相六路SPWM信号，过光耦隔离传给驱动电路，驱动电路再控制逆变桥IPM的导通与关断，同时DSP 采集IPM有无故障输出，如有故障，则关断DSP 的SPWM 输出，关断主电路。通过液晶显示相应的频率、转速、转向等信号。
图3.1系统硬件框图
3.2系统硬件电路
如图3.1所示，系统硬件电路由变频主电路、功率驱动电路、光耦隔离电路、保护电路、DSP 最小系统、键盘输入和液晶显示等电路组成。
3.2.1 变频主电路
图3.2 示出的变频主电路由整流、滤波、逆变3 部分电路组成。整流电路由单相不可控整流桥将电源的单相交流全波整流成直流。整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，必须加以滤波。滤波电容除了滤除整流后的电压纹波外，还在整流电路与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，给作为感性负载的电动机提供必要的无功功率。逆变电路把整流后的直流电再逆变成频率、幅值均可调节的
交流电。这是变频器实现变频的执行环节，因而是变频电路的核心部分。
图3.2变频主电路
3.2 .2功率驱动电路
智能功率模块（IPM）是将大功率开关器件和驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内的一种电力集成电路[2]。它采用低饱和压降，高开关速度，内设低损耗电流传感器的绝缘栅双极晶体管（IGBT）功率器件。所设计系统中的功率开关器件采用以IGBT 为核心的IPM，型号为PM10CSJ060。采用单电源逻辑电压输入优化的栅极驱动，实行实时逻辑栅区（RTC）控制模式。采用严密的时序逻辑监控保护，可防止过电流、短路、过热及欠电压等故障发生。光耦合输入，带RC 信号干扰抑制和电源干扰抑制。IPM内置各种保护功能，只要有一个保护电路起作用，IGBT 的门极驱动电路即可关闭，同时产生一个故障信号。
3.2.3 光耦隔离电路
设计时选择TLP559 光电耦合器，并使光耦与IPM控制端子间的布线最短，布线阻抗最小。TLP559为发光二极管驱动方式，du/dt 的耐量小，故采用在光耦阴极接限流电阻的驱动电路形式，图3 示出驱动电路。
图3.3光藕隔离电路
3.2.4 系统保护电路
图4 示出系统保护电路。其中逆变桥3 个上桥臂各有一个保护信号输出，3 个下
桥臂共用一个保护信号输出，共有4 路保护信号（Fo1～Fo4）输出。无故障时，Fo 输出高电平，光电耦合器（TLP521）不导通，连接到四输入与门（74LS21）的输入端为高电平，与门的输出即为高电平。当其中任一个桥臂有故障时，Fo 即输出低电平，光电耦合器导通，与门的输入信号即变低，输出亦变低，这样连接DSP 的PDPINTA 引脚就检测到一个下降沿，进入到DSP 的故障中断中，在程序中封锁6 路SPWM 的输出信号，使6 路SPWM信号无输出，起到保护作用。
图3.4系统保护电路
3.2.5 显示部分
1)LCD12864概述
带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
2)LCD12864基本特性
（1）、低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V）（2）、显示分辨率:128×64点（3）、内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选) （4）、内置 128个16×8点阵字符（5）、2MHZ时钟频率（6）、显示方式：STN、半透、正显（7）、驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）、视角方向：6点（9）、背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/10 （10）、通讯方式：串行、并口可选（11）、内置DC-DC转换电路，无需外加负压（12）、无需片选信号，简化软件设计（13）、工作温度: 0℃ - +55℃ ,存储温度: -20℃ - +60℃
3)模块接口说明
管脚号管
脚名称
电
平
管脚功能描述
1 VS
S
V
电源地
2 VC
C
3
.0+5
V
电源正
3 V0 - 对比度（亮度）
调整
4
RS (CS）
H
/L
RS=“H”,表示DB7——DB0为显示
数据
RS=“L”,表示DB7——DB0为显示
指令数据
5
R/ W(SID)
H
/L
R/W=“H”,E=“H”,数据被读到
DB7——DB0
R/W=“L”,E=“H →L”, DB7——DB0的数据被写到IR或DR
6
E( SCLK)
H
/L
使能信号
7
DB
H
/L
三态数据线
8 DB
1
H
/L
三态数据线
9 DB
2
H
/L
三态数据线
1 0
DB
3
H
/L
三态数据线
1 1
DB
4
H
/L
三态数据线
1 2
DB
5
H
/L
三态数据线
1 3
DB
6
H
/L
三态数据线
1 4
DB
7
H
/L
三态数据线
1 5
PS
B
H
/L
H：8位或4位并
口方式，L：串口方
式（见注释1）
1
6
NC - 空脚
1/R H复位端，低电平
7 ESET /L 有效（见注释2）
1 8
VO
UT
- LCD驱动电压输
出端
1 9 A V
DD
背光源正端
（+5V）（见注释3）
2 0 K V
SS
背光源负端（见
注释3）
E信号
E状态执行动作结果
高——>低I/O缓冲—
—>DR
配合/W进行写数据或指令
高DR——>I/O缓
冲
配合R进行读数据或指令
低/低——>
高
无动作
忙标志:BF
BF标志提供内部工作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.利用STATUS RD 指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态.
4)字型产生ROM（CGROM）
字型产生ROM（CGROM）提供8192个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAY OFF)。DFF 的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。
5)显示数据RAM（DDRAM）
模块内部显示数据RAM提供64×2个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H —0006H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将选择CGRAM 的自定义字型，02H—7FH的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140—D75F），GB（A1A0-F7FFH）。
6)字型产生RAM(CGRAM)
字型产生RAM提供图象定义(造字)功能, 可以提供四组16×16点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样地通过DDRAM显示在屏幕中。
地址计数器AC地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6——DB0中。
7)光标/闪烁控制电路
此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM中的光标或闪烁位置。
8)指令说明
模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令如下：
指指令码功能
令R
S
R
/
W
D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D
2
D
1
D
清除显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 将DDRAM填满"20H",并且设定
DDRAM的地址计数器(AC)到"00
H"
地址归位0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 设定DDRAM的地址计数器(AC)
到"00H",并且将游标移到开头
原点位置;这个指令不改变DDR
AM 的内容
显示状态开/关0 0 0 0 0 0 1 D C B
D=1: 整体显示 ONC=1: 游标O
N B=1:游标位置反白允许
进入点设定0 0 0 0 0 0 0 1 I
/
D
S 指定在数据的读取与写入时,
设定游标的移动方向及指定显
示的移位
游标或显示移位控制0 0 0 0 0 1 S
/
C
R
/
L
X X
设定游标的移动与显示的移位
控制位;这个指令不改变DDRAM
的内容
功能设定0 0 0 0 1 D
L
X R
E
X X DL=0/1：4/8位数据RE=1: 扩
充指令操作RE=0: 基本指令操
作
设定CGRA M地址0 0 0 1 A
C
5
A
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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、
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.
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)
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 1.交流变频调速技术概述-------------------------------------------------------1 1.1变频调速技术的发展概况-----------------------------------------------1 1.2 常见变频器-----------------------------------------------------------------3 1.3 变频调速的特点、应用-------------------------------------------------3 2变频器的调速原理--------------------------------------------------------------4 3. 变频器调速设计----------------------------------------------------------------5 3.1三菱FR-500 技术参数--------------------------------------------------6 3.2开关控制变频器多段速度控制----------------------------------------6 3.3 PLC控制变频器多段速度运行-----------------------------------------8 3.4变频器内部程序控制-----------------------------------------------------12 4.设计小结---------------------------------------------------------------------------14 5.参考文献---------------------------------------------------------------------------15
《电气控制与PLC》课程 设计说明书 基于PLC的变频调速系统设计 The variable frequency speed regulation system based on PLC design 学生姓名 学生学号 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 指导教师 20111
3年2月日
摘要 本文主要介绍了研究和设计的基于可编程控制器的变频调速系统的成果，在本次的设计中，我的设计系统主要由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；电动机；调速
目录 1 引言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2设计内容 (1) 2 系统的功能设计分析和总体思路 (2) 2.1 系统功能设计分析 (2) 2.2 系统设计的总体思路 (2) 3 PLC和变频器的选择 (3) 3.1PLC的概述 (3) 3.1.1 PLC的基本结构 (3) 3.1.2 PLC的工作原理 (4) 3.1.3PLC的型号选择 (5) 3.2变频器的选择和参数设置 (6) 3.2.1 变频器的选择 (6) 3.2.2 变频调速原理 (7) 3.2.3 变频器的工作原理 (7) 3.2.4 变频器的快速设置 (7) 4 开环控制设计及PLC编程 (8) 4.1 硬件设计 (8) 4.2 PLC软件编程 (9) 4.2.1设计步骤 (9) 4.2.2系统流程框图 (9) 4.2.3 程序的主体 (10) 4.2.4 控制程序T形图 (11) 5 PLC系统的抗干扰设计 (16) 5.1 变频器的干扰源 (16) 5.2 干扰信号的传播方式 (17) 5.3 主要抗干扰措施 (17) 5.3.1 电源抗干扰措施 (17) 5.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施 (17) 5.3.3 接地抗干扰措施 (18) 结论与心得 (18) 参考文献 (19) 附录 (20)
自动控制系统 综合课程设计报告 题目：异步电动机变频调速控制系统设计与实践院（系）：机电与自动化学院 专业班级：自动化1 05 学生姓名： 学号： 指导教师： 2014年12月 29日至2015年 1 月 9日 xxxx大学制
《自动控制系统综合课程设计》任务书
目录 1 绪论 (1) 2 方案设计 (2) 2.1 变频器的主电路方案 (2) 2.2 系统的原理框图 (2) 3 硬件电路设计 (4) 3.1 主电路的设计 (4) 3.2 整流电路设计 (4) 3.3 滤波电路设计 (4) 3.4 逆变电路设计 (5) 3.5 驱动电路设计 (5) 3.5.1 SPWM调制技术 (6) 3.5.2 SA4828的工作原理 (7) 4 系统的软件设计 (8) 4.1 单片机程序设计 (8) 4.2 程序代码 (8) 5 实验结论 (13) 总结 (15) 参考文献 (16)
1 绪论 近年来，电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60%-70%，成为用电量最多的电气设备，根据采用的控制方式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。其中交流电动机形式多样，用途各异，拥有数量最多。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机两大类，根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85%左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民生产中的重要地位。 异步电机可以采用调压调速、改变极对数调速、串电阻调速、变频调速等。在交流调速诸多方式中，变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式，也是交流调速的基础和主干内容，变频装置有交—直—交系统和交—交系统两大类。交—直—交系统在传统电压型和电流型变频器的基础上正向着脉宽调制PWM型变频器和多重化技术方向发展，而交—交变频器应用于低速大容量可逆系统上升趋势现代电力电子、微电子技术和计算机技术的飞速发展，以及控制理论的完善、各种工具的日渐成熟，尤其是专用集成电路、DSP和FPGA近来令人瞩目的发展，促进了交流调速的不断发展。目前异步电机变频调速控制已经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。 交流调速技术的发展过程表明，现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的飞速发展；现代控制理论、电力电子技术的发展和应用，微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。实践证明，交流调速系统的应用为工农业生产及节省电能方面带来了巨大的经济和社会效益。现在，交流调速系统正在逐步的代替直流调速系统，交流调速系统在电气传动领域占据统治地位已是不争的事实。 总之，交流电机调速技术的发展，特别是变频器传动本身固有的优势，必将使之应用于社会生产的各个领域，以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。因此，本论文通过对变频器的研究，对于交流变频调速系统理论的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。
?电气控制与PLC〉课程 设计说明 基于PLC的变频调速系统设计 The variable freque ncy speed regulati on system based on PLC desig n 学生姓名 学生学号 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 指导教师
2013年12月 摘要 本文主要介绍了研究和设计的基于可编程控制器的变频调速系统的成果，在本次的设计中，我的设计系统主要由PLG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；电动机；调速
1 引言 .......................... 1.1 概述 ...................... 1.2 设计内容 .................. 2 系统的功能设计分析和总体思路 2.1 系统功能设计分析 .......... 2.2 系统设计的总体思路 ........ 3 PLC 和变频器的选择 ............ 3.1PLC 的概述 ................. 3.1.1 PLC 的基本结构 ........ 3.1.2 PLC 的工作原理 ........ . 1. .2 ... .2... 2... 3... 错 误!未定义书签。 .4.. 3.2.1 变频器的选择 ..... 3.2.2 变频调速原理 ..... 3.2.3 变频器的工作原理 3.2.4 变频器的快速设置 4开环控制设计及PLC 编程. 3.2 变频器的选择和参数设置 4... . 5... 5... 5... 6... 4.1 硬件设计 ..... 4.2 PLC 软件编程 6 4.2.3 程序的主体 ................ 424控制程序T 形图 ............... 5 PLC 系统的抗干扰设计 ............. 5.1 变频器的干扰源 ............ 5.2 干扰信号的传播方式 ......... 主要抗干扰措施 ............ 电源抗干扰措施 ........... 硬件滤波及软件抗干扰措施 接地抗干扰措施 ........... 错 误!未定义书签。 错 误!未定义书签。 (7) . .8... .8... .8... 8... 5.3 8... 5.3.1 5.3.2 5.3.3 结论与心得 参考文献 .. 附录 ..... .8... .9.. 9.. ..9 1..0.. 1..0..
河南机电高等专科学校课程设计报告书 课程名称：《交流调速系统与变频器应用》 课题名称：起重机大、小车行走驱动系统设计系部名称：自动控制系 专业班级：自控104班 姓名：高建鹏 学号：101415439 2012年6月22日
1、设计思路和方案选择 1.1设计思路 起重机的电机驱动主要有起升机构，大车，小车行走机构电机主要采用绕线式异步电动机及鼠笼式异步电机。尤其是行走机构一般采用鼠笼式异步电机，起动时冲击电流大，设备冲击严重，影响设备使用寿命及定位精度。 近年来随着变频器技术的发展，其可靠性大大提高，生产成本降低，以及优越的启动制动控制特性，在各种行业得到了广泛的应用。在起重机的升起机构中采用变频器驱动后，就可以用鼠笼式异步电动机取代绕线式异步电动机。鼠笼式异步电动机结构简单，防护等级高，维护动作量小，可控性高适合在较恶劣环境下工作。 由于变频器在驱动时，频率和电压都是按一定比例一定频率逐步上升或下降，因此使电机起动冲击电流小，速度变化非常平稳，操作人员操作非常舒适。起升，行走定位也较准确，提高了生产效率。 1.2方案选择 根据起重机驱动的特性和技术要求，采用带测速反馈接口的MM440系列变频器作为起升机构的电机驱动，MM440系列变频器作为大，小车行走机构的电机驱动，MM440系列是一种通用性矢量控制变频器，功能强，价格低，完全满足行走机构的要求，因此强烈推荐用户选用该系列变频器。
起重机大车运行方向有前后，小车方向有左右要求，根据运行速度要求又分为1—3挡，加减速时间为3—6秒，通常小车采用一台电机，而大车行走机构采用2台电机，大小车本身惯性也比较大，为防止电机被倒拖处于发电状态产生过电压，因此大小车变频器都配备了制动单元和制动电阻来释放能量。起重机整个电气系统由S7—200系列PLC进行控制，变频器通过开关量端子接受PLC控制信号。 2、硬件电路设计 2.1系统原理图 详细图件见附录 3、参数设置及I/O地址分配 3.1变频器主要参数及设置 首先将所有电机铭牌数据输入P0304—P0311，大车变频器应输入几个电机的总电流及总功率，并且大车变频器带有几个电机时应运行于线性频率/电压特性，1—3档速度变化采用固定频率设定，1挡==30Hz,2档==30Hz，3档==50Hz,根据档位的不同输出频率是各个固定频率的迭加，同时利用变频器的制动器接通，断开功能由RL2输出继电器触点控制机械制动器，使行走机构在停止时不会由于外力而随意移动。主要参数机器设置如下：
《电气控制与PLC》课程设计说明书 令狐文艳 基于PLC的变频调速系统设计 The variable frequency speed regulation system based on PLC design 学生姓名 学生学号 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 指导教师 2013年12月1日
摘要 本文主要介绍了研究和设计的基于可编程控制器的变频调速系统的成果，在本次的设计中，我的设计系统主要由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；电动机；调速
目录 1 引言1 1.1 概述1 1.2设计内容1 2 系统的功能设计分析和总体思路2 2.1 系统功能设计分析2 2.2 系统设计的总体思路2 3 PLC和变频器的选择3 3.1PLC的概述3 3.1.1 PLC的基本结构3 3.1.2 PLC的工作原理5 3.1.3PLC的型号选择6 3.2变频器的选择和参数设置6 3.2.1 变频器的选择6 3.2.2 变频调速原理7 3.2.3 变频器的工作原理8 3.2.4 变频器的快速设置8 4 开环控制设计及PLC编程9 4.1 硬件设计9 4.2 PLC软件编程10 4.2.1设计步骤10 4.2.2系统流程框图10 4.2.3 程序的主体11 4.2.4 控制程序T形图11 5 PLC系统的抗干扰设计17 5.1 变频器的干扰源17 5.2 干扰信号的传播方式17 5.3 主要抗干扰措施18 5.3.1 电源抗干扰措施18 5.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施18 5.3.3 接地抗干扰措施18 结论与心得19 参考文献20 附录21
电力电子技术课程设计 - 1 - 综述 交-直-交变频器由主要由AC-DC、DC-AC两类基本电路组成，先通过AC-DC整流电路将交流电转换为直流电，经过滤波等处理后，再通过DC-AC逆变电路，将直流电转换为交流电。整流电路采用三相全控桥整流，输出的整流电压脉动小、易于滤波；经过滤波处理后的直流电进入逆变电路，逆变电路采用PWM控制电压式逆变电路，通过PWM技术控制逆变电路中IGBT的通断时间，实现对输出交流电的控制，以更好的满足电机对供电电源的要求。 主电路的驱动与控制，主要是对各部分开关器件的控制，即对晶闸管和IGBT的驱动与控制。晶闸管是半控型器件，门极收到脉冲触发才能够导通，IGBT是全控型器件，门极电压触发导通，由芯片控制生成的PWM信号给IGBT触发信号，控制IGBT的通断，从而实现对主电路的精确控制。 交-直-交变频器的设计 - 2 - 1 主回路单元电路分析与设计 1.1 变频器概述 交-直-交变频器是由AC-DC、DC-AC两种基本变流电路组成，先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，因此，此类电路又称为间接交流变流电路。 交-直-交变频器与普通交-交变频器相比，最主要的优点是输出频率不再受输入电源频率的制约。国内应用的低压变频器几乎全是电压源型，中间直流是用电容平波，整流后面可加电容滤波，再经过逆变输出理想交流电压，可以做交流电机的电压源。 1.2 整流部分 整流电路AD-DC的作用是将交流电变为直流电。按组成器件可以分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可以分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数可以分为单相电路和三相电路。三相整流电路输出直流电压脉动较小，易于滤波处理，故采用三相整流电路。常用的三相整流电路有三相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路。 1.2.1 三相半波可控整流电路
交流异步电动机变频调速系统设计 目录 摘要 (i) 1绪论 (1) 1.1 变频调速技术简介 (1) 1.2 变频器的发展现状和趋势 (2) 1.2.1 变频器的发展现状 (2) 1.2.2 变频器技术的发展趋势 (2) 1.3 研究的目的与意义 (3) 1.4本次设计方案简介 (4) 1.4.1 变频器主电路方案的选定 (4) 1.4.2 系统原理框图及各部分简介 (5) 1.4.3 选用电动机原始参数 (6) 2交流异步电动机变频调速原理及方法 (8) 2.1 三相异步电机工作的基本原理 (8) 2.1.1 异步电机的等效电路 (8) 2.1.2 异步电动机的转矩 (9) 2.1.3 异步电动机的机械特性 (10) 2.1.4 异步电机变频调速原理 (12) 2.2 变频调速的控制方式及选定 (13) V比恒定控制 (13) 2.2.1 f 2.2.2 其它控制方式 (18) 3变频器主电路设计 (20) 3.1 主电路的工作原理 (20) 3.1.1 主电路各部分的设计 (20) 3.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理 (21) 3.2 主电路参数计算 (24) 3.3 IGBT及驱动模块介绍 (25) 3.3.1 IGBT简介及驱动要求 (25) 3.3.2 EXB840的内部结构 (27) 3.3.2 采用EXB840的IGBT驱动电路 (28) 4控制回路设计 (30)
4.1 驱动电路设计 (30) 4.1.1 SPWM调制技术简介 (30) 4.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 (32) 4.1.3 SA4828内部结构及工作原理 (33) 4.2 保护电路 (36) 4.2.1 过、欠压保护电路设计 (36) 4.2.2 过流保护设计 (38) 4.3 控制系统的实现 (39) 5变频器软件设计 (42) 5.1 流程图 (42) 5.2 SA4828的编程 (42) 5.2.1 初始化寄存器编程 (42) 5.2.2 控制寄存器编程 (45) 5.3 程序设计 (46) 总结 (56) 参考文献 (57) 致谢 (58)
天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员
天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：
课程报告 课程名称：三相异步电动机变频调速的实现学生姓名：刘佐威王一哲王宇洋赵馨雨专业班级： 12级电气一班 2016 年 1月 4日
摘要 变频调速是一种典型的交流电动机调速方法,交流电动机采用变频调速技术不仅能够实现无级调速,而且可以根据负载的不同,通过适当调节电压和频率的关系,使电机始终在高效率区运行,并且保证良好的动态性能,因而被广泛使用。 目前,世界上有60%左右的发电量是通过电动机消耗的。据统计,我国各类电动机的装机容量已超过4亿kW,其中异步电动机约占90%,拖动风机、水泵及压缩机类机械的电动机约1.3亿kW。在目前4亿kW的电动机负载中,约有50%的负载是变动的,其中的30%可以使用电动机调速。虽然,有专门为变频调速系统而设计的变频调速电机,但是由于变频调速电机价格较贵,所以在大多数有调速要求的系统中都是变频器和普通交流异步电机组成的调速系统[4]。但是,在实际生产中,还只是凭借经验确定交流异步电机运行的频率范围,而对普通交流异步电机在频率改变时,电机的各项性能指标的大小和变化情况还没有定量研究。在本文中,我们以Y100L1-4普通三相交流异步电机和松下VF-8X变频器组成的变频调速系统为测试对象,测试普通交流异步电机在频率改变时的各项性能指标,以这些实验数据为依据,进而分析确定普通交流异步电机变频调速的最佳调速范围。在测试中所有的实验均按照国标中三相异步电机型式实验的相关规定进行。 课程目的 笼式三相异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。正由于此，通过此课程设计，实现三相异步电动机的变频调速控制与应用。 课程意义 这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。 课程内容 在这次课程设计中，我们的主要工作在于 1. 电机的结构与工作原理 2. 变频器的结构与原理 3. 变频器的调速方法及工作过程
烟台南山学院 电机拖动课程设计 题目三相异步电动机变频调速设计 姓名： XXX 所在学院：计算机与电气自动化学院 所学专业：自动化 班级：自动化XXXX 学号： XXXXXXXXXXXX 指导教师： XXX 完成时间： 2013-12-20
设计任务 一电机与拖动课程设计的目的与任务 电机与拖动是自动化专业的一门重要专业基础课。它主要是研究电机与电力拖动的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。通过学习使学生掌握常用交、直流电机、变压器及控制电机的基本结构和工作原理；掌握电力拖动系统的运行性能、分析计算，电动机选择及实验方法等。 电机与拖动课程设计是理论教学之后的一个实践环节，通过完成一定的工程设计任务，学会运用本课程所学的基本理论解决工程技术问题，为学习后续有关课程打好必要的基础。 二课程设计的基本要求 1．使学生具有自主设计电路原理读图、查阅参考书籍和手册及资料文献的的能力。 2．设计、计算、文件选取、画出设计电路图 3．撰写严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的实验报告电机与拖动课程设计报告。 三电机与拖动课程设计时间 1．设计电路原理读图、查阅参考书籍和手册及资料文献（1.5天）。 2．设计、计算、文件选取、画出设计电路图（1.5天）。 3．验收及校验（1.5天） 4．完成课程设计报告（0.5天） 四课程设计报告要求 课程设计报告要求字迹工整、文字通顺；其撰写内容包括： 1．目录 2．课程设计的意义、任务。 3．课程设计所用的基本知识 4．参数计算、电路设计等。 五总结 六参考文献
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＜f N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＞f N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。
目录 一、变频器的概述 (1) 1.1变频器的发展前景 (1) 1.2变频器的组成与分类 (1) 1.3变频器的基本原理 (2) 二、变频器的设计要求 (3) 三、变频器的主要参数的选取和设计 (3) 3.1交流侧阻容吸收环节R、C的选择 (3) 3.2整流二极管的选择 (4) 3.3平滑滤波电容C’的选择 (5) 3.4IGBT的选择 (6) 四、变频器主电路的设计 (7) 4.1整流电路和上电缓冲电路 (7) 4.2逆变电路 (8) 4.3驱动电路 (9) 4.4开关电源电路 (11) 五、变频器控制电路的设计 (12) 5.1保护采样电路 (12) 5.2微机处理芯片电路 (14) 5.3变频器的控制方式选择 (15) 六、个人小结 (16) 七、参考文献............................................................................................................................ (17)
一、变频器的概述 1.1变频器的发展前景 变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。变频器是由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。其中整流电路和逆变电路中均使用了半导体开关元件，在控制上则采用的是PWM控制方式，这就决定了变频器的输入、输出电压和电流除了基波之外，还含有许多的高次谐波成分。这些高次谐波成分将会引起电网电压波形的畸变，产生无线电干扰电波，它们对周边的设备、包括变频器的驱动对象--电动机带来不良的影响。 1.2变频器的组成与分类 电压型变频器主电路包括：整流电路、中间滤波电路、限流电路、
摘要 自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。 对城镇住宅电力驱动恒压供水的原理及几种实用化方案进行了深入的讨论，以变频器为主体的恒压供水系统对供水水泵实现全方位的宝护。该系统不但能最大限度地节约水资源，而且能够节约电能，延长供水水泵的使用寿命，并在紧急情况下（消防，减灾）能够做到重点供水。最后，对几种实用化供水方案进行了详细的讨论。 关键词：变频器；恒压供水；变频调速；供水系统
目录 1. 变频调速恒压供水系统的现状和应用 (1) 1.1. 变频调速恒压供水的目的和意义 (1) 1.2变频调速恒压供水的应用 (1) 2.变频调速恒压供水系统 (2) 2.1供水系统的基本特性 (2) 2.2变频恒压供水系统的构成及工作原理 (2) 2.2.1系统的构成 (2) 2.2.2变频调速恒压供水系统原理 (3) 2.2.3变频恒压控制理论模型 (4) 3.变频恒压供水系统设计 (6) 3.1控制方案 (6) 3.2变频恒压控制系统构成 (6) 3.3系统的硬件设计 (8) 3.4系统的软件设计 (9) 3.4.1 PLC的定义及特点 (9) 3.4.2 PLC的工作原理 (9) 3.4.3.I/O接线图 (10) 4.器件的选型 (11) 4.1变频器选型 (11) 4.1.1.变频器的控制方式 (11) 4.1.2.变频器容量的选择 (11) 4.1.3.系统主电路外围设备选择 (12) 5.变频器参数的设置 (16) 5.1参数复位 (16) 5.2电机参数设置 (16) 总结 (17) 参考文献 (18)
1.选题背景 异步电机具有结构简单可靠，维护少，成本低，容量大的优点，所以在其出现后不久的时间内，几乎取代了所有的不变速直流电机成为最主要的拖动装置。然而在相当长的一段时期内，异步电动机无法撼动直流电机在可控制可调速拖动领域的地位。异步电机的调速一直是电机学研究的课题，实现异步电机像直流电机一样具有宽广平滑的调速性能，最终发挥其优势，取代结构复杂的直流电机是研究异步电机调速课题的目标。随着电力电子技术的迅速发展，变频调速被视为交流电机最有前途的调速方式。本课程设计就是在这样的背景下，试图从一个很细微的方面来研究和了解异步电动机的变频调速原理并对设计结果进行分析,希望对今后的学习和工作有一定的启发和帮助。 2.三相异步电动机的原理 2.1电动机的结构及原理 2.1.1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2-1 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，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如图4.3所示，可以接成星形或三角形。 （a）星形连接（b）三角形连接 图2-2 定子绕组的联结 机座：支撑和固定作用;铸铁或钢板焊接。 (2)转子 ①转子铁心 转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。