SPWM变频器设计
金伟江
(自动化与电气工程学院指导教师：项小东)
摘要：随着电力电子技术和微机控制技术的飞速发展和人们对交流电机调速方法的研究的不断深入，直流调速逐步被交流调速所取代。在现有的交流电动机调速方法中，变频调速受到人们的普遍关注，已经在很多领域得到了应用，在我国也被列为重点的技术推广项目。
电压型正弦脉宽调制（SPWM）变频器以其独有的技术优势而得到快速的发展和广泛应用。先进的控制策略，高性能的控制芯片，智能化高速开关器件相结合成为现代交流调速技术发展的主流趋势。数字方法在可靠性、灵活性、可控性等方面具有模拟方法无法比拟的优越性。目前，市场上相继推出的数字式SPWM变频器中，大多数都采用了专用SPWM芯片。虽然，可使编程简单，但这些器件往往价格高昂，增加了硬件成本。
鉴于此，本设计中的变频器采用Microchip推出的电机专用8位微控制器PIC16F767构成数字化变频器，通过编程产生驱动信号SPWM波，大大简化了用于产生PWM波形的软件和硬件，使系统简化，同时提高了其动、静态性能。
关键词：变频调速；SPWM；电机；PIC16F767
Abstract:With the power electronics and microcomputer control technology and the rapid development of the people of AC motor speed control of the in-depth study DC Speed exchanges were gradually replaced by the governor. The existing AC motor speed control methods, VVVF by people's attention, In many areas has been used in China have been listed as a key project to promote the technology. - Sinusoidal voltage pulse width modulation (SPWM) converter with unique advantages in technology and the rapid development and wide application. Advanced control strategies, the control of high-performance chips, intelligent high-speed switching devices combining modern AC trend of the mainstream of development. Digital methods in terms of reliability, flexibility, controllability, and other aspects simulation method unmatched superiority. Currently, the market has introduced a digital INVERTER; most have adopted a special SPWM chip. Although the program will enable simple, but these devices are often expensive and increase the cost of hardware.
Because of this, The design of the inverter using Microchip introduced the Motor exclusive eight PIC16F76 microcontroller 7 a digital converter, have driven through programming SPWM signal, greatly simplified for the purpose of generating a PWM waveform software and hardware, allowing the system to simplify and improve their static and dynamic properties.
Keywords：frequency speed control；SPWM；electrical machine；PIC16F767
1绪论
众所周知，传统的电动机直流传动系统因其调速性能好，在变速传动领域中一直占据主导地位，但直流电机结构复杂，成本较高，维修保养费用较贵，而且存在换向问题使直流电动机无法做成高速大容量的机组。而交流电动机与直流电动机相比，有结构简单、牢固，成本低廉，运行可靠等许多优点，缺点是调速困难。
但是随着电力电子技术和微机控制技术的飞速发展和人们对交流电机调速方法的研究的不断深入，直流调速逐步被交流调速所取代。在现有的交流电动机调速方法中，变频调速受到人们的普遍关注，已经在很多领域得到了应用，在我国也被列为重点的技术推广项目。
而近代交流调速中，越来越多地采用变频调速方案。电压型正弦脉宽调制（SPWM）变频器以其独有的技术优势而得到快速的发展和广泛应用。先进的控制策略，高性能的控制芯片，智能化高速开关器件相结合成为现代交流调速技术发展的主流趋势。
在SPWM波形生成方法中，已很少采用模拟方法。数字方法在可靠性、灵活性、可控性等方面具有模拟方法无法比拟的优越性。目前，市场上相继推出的数字式SPWM变频器中，大多数都采用了专用SPWM芯片（如HEF4752、SLE480）。虽然，可使编程简单，但这些器件往往价格高昂，增加了硬件成本。
鉴于此，本设计中的变频器采用Microchip推出的电机专用8位微控制器PIC16F767构成数字化变频器，通过编程产生驱动信号SPWM波，大大简化了用于产生PWM波形的软件和硬件，使系统简化，同时提高了其动、静态性能。
2总体设计方案
2.1变频器分布式控制系统结构
图1 为三相电机变频驱动的分布式控制系统总体结构。本系统采用了RS485通讯方式，因在许多工业过程控制中，要求用最少的信号线来完成通信任务，目前广泛应用RS-485串行接口总线就是为适应这种需要而产生。RS-485采用了一对平衡差分信号线，适合多站互连，一个发送驱动器最多可连接32个负载设备。
为实现电脑对多个变频器的分布式控制，本系统参考了MODBUS协议通讯方式，该协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用
Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法[1]。
2.2变频驱动器硬件结构
图2为三相电机变频驱动器的硬件结构图。
本三相电机变频驱动器从硬件结构上分主要分为三个单位，通讯单元，控制单元，功率模块单元。
通讯单元：采用RS-485通讯方式，提高了通讯的可靠性。
控制单元：以16F767单片机作为系统的控制核心，产生数字SPWM信号输出。
功率模块单元：利用6个场效应管构建成三相逆变桥，作为系统的功率输出模块。
2.3系统总体软件流程
图3 三相电机变频驱动器主流程图
图4中断服务流程图
变频器原理和应用
2.4SPWM法实现电机变频变压调速
2.4.1目前变频器分类
变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等[3]。
低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代：
1、U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式
其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。
2、电压空间矢量(SVPWM)控制方式
它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
3、矢量控制(VC)方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
4、矩阵式交—交控制方式
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电
流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：
——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；
——自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；
——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；
——实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。
2.4.2SPWM法原理：
具体方法如图5单极性和图6双极性所示，它是以一个正弦波作为基准波或称调制波，用一列等幅的三角波或称载波与基准正弦波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式：当基准正弦波高于三角波时，使相应的开关器件导通；当基准正弦波低于三角波时，使相应的开关器件截止。
1）．单极性SPWM法如图5所示，它的每半个周期内所有三角波的极性均相同即单极性，且每半个周期内所得SPWM脉冲系列也是单极性的。工作特点：
在每半个周期内，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地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反。
2)．双极性SPWM法如图6所示，它的载波为双极性的等腰三角波，且由调制波和载波所得SPWM脉冲系列也是双极性的，不过所得线电压脉冲系列却是单极性的。双极性法工作
特点：在逆变桥工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按所得脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息。而流过负载的是按线电压规律变化的交变电流。
除了用上面这种方法产生SPWM波外，还有许多类似的SPWM方法，不过无论那种方法，都为了如何使变频器的输出电压更好地获得三相对称的正弦波。
如何算出SPWM脉冲系列波的宽度，对于用微机来实现SPWM控制的调速系统中，如采用自然采样法，因计算SPWM序列工作量太大不适合由微机实现实时控制，所以较多地采用规则采样法（如图7），为了使所形成的阶梯波更接近于正弦波。在此采用平均对称规则采样法（如图8）。
图8 平均对称规则采样法
图8中Tt为三角波的周期，Ur为三角波的幅值，正弦波为Ucsinwt，Ts为采样周期，平均对称规则采样法只在三角波的谷底位置对正弦波采样而形成阶梯波，所以Tt=Ts。
2.5变频器的启动设计
启动转距：Tst∝（U1/f1）（U1/f1）/f1
最大转距：Tm∝（U1/f1）（U1/f1）
从以上两个公式可制电机的转距和电压和频率的比列有关，而V/F控制的原理也是保证V/F比列不变，当启动时频率很小，则电压值也很小，由于电动机有内阻（平时由于电压比较大可以忽视），则电压值会明显减小，必须在启动时保持一恒定电压来保证转距。如下图：
2.6变频器的停止设计
2.6.1能耗制动的必要性
不少的生产机械在运行过程中需要快速地减速或停车，而有些设备在生产中要求保持若干台设备前后一定的转速差或者拉伸率，这时就会产生发电制动问题，使电机运行在第二或第四象限。然后在实际应用中，由于大多通用变频器都采用电压原的控制方式，其中间直流环节有大电容钳制着电压，使之不能迅速反向，另外交直回路又通常采用不可控整流桥，不能使电流反向，因此要实现回馈制动和四象限运行就比较困难。
2.6.2能耗制动的工作方式
能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一中处理在生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为电阻制动，它包括制动单元和制动电阻两部分。
2.6.2.1制动单元
制动单元的功能是当直流回路的电压超过规定的限制是，接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式，前者是使用与小功率的通用变频器，后者则是适用与大功率变频器或是制动有特殊要求的工况中，从原理上讲两者并无区别，都是作为接通制动电阻方式，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。
2.6.2.2制动电阻
制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要参数。通常在工程上选用较多的是纹波电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波有利于散热。后者易紧密安装外型美观。
2.6.2.3制动过程
能耗制动过程如下；A、当电机在外力作用下减速、反转时，电机即以发电状态运行，能量反馈回直流电路，使母线电压升高；B、当直流电压达到制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速下降，母线电压也降低；D、母线电压至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；
E、采样母线电压值，制动单元重复过程，平衡母线电压，使系统正常运行。如图11所示：
图11 能耗制动
2.6.3直流制动
直流制动是在电机定子中通入直流电流，以产生制动转矩。因为电机停车后会产生一定的堵转转矩，所以直流制动可在一定程度上替代机械制动；但由于设备及电机自身的机械能只能消耗在电机内，同时直流电流也通入电机定子中，所以使用直流制动时，电机温度会迅速升高，因而要避免长期、频繁使用直流制动；直流制动是不控制电机速度的，所以停车时间不受控。停车时间根据负载、转动惯量等的不同而不同；
PIC16F767系统硬件概况
2.7核心区域和外围模块区域
图12 PIC核心区域与外围模
2.8程序存储器组织结构
PIC16F767有一个13 位宽的程序计数器，最大可寻址8K 字x 14 位的程序存储器空间。PIC16F767片内的程序存储器容量为8K 字。PIC16F767 程序存储器的映射如图13所示。
图13 PIC16F767 程序存储器映射图和
2.9数据存储器组织结构
数据存储器被划分成多个存储区，每个存储区由通用寄存器和特殊功能寄存器两部分组成。RP1（Status<6>）和RP0 （Status<5>）位是存储区选择位。如图14所示：
图14 数据存储器组织结构图
每个存储区多达7Fh （128 字节）。每个存储区的低位地址单元被特殊功能寄存器占据，
除此之外则为通用寄存器，用作静态RAM。所有存储区均包括特殊功能寄存器，某些使用频率较高的特殊功能寄存器可以从一个存储区映射到另一个存储区中，以节省代码和提高存储速度。
2.10捕捉/ 比较/PWM 模块
每一个捕捉/ 比较/PWM （CCP）模块都有一个16 位寄存器，该寄存器可以作为：
●16位捕捉寄存器
●16位比较寄存器
●PWM 主/ 从占空比寄存器
CCP1、CCP2 和CCP3 模块的操作基本一致，不同之处仅在于特殊事件触发器。
三相电机变频驱动器主要利用其PWM工作模块功能，在脉宽调制模式下，CCPx 引脚上可输出分辨率高达10位的PWM 输出。因为CCP1 引脚与PORTC 数据锁存器复用，TRISC<2> 位必须清零以将CCP1 引脚设置为输出。
下图15是CCP模块在PWM 模式下的简化示意图，关于如何逐步设置CCP模块使其工作在PWM模式下。
图15 PWM 简化结构示意图
PWM 的输出有一个时基（周期）和一个保持输出为高电平的时间（占空比）。PWM 的
频率是周期的倒数（1/ 周期）。如下图16所示：
图16 PWM输出
2.10.1PWM 周期
PWM的周期可通过向PR2寄存器写入来设定。PWM周期可由以下公式来计算：
PWM 周期= [(PR2) + 1] ? 4 ? TOSC ?（TMR2 预分频值）
PWM 频率定义为1/[PWM 周期]。
当TMR2 等于PR2 时，在下一个递增周期将发生以下三种情况：
●TMR2被清零
●CCP1 引脚被置1（例外：如果PWM 占空比= 0%，
CCP1 引脚不置1）
●PWM占空比从CCPR1L 锁存到CCPR1H
2.10.2PWM占空比
通过写入CCPR1L 寄存器和CCP1CON<5:4> 位可以设定PWM 占空比，分辨率可高达10 位。CCPR1L 包含高8 位而CCP1CON<5:4> 包含低 2 位，该10 位值由CCPR1L:CCP1CON<5:4>表示。
用以下公式计算PWM的占空比：
PWM 占空比= （CPR1L:CCP1CON<5:4>）?TOSC ? （TMR2 预分频器值）
CCPR1L 和CCP1CON<5:4> 可在任何时候写入，但在PR2 和TMR2 匹配前（即周期完
成），该占空比的值不会被锁存到CCPR1H。在PWM 模式下，CCPR1H 是只读寄存器。CCPR1H寄存器和2 位内部锁存器用于为PWM占空比提供双缓冲，这种双缓冲对于无毛刺PWM 操作是必需的。当CCPR1H 和2 位内部锁存值与连接到内部2 位Q 时钟或2位TMR2与分频器相匹配时，CCP1引脚被清零。在PWM 频率给定的情况下，最大PWM 分辨率（位数）由以下公式给出：
2.10.3PWM 操作设置
在将CCP 模块设置为PWM 操作时，应遵照以下步骤：
1.向PR2 寄存器写入以设定PWM 周期。
2.向CCPR1L 寄存器和CCP1CON<5:4> 位写入以设定PWM 占空比。
3.将TRISC<2> 清零以设定CCP1 引脚为输出状态。
4.设置TMR2预分频器值，并通过写入T2CON以使能Timer2。
5.设定CCP1 模块为PWM 操作。
2.11TIMER1 模块
Timer1 模块是由两个可读写的8 位寄存器（TMR1H 和TMR1L）组成的16 位定时器/ 计数器。TMR1 寄存器（TMR1H:TMR1L）从0000h 开始递增计数，一直加到FFFFh后，再翻转到0000h。如果中断使能，TMR1溢出时会产生中断，而且溢出会锁存到中断标志位TMR1IF （PIR1<0>）。该中断的使能/ 禁止可以通过置位/ 清除TMR1IE （PIE1<0>）中断使能位来设置。Timer1 振荡器可以作为低功耗模式下的辅助时钟源。当T1RUN位被置1且SCS<1:0> = 01，则Timer1 振荡器提供系统时钟信号。如果时钟故障检测被使能，而Timer1振荡器作为系统时钟时发生故障，查询T1RUN 位可以确定当前系统时钟是由Timer1 振荡器还是其他时钟源提供。在实际应用中，只需要很少的外接元件和代码开销，即可利用Timer1 来提供实时时钟（RTC）信号。
Timer1 有以下三种工作模式：
●定时器方式
●同步计数器方式
●异步计数器方式
工作模式由时钟选择位TMR1CS（T1CON<1>）确定。在定时器工作模式下，Timer1 在每个指令周期进行递增计数。在计数器模式下，Timer1 在T1CKI 引脚上的外部时钟的每个上升沿进行增量计数。Timer1 可以通过置位/ 清零TMR1ON （T1CON<0>）控制位来使能和禁止。Timer1 还有一个内部“复位输入”，它可由CCP1 模块产生，作为特殊事件触发信号。当Timer1 的振荡器被使能（T1OSCEN 位置1）时，RC1/T1OSI/CCP2 和RC0/T1OSO/T1CKI 引脚成为输入引脚。即，TRISB<7:6> 值被忽略而这些引脚读作“0”[12]。
3三相电机变频驱动器设计
3.1硬件设计
通讯单元：本系统采用的是RS-485通讯方式，利用MAX485作为通讯接口芯片，同时MAX485与控制芯片PIC16F767采用了光耦隔离，有效防止电机产生的干扰信号进入通讯网络，并有效防止当本变频器出现烧毁故障时祸及同个网络中的设备。如图17所示：
图17 RS485通讯接口
控制单元：本系统以16F767单片机作为系统的控制核心，利用以内部的三个外围功能模块（CCP）为基础，利用该模块具有的PWM功能，软件控制三路SPWM波形的输出。再将3
路SPWM波形输出端通过74HC14施密特反向器变换成互补导通的6路，经隔离放大后驱动场效应管，实现对输出的控制。如图18所示：
图18 单片机外围电路
功率模块单元：本系统以单相交流电网作为供电来源，首先对单相交流电通过整流桥进行整流，再利用电容进行滤波得到300V左右的直流电源，该电源一部分直接接入系统的由6个MOS管构成的三相逆变桥电路，另一小部分经过DC-DC降压电路降压，得到的2路隔离的15V直流电源，一路15V直流电给系统的MOS管驱动芯片IR2130供电，并通过三端稳压块L7805给PIC16F767单片机和74HC14芯片供电，另一路15V直流电经过78L05稳压后给通讯单元的MAX485芯片供电。如图19所示：
3.2 软件设计 3.2.1 在本系统 SPWM 法的实现方法：
本三相电机变频驱动器采用的是单极性SPWM 法，首先利用电脑计算离散出SIN 波形从-90度到+90度的31个点，由于PIC16F767内部集成的为10位精度的PWM 模块，为了便于单片机在输出PWM 波形时减少运算量，所以并将这31个点转换成从0到1023变化的值。（如图20所示）；假设-90度点线电压为0V ，+90V 度点线电压为300V ，通过平均规则采样得到从0V 到300V 的31点，当单片机读取事先存在FLASH 程序存储器中从0到1023变化的31点并装入PWM 寄存器，然后产生的PWM 信号去调制总线电压为300V 的直流电时便可得到平均电压从0到300V 变化的电压波形（如图21所示）。SIN 波形的另半个周期波形与前半个周期波形对称相似，所以在产生后半个周期的波形时，单片机只需倒着从原先的SIN 表格中读取31个点，于是就产生了一个完整的SPWM 波形输出。
图19 变频器功率单元
变频调速系统设计可以分为两个重要部分，软件设计与硬件设计。本设计首先简要阐述?了变频调速的基础技术，ＳPＷM理论及常用的设计方法等。然后对变频调速的硬件做了系 统电路地描述。对整个系统的主电路、控制电路、各种保护电路及控制实现的软件都进行了?系统的分析。主电路部分给出了整流、滤波、逆变器等器件各个环节的参数的计算。控制电?路采用TＭS320Ｆ２812、显示电路、输入电路、检测电路等，并配备了系统保护电路。在硬?件电路的基础上，用MAＴLAB工具对系统进行了开环和闭环系统的ＳPWＭ仿真。仿真实 验结果表明,这些设计使系统能够可靠工作,运行状态良好,达到了设计目的。最后给出了 各个软件设计的系统流程图。?关键词：变频调速，正弦波脉宽调制，ＩPＭ，智能功率模块，ＳPwM,ＴＭS320Ｆ2812 4一 Summａry -?Ｔｈｅｖａriａble ｓｐeeｄ Cａll?ｂｅｄividｅd ｉｎto tｗo?iｍｐortａnt parｔｓ:soft desｉｇｎ?aｎd hardware?dｅsign.Tｈｅ ｄesiｇnｆirｓtly exｐlains?tｈeｂasｉc?teｃhniques．oｆ?the ｖａriable ｓpｅｅd,thｅtｈeory
aｎd ｍethｏd of ｔhｅSPＷM．Tｈen the ｍajor?hardwaｒｅcｉｒcｕｉt iｓ ｉｎtroduced,Especilｌy?TMS3２０Ｆ２812 anｄIＰＭ.The?caｌcuｌation ａbouｔ?parametｅr?is madｅin the?major?ｃiｒcuit．Ａt the sａme time ｔhｅ secｕrｉty of tｈe ｃiｒcuｉt wａs?eｑuipped.?DSＰwas?rｅgaｒded as tｈe coｎtｒｏlｌer ｃore of tｈe SPWM.We estabｌish?a sｙsteｍ moｄel?whｉcｈcontｒoｌ syｓｔem sｐeed ｏｐｅn and close?ｌｏop ｗith SＰWＭ，wｅsiｍulate ａnｄ?analｙｚe the ｃoｎtrol?syｓtem ｔhｒouｇh MATＬAB.The simulation resuｌｔs ｄemonstrate that it isａ?ｈｉgh vａlue tｏ ｐopulａｒiｚe?ａnd?apｐlｙ?the?ｃｏｎｔｒolｌing syｓtem.Fiｎａl ｌy Tｈｅ
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、
小孙学变频——第一讲变频器的主电路 小孙是蓝天公司的电气工程师，多年来从事电子设备的维修工作。近几年来，各种设备里应用的变频器越来越多，小孙被安排来专门从事变频器的调试和维护。 这一天，小孙从仓库里领出了一台变频器，打算配用到鼓风机上。按照规定，先通电测试一下。谁知一通电，就发现冒烟，立刻切断了电源。把盖打开后，发现有一个电阻很烫。小孙想，在开盖情况下再通电观察一次。这一回，电阻倒是不冒烟了，但不一会儿，变频器便因“欠压”而跳闸了。用万用表一量，那个电阻已经烧断了。 经人介绍，小孙找到了一位退休老高工张老师。 “你们那台变频器在仓库里存放了多长时间？”听完了小孙的情况介绍后，张老师问。 “大约一年多一点。” “我知道了。”张老师胸有成竹地说。“在分析电阻冒烟的原因之前，先要弄清楚变频器里整流滤波电路的特点。” “老师，我不大明白，变频器的中间为什么要加进一个直流电路呢？” “好吧，那我们就先从交－直－交变频器的基本结构讲起。”张老师拿了一张纸，不紧不慢地画出了交－直－交变频器的框图，如图1－1所示，然后说： “你瞧，电网的电压和频率是固定的。在我国，低压电网的电压和频率统一为380v、50hz，是不能变的。要想得到电压和频率都能调节的电源，必须自己‘变出来’，才便于控制。所谓‘变出来’，当然不可能象变魔术那样凭空产生出来，而只能从另一种能源变过来。这‘另一种能源’，便是直流电。 因此，交－直－交变频器的工作可分为两个基本过程： （1）交－直变换过程 就是先把不可调的电网的三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电。
（2）直－交变换过程 就是反过来又把直流电“逆变”成电压和频率都任意可调的三相交流电。 你方才说的那台变频器的问题，我的判断是出在‘交－直变换’里。我们就来讨论这部分电路吧。 图1－1 交－直－交变频器框图 1 交－直变换电路 “所谓交－直变换电路就是是整流和滤波。在低压电路里，哪种滤波方式效果最好？”老张又问。“应该是π形滤波。”小孙答。 “可是，变频器里却不能用π形滤波。” 图1－2 整流和滤波电路 （a）低压整流滤波电路（b）变频器整流滤波电路
目录 目录 (1) 第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 系统功能设计分析 (3) 1.3 系统设计的总体思路 (3) 第二章PLC和变频器的型号选择 (4) 2.1 PLC的型号选择 (4) 2.2 变频器的选择和参数设置 (5) 2.2.1 变频器的选择 (5) 2.2.2 变频调速原理 (6) 2.2.3 变频器的工作原理 (6) 2.2.4 变频器的快速设置 (7) 第三章硬件设计以及PLC编程 (9) 3.1 开环控制设计及PLC编程 (9) 3.1.1 硬件设计 (9) 3.1.2 PLC软件编程 (10) 3.2 闭环控制设计 (14) 3.2.1 硬件和速度反馈设计 (14) 3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (16) 第四章实验调试和数据分析 (21) 4.1 PID 参数整定 (21) 4.2 运行结果 (22) 第五章总结和体会 (22) 第六章附录 (24) 6.1 变频器内部原理框图 (24) 第七章参考文献 (25)
第一章系统的功能设计分析和总体思路 1.1 概述 调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且轻易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态王是海内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，
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.
变频器专用滤波器的选型 链接：https://www.doczj.com/doc/fa2816867.html,/tech/11678.html 变频器专用滤波器的选型 变频器专用滤波器，依据其安装位置的不同，可以分为变频器输入滤波器和输出滤波器两种。这两种滤波器，不但是安装位置不同，其功能亦不相同，且安装位置不能互换。 因此，在变频器专用滤波器应用过程中，首先要解决的，就是变频器专用滤波器的选型问题。在选型过程中，我们务必要弄清楚以下两点： 第一，就是应该选用变频器输入滤波器，还是变频器输出滤波器。 1、观察法。这也是最简单的判断办法，就是把变频器的输出线拆掉，然后，给变频器上电，让其达到正常工作状态，此时，我们再来观察，干扰是否依然存在，如果存在，一般情况下，就是需要加变频器输入滤波器。反之，则需要加变频器输出滤波器，也可能是变频器输入滤波器和变频器输出滤波器需要同时加。请注意，这里说的是一般情况，并不是百分之百的准确。 2、示波器法。如果手头有示波器的话，可以用示波器来测量一下变频器输出端和输出端，以及受干扰设备的输入 端的波形，通过波形来看一下干扰源在哪里，再来决定是选用变频器输入滤波器，还是变频器输出滤波器。 第二，就是要明确变频器的额定电压 这里，我们需要知道变频器是单相电源，还是三相电源的。 第三，就是要明确变频器的额定电流 变频器专用滤波器在选型时，一定要注意这一点，否则，可能会适得其反。 变频器专用滤波器的额定电流，一定要比变频器的额定电流要大，一般来讲，变频器专用滤波器的额定电流是变频器额定电流的1.2~1.5倍为佳。 比方说，11KW变频器专用滤波器，绿波杰能推荐的变频器专用滤波器的额定电流是30~40A。 原文地址：https://www.doczj.com/doc/fa2816867.html,/tech/11678.html 页面 1 / 1
通用变频器综合设计 1、设计一个采用二极管整流桥和IGBT的交-直-交电压型变频器主电路，并选择主要元器件的参数。 输入电压范围： 380~480V（正负10%），输出功率11kw（当输出电压为380V时），功率因数75 ?，采用三相SVM PWM，fs=1~15kHz。 .0 cos= （1）选择整流桥和IGBT（EUPEC或三菱均可），根据三菱或EUPEC网站上的程序，计算整流桥和IGBT模块的结温、使用寿命：计算做热Ta=40o C的Rthc-a，选择自冷或风冷情况下的变频器的散热器。（2）Udmax=800V，选择电解电容的耐压和容量，计算电解电容的寿命，自己查资料，如EPCOS、CDE（无感电容）、BHC等。 2、设计上述变频器的保护方案（原理框图，各环节的设计依据，电路框图，主要参数） （1）选择三个输出交流侧霍尔电流传感器的过电流、过载保护方案，设计相应的保护电路（HL传感器，电流放大滤波通道，A/D转换参考电压为5V）。 （2）设计IGBT直通保护和输出短路保护（相间，对地），可选择用带保护的驱动IC实现。 （3）直流侧的电阻能耗制动电路，给出一种软件或硬件控制方案。（制动点的选择） （4）直流侧过电压保护的硬件电路
根据题目要求，本系统主电路可用三相二极管不可控桥式整流电路、中间直流环节和三相IGBT桥式逆变电路三部分组成，实现交-直-交电压型变频器的功能，其拓扑结构如图1所示。 图 1 交—直—交电压型变频器拓扑结构 AC-DC-AC主电路主要包括：整流电路、滤波电路、制动电路以及逆变电路。整流侧采用三相不可控二极管整流桥将交流电整流为直流电，这样功率因数接近于1。由于不控整流出来的电压是脉动的，需要经过滤波电路后供给逆变电路，所以直流侧电容起稳压和滤波的作用。因为考虑到电动机的回馈能量，防止直流侧电压升高，加入能耗制动电路，逆变桥采用三相桥式结构。图中，在直流侧电容前接入了一个与限流电阻相并联的开关，这是由于电容的电容量很大，当合闸突加电压时电容相当于短路，将产生很大的充电电流可能会损坏整流二极管，为了限制充电电流，可以采用限流电阻和延时开关组成的预充电电路对电容进行充电，当电源合闸后延时开关延时数秒，此时通过电阻对电容充电，当电容电压升高到一定值后，闭合开关将限流电阻短路，避免正常运行时的附加损耗。 一、整流逆变元件参数及热设计 1.1 主电路元件选择及其参数 1.1.1 整流二极管的选型
机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。
图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。
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
在变频器的输入侧可加以下选件： 1）Input Reactor进线电抗器，输入电抗器可以抑制谐波电流，提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响，一般情况下，都必须加进线电抗器。 2）输入EMC滤波器，EMC滤波器的作用是为了减少和抑制变频器所产生的电磁干扰。EMC滤波器有两种，A级和B级滤波器。EMC A级滤波器用在第二类场合即工业场合，满足EN50011A级标准。EMC B级滤波器多用于第一类场合即民用、轻工业场合，满足EN50011 B级标准。 在变频器输出侧共有以下几种选件： 1）Output reactor 输出电抗器，当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时，应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响，避免变频器过流。输出电抗器有两种类型，一种输出电抗器是铁芯式电抗器，当变频器的载波频率小于3KHZ时采用。另一种输出电抗器是铁氧体式，当变频器的载波频率小于6KHZ时采用。变频器输出端增加输出电抗器的作用是为了增加变频器到电动机的导线距离，输出电抗器可以有效抑制变频器的IGBT开关时产生的瞬间高电压，减少此电压对电缆绝缘和电机的不良影响。同时为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。 2）Output dv/dt filter 输出dv/dt电抗器，输出dv/dt电抗器是为了限制变频器输出电压的上升率来确保电机的绝缘正常。
3）Sinusolidal filters正弦波滤波器，它使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力。
变频器主回路 ·设计、计算 ·要点及一些经验 主要内容 ·变频器主回路构成； ·主回路参数及所用元件的选择计算； ·主回路设计的要点及经验； ·主回路的保护； ·主回路设计的造成问题及对策； 变频器组成 变频器描述： 变频器是一种将输入固定电压和固定频率（通常为3相380V，50HZ)的电能转化为可调整电压和频率电能输出（Variable Voltage Variable Frequency,VVVF）的交流电气传动设备。 变频器分类： 交交变频器，交直交变频器； 交直交变频器分类： 电压源型变频器和电流源型变频器 产品构成 1、结构 壳体、电气部件和机械连接 涉及设计类型：产品设计、结构设计、热设计 2、电气（主回路） 主回路器件选型、计算 3、控制部分（控制回路） 主控制板（功能实现、波形发生，各种控制逻辑，……） 驱动板（主回路器件驱动和控制，各种参数检测和保护，辅助电源）人机界面（键盘）
变频器主回路构成及作用 主回路参数计算 输出容量：UoIo Po 3= 式中，Io ：变频器输出电流 Uo ：变频器输出电流 直流环节电压： UAC UAC UD 35.12 3== π 式中，UAC 为三相输出线电压 直流环节电流：IO IO ID 283.16 == π 式中，IO 为变频器额定输出电流 实用的近似关系： 1、三相380V 等级变频器额定输出电流与额定输出功率的关系 I=2*P 2、单相220V 等级变频器额定输出功率与输出电流的关系 I=5*P
电气连接 1、PCB 走线： 小功率（≤22KW ，西门子做到90KW ）机型普遍采用。 优点：成本低，电感小，工艺好。 注意产品要求的通流能力，PCB 铜箔厚度和一致性。 2、塑胶绝缘导线： 输入：功率因数≤0.8时3Amm 2功率因数≥0.96（加直流电抗器）时4A/mm 2 输出：3A~3.5A/mm 2 优点：成本低，电感大，工艺上需注意固定等绝缘问题。 3、铜排： 6A~8Amm 2 成本高，电感大小与部线方式有关，常用于18.5KW 以上功率等级。 整流桥计算 流过整流管的电流有效值： ℃），满足设计要求（的查）（变频器的整流管：例：选择为变频器输出额定电流式中：过载系数αα）（整流管电流选择：的值标称值时对应导通的值，整流管手册值为平均值：）））（） ））（1001901729.186176283.1368.05.15.16 368 .02~1908 .1~5.1.6 368.02~1368.032 3180120637.02577.03((120(180()(120A I MDD A Io I KW Io Io I I I I I I I I I I I Ir AV Vr AV vr AV Vr D D AV T AV T AV T D D AV T D D ==????=??==??=== = ??= =???π απ ππ 整流管电压额定值RRM U α???≥1.12AC RRM U U
摘要 电梯是一种用于电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少且应用最广泛的垂直交通运输工具。随着社会的不断发展，电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展十分迅速。变频调速电梯使用了先进的PWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机相互媲美。同时也明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。 本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。 关键词：电梯，PWM控制，变频调速
ABSTRACT Summary elevator is a special electric traction equipment, is indispensable in modern urban life, and the most widely used vertical transportation. As society develops, elevator from the handle switch elevators, buttons control the elevator to the current group of Elevator, for senior transportation present. With power electronics and computer control technology and the rapid development, AC inverter technology development very rapidly. Variable speed elevator use advanced PWM, significantly improve the quality and performance elevator; speed range widely, control, precision, dynamic performance, comfortable, quiet, fast, almost comparable to the DC motor. At the same time significantly improved motor power quality, reduced harmonic, which improves the efficiency and power factor, energy-saving significantly. This design in use PLC and inverter elevator on the basis of conventional control, through the inverter and PLC chip design, selection and greatly improves the elevator control levels, and improves the comfort, Elevator makes elevator reaches more ideal control and operating results. Keywords: elevator, PWM, frequency
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
变频器的输出电抗器与输出滤波器的区别 The different of Output reactor and Output filter
摘要 变频器的输出电抗器(Output reactor)与输出滤波器(Output filter)区别的介绍。 关键词 输出电抗器，输出滤波器 Key Words Output reactor，Output filter A&D Service & Support Page 2-4
问:变频器的输出电抗器(Output reactor)与输出滤波器(Output filter)有何区别? 答:在变频器输出侧共有以下几种选件： 1）Output reactor 输出电抗器，当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时，应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响，避免变频器过流。输出电抗器有两种类型，一种输出电抗器是铁芯式电抗器，当变频器的载波频率小于3KHZ 时采用。另一种输出电抗器是铁氧体式，当变频器的载波频率小于6KHZ 时采用。 2）Output dv/dt filter 输出dv/dt 电抗器，输出dv/dt 电抗器是为了限制变频器输出电压的上升率来确保电机的绝缘正常。 3）Sinusoidal filters 正弦波滤波器，它使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力。 在变频器的输入侧可加以下选件： 1）Input Reactor 进线电抗器，输入电抗器可以抑制谐波电流，提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响，一般情况下，都必须加进线电抗器。 2）输入EMC 无线电干扰滤波器，EMC 滤波器的作用是为了减少和抑制变频器所产生的电磁干扰。EMC 滤波器有两种，A级和B 级滤波器。EMC A级滤波器用在第二类场合即工业场合，满足EN50011A 级标准。EMC B 级滤波器多用于第一类场合即民用、轻工业场合，满足EN50011 B 级标准。 A&D Service & Support Page 3-4
目录 第 1 章绪论 (1) 1.1 PLC （可编程序控制器）概述 (1) 1.2 PLC 特点 (1) 第2章VFO 变频器介绍 (3) 2.1 松下变频器VF0 系列简介 (3) 2.2 设定变频器模式 (3) 2.3 变频器的控制方式 (4) 2.3.1 U/f=C 的正弦脉宽调制（SPWM控制方式 (4) 232 电压空间矢量（SVPWM控制方式 (4) 233 矢量控制（VQ方式 (5) 2.3.4 直接转矩控制（DTC方式 (5) 2.3.5 矩阵式交—交控制方式 (5) 2.4欧姆龙CP1H勺特点及功能简介 (6) 2.4.1 欧姆龙CP1H功能简介 (6) 2.4.2 欧姆龙功能简介 (7) 2.5 变频器接线 (7) 2.5.1 主回路接线 (7) 2.5.2 控制回路接线 (8) 2.5.3 接线注意事项 (8) 第 3 章电机介绍 (9) 3.1 电机的规格指标参数 (9) 3.2 电动机的工作原理 (10) 3.3 电动机的接线 (10) 3.4 PLC 、变频器、电机三者的运行关系 (10) 第 4 章PLC 变频调速系统的设计与调试 (11) 4.1 系统设计程序 (11) 4.2 接线图 (12) 4.3 程序调试 (12) 第 5 章课程总结 (14) 参考文献 (15)
第1章绪论 1.1 PLC （可编程序控制器）概述 PLC（可编程控制器）应用广泛，其CPU功能较强，可靠性高，但在输入输出I/O方面,PLC存在价格过高，扩展模块不隔离，输入信号还要进行编程运算来完成采集，品牌繁多，互不兼容，用户使用起来不方便等缺点。其在工业现场因其编程方便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。但受到内部硬件电路的限制，在运算速度、数据处理能力等方面和PC机相比，要逊色很多。因此在工业现场对复杂模型进行控制时，可以借助上位机PC来建立生产模型，通过构建SCC监督式控制系统，让下位机PC为一DCC直接数字控制系统，实现复杂系统的控制。另外，还可通过上位机PC和下位机PC组建监控系统，达到对工业现场实时监控的目的。其中关键技术为PC机和PC之间的通讯。本文首先介绍PC机与PLC的通讯种类和机制，然后就采用高级语言VB和组态软件MCGS对完成以上二者通讯。 PC机和PLC有两种通讯方式，一种是PC机作主动者，即主局，PLC为从动者，即子局。另一种是PLC为主局，而PC机为子局。无论工作在哪种方式，数据一般都采用串行方式来传输，即可通过RS232 RE422或RS485电缆线来进行信息传递。 在进行通讯时，首先将PC机和PLC传递信息的波特率设置一致。另外还要对奇偶校验位、传输数据位数和停止位进行设置。在PC机和PLC进行通讯时，要使用命令帧和响应帧的形式来进行信息传递。 每次通信送出的一组数据称作“帧”。帧可以从持有发送权的一方传出。每送出一帧，上位机或PLC就将发送权交给另一方。当接收方收到终端（命令或响应的终字符）或分界符（分割帧的字符）信息后，就将发送权转到另一方。 1.2 PLC特点 PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运
《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)