基于SPWM变频调速系统的毕业设计论文(带仿真图)

摘要变频调速是交流电动机各种调速方式中效率最高、性能最好的调速方法,在整个交流调速中占有重要的地位。

采用MATLAB软件包中的SIMULINK对基于数学模型基础上的电气传动控制系统进行仿真建模，具有建模简便、结构直观、操作灵活等优点，并且仿真结果具有较高的精度。

本文介绍了现代交流调速系统的概况、矢量控制的基本概念以及在三相坐标系和两相坐标系下的异步电动机的数学模型。

并在此基础上应用MATLAB下的仿真工具SIMULINK软件建立了按转子磁场定向的异步电动机的数学模型，并对其进行仿真分析。

重点是对交流电机SPWM变频调速矢量控制系统的建模和仿真，并给出了仿真模型和仿真结果。

关键词：MATLAB/SIMULINK，矢量控制，异步电动机，仿真目录摘要 (I)ABSTRACT ................................... 错误！未定义书签。

第一章概述 (1)1.1现代交流调速系统的发展 (1)1.2矢量控制 (2)1.3研究内容 (3)第二章异步电动机的多变量数学模型 (4)2.1异步电动机在三相坐标系上的数学模型和性质 (4)2.1.1 异步电动机在三相坐标系上的数学模型 (4)2.1.2 异步电动机在三相坐标系上数学模型的性质 (9)2.2坐标变换 (10)2.2.1 三相静止/两相静止坐标变换（3S/2S） (11)2.2.2 两相静止/两相同步旋转的坐标变换（2S/2R） (13)2.2.3 直角坐标—极坐标变换(K/P) (14)2.3异步电动机在两相坐标系上的数学模型 (15)2.3.1 两相任意旋转坐标系上的数学模型 (15)2.3.2 两相静止坐标系上的数学模型 (18)2.3.3 两相同步旋转坐标系上的数学模型 (19)2.3.4 按转子磁场（磁通）定向的数学模型 (19)第三章异步电动机的矢量控制策略 (22)3.1矢量控制的基本思想 (22)3.1.1 矢量控制方法的提出 (22)3.1.2 矢量控制变换的思路 (22)3.2按转子磁场定向的矢量控制的实现 (23)3.3正弦波脉宽调制技术 (26)3.3.1 正弦波脉宽调制的原理 (26)3.3.2 SPWM控制方法 (26)3.3.3 电压型三相桥式逆变器 (27)第四章模型的建立和仿真结果分析 (28)4.1MATLAB/SIMULINK简介 (28)4.2异步电动机仿真模型子系统的建立 (28)4.2.1 3S/2R变换 (28)4.2.2 2R/3S变换 (29)4.2.3 电压电流变换 (30)4.2.4 异步电动机矢量控制模型 (30)4.2.5 电流电压变换 (31)4.2.6 逆变器模型仿真结构 (31)4.3异步电动机模型仿真 (31)4.3.1 异步电动机转速和电磁转矩的关系..................... 错误！未定义书签。

摘要随着电力电子器件和微处理器芯片的发展，使得数字化变频调速技术成为当代电机控制技术的趋势。

传统的SPWM控制算法未顾及输出电流波形，不易于数字化。

所以需要更进一步的控制算法，来使电机产生恒定转矩，于是便产生电压空间矢量PWM(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)控制算法。

变频器SVPWM控制系统就是利用该算法的来对异步电机实行控制的，它的输出谐波小，也使得直流侧的电压利用率提升了15%。

本课题变频器的控制芯片是TMS320F2812DSP，采用SVPWM调制技术，产生PWM波形，并对6个IGBT的通断进行控制，从而在电机空间产生圆形旋转磁场，使电机产生恒定转矩。

本文最后一章还使用MATLAB /SIMULINK对变频器SVPWM进行仿真分析，仿真结果进一步验证了变频器SVPWM算法的可行性和正确性。

关键词：变频器；SVPWM；异步电机；MATLAB/SIMULINK仿真AbstractWith the development of power electronic devices and microproc essor chips, digital frequency conversion technology has become the trend of modern motor control technology. The traditional SPWM control algorithm does not take into account the output current waveform, not easy to digitize. Therefore, the need for further control algorithms, so that the motor generates a constant torque, so it will produce a voltage space vector PWM (Space Vector Pulse Width, SVPWM). Inverter SVPWM control system is the use of the algorithm to control the motor, its output harmonic is small, but also makes the DC side voltage utilization increased by 15%.The inverter control chip is TMS320F2812DSP, using SVPWM modulation technology, PWM waveform, and the 6 IGBT on-off control, resulting in a circular rotating magnetic field in motor space, makes the motor produce constant torque. In the last chapter of this paper, MATLAB /SIMULINK is used to simulate the frequency converter SVPWM, and the simulation results verify the feasibility and correctness of the SVPWM algorithm.Keywords: inverter;Space Vector Pulse Width Modulation;Asynchronous motor;simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2变频器SVPWM的发展现状和趋势 (3)1.3课题研究要求及任务 (6)1.4论文的主要内容 (7)2变频器SVPWM控制系统结构及原理 (8)2.1变频器SVPWM控制系统结构 (8)2.2变频器SVPWM基本原理 (10)2.3变频器SVPWM法则推导 (12)2.4变频器SVPWM控制算法 (14)3变频器SVPWM控制系统设计 (22)3.1总体设计 (22)3.2主电路设计 (22)3.3驱动电路设计 (24)3.4控制电路设计 (26)3.5软件设计 (28)4变频器SVPWM控制系统建模仿真及结果分析 (29)4.1系统仿真模型的建立 (29)4.2系统仿真结果分析 (34)总结 (38)参考文献 (39)致谢 (40)1 绪论1.1 课题研究背景及意义在当今工业社会，能源的有效利用一直是科学研究的重要方向，这关乎与我们的可持续发展，因此，节能研究就显得越来越重要。

摘要近年来,交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课题,并且随着新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展，交流变频调速技术还将会取得巨大进步。

本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同时采用EXB840构成IGBT的驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控的功率环节，电路结构比较简单。

V控制，同时，软件程序使得参数的输入和变频器运行方式本文在控制上采用恒f的改变极为方便，新型集成元件的采用也使得它的开发周期短。

另外，本文对SA4828三相SPWM波发生器的使用和编程进行了详细介绍，完成了整个系统控制部分的软硬件设计。

V控制，SA4828波形发生器关键字:变频调速，正弦脉宽调制，fABSTRACTRecently, the research of variable frequency speed variation of AC motor and relevant technology has become an important issue in electrical drive field, with the appearance of new power electron apparatus and microprocessor and the development of the control theory, the technology of variable frequency speed variation will improve more rapidly.This thesis has a research on these technologies: Variable Voltage Variable Frequency motor drive, inverter, and the creation principle of SPWM, Based on the results of the study, I designed a system of a new digital three phases VVVF motor drive system. It uses ASIC-SA4828 controlled by 8051 as main controlling core, it uses IGBT as power device, and uses EXB840 as drive. It uses diodes as converting circuit unit, which makes power factor close to 1. Because I only need to control inverter, the whole circuit is very simple.V operation. At the same time, it is very convenient toI adopt the means of linear finput parameters or change the drive’s operating mode due to the software proced ure. Moreover, owing to the advantages of the new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive.This thesis has also detail introduced the method of the usage and the programs of the three phases SPWM wave generator SA4828. The software and the hardware of the control part in system have been completed.V Keywords: variable frequency speed control，Sine Pulse Width Modulation (SPWM)，f operation; SA4828 Wave Generator目录摘要 (i)Abstract (ii)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 (7)2.1 三相异步电机工作的基本原理 (7)2.1.1 异步电机的等效电路 (7)2.1.2 异步电动机的转矩 (8)2.1.3 异步电动机的机械特性 (9)2.1.4 异步电机变频调速原理 (11)3变频器主电路设计 (12)3.1 主电路的工作原理 (12)3.1.1 主电路各部分的设计 (12)3.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理 (13)3.2 主电路参数计算 (16)3.3 IGBT及驱动模块介绍 (17)3.3.1 IGBT简介及驱动要求 (17)3.3.2 EXB840的内部结构 (19)3.3.2 采用EXB840的IGBT驱动电路 (20)4控制回路设计 (21)4.1 驱动电路设计 (21)4.1.1 SPWM调制技术简介 (21)4.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 (23)4.2 保护电路 (24)4.2.1 过、欠压保护电路设计 (24)4.2.2 过流保护设计 (26)4.3 控制系统的实现 (27)5变频器软件设计 (29)5.1 流程图 (29)5.2 SA4828的编程 (29)5.2.1 初始化寄存器编程 (29)5.2.2 控制寄存器编程 (32)5.3 程序设计 (33)6变频器用MATLAB/SIMULINK仿真 (29)6.1 MATLAB/SIMULINK简介 (29)6.2 基于SPWM变频调速系统的仿真 (29)总结 (48)参考文献 (49)致谢 (50)1绪论1.1 变频调速技术简介变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。

摘要变频调速是交流电动机各种调速方式中效率最高、性能最好的调速方法,在整个交流调速中占有重要的地位。

采用MATLAB软件包中的SIMULINK对基于数学模型基础上的电气传动控制系统进行仿真建模，具有建模简便、结构直观、操作灵活等优点，并且仿真结果具有较高的精度。

本文介绍了现代交流调速系统的概况、矢量控制的基本概念以及在三相坐标系和两相坐标系下的异步电动机的数学模型。

并在此基础上应用MATLAB下的仿真工具SIMULINK软件建立了按转子磁场定向的异步电动机的数学模型，并对其进行仿真分析。

重点是对交流电机SPWM变频调速矢量控制系统的建模和仿真，并给出了仿真模型和仿真结果。

关键词：MATLAB/SIMULINK，矢量控制，异步电动机，仿真ABSTRACTVariable-frequency speed regulation is the most efficient way and the best performance and plays an important role in the whole motor speed control. The electric transmission control system simulation models are based on mathematical models used the SIMULINK which belongs to the MATLAB software package to simulate, it provides with modeling a simple, intuitive structure, operational flexibility and other advantages, and the simulation results with high accuracy.This paper mainly introduced the development of AC regulating speed system and the basis idea of Vector control and the dynamic models of induction motor which in the 3-phase references and 2-phase reference. Using SIMULINK in software MATLAB establish and simulate the dynamic model in the 2-phase synchronous rotary references. The emphases are to simulate about vector control system of the SPWM variable frequency control, and to give the simulation result and the analysis of the result.Key words:MATLAB/SIMULINK, Vector control, Asynchronous motor, Simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章概述 (1)1.1现代交流调速系统的发展 (1)1.2矢量控制 (2)1.3研究内容 (3)第二章异步电动机的多变量数学模型 (4)2.1异步电动机在三相坐标系上的数学模型和性质 (4)2.1.1 异步电动机在三相坐标系上的数学模型 (4)2.1.2 异步电动机在三相坐标系上数学模型的性质 (9)2.2坐标变换 (10)2.2.1 三相静止/两相静止坐标变换（3S/2S） (11)2.2.2 两相静止/两相同步旋转的坐标变换（2S/2R） (13)2.2.3 直角坐标—极坐标变换(K/P) (14)2.3异步电动机在两相坐标系上的数学模型 (15)2.3.1 两相任意旋转坐标系上的数学模型 (15)2.3.2 两相静止坐标系上的数学模型 (18)2.3.3 两相同步旋转坐标系上的数学模型 (19)2.3.4 按转子磁场（磁通）定向的数学模型 (19)第三章异步电动机的矢量控制策略 (22)3.1矢量控制的基本思想 (22)3.1.1 矢量控制方法的提出 (22)3.1.2 矢量控制变换的思路 (22)3.2按转子磁场定向的矢量控制的实现 (23)3.3正弦波脉宽调制技术 (26)3.3.1 正弦波脉宽调制的原理 (26)3.3.2 SPWM控制方法 (26)3.3.3 电压型三相桥式逆变器 (27)第四章模型的建立和仿真结果分析 (28)4.1MATLAB/SIMULINK简介 (28)4.2异步电动机仿真模型子系统的建立 (28)4.2.1 3S/2R变换 (28)4.2.2 2R/3S变换 (29)4.2.3 电压电流变换 (30)4.2.4 异步电动机矢量控制模型 (30)4.2.5 电流电压变换 (31)4.2.6 逆变器模型仿真结构 (31)4.3异步电动机模型仿真 (31)4.3.1 异步电动机转速和电磁转矩的关系........................ 错误!未定义书签。

SPWM变频调速系统的MATLAB仿真1.1系统仿真综述在采用电力半导体器件对电动机进行交流调速的分析研究中，计算机仿真技术已经显示出了它的巨大优越性。

MATLAB/SIMULINK环境是一种优秀的系统仿真软件，使用它可以大大提高系统仿真和CAD的效率和可靠性。

本设计的特点是用MATLAB对基于SPWM控制的交流异步电动机变频调速系统进行仿真分析。

系统仿真模型主要由整流器、滤波器、逆变器、电动机模型以及SPWM控制器几部分组成，对实际系统的分析与研究十分有帮助。

本文根据电力电子器件的开关原理、PWM调制方式的动作过程和自动控制理论，结合具体的电路拓扑结构并基于多信息融合思想，构建计算机仿真方案，在通过分析比较仿真波形、仪表的显示结果和存储示波器的记录，检验数学模型、电路拓扑结构、调节器方式和主要元器件参数是否正确，修改设计方案，逐步达到预期的目的。

本文用仿真调速系统控制一台三相异步电动机。

系统工作过程是：首先通过电网中获得三相对称交流电，然后经过三相不可控整流和SPWM控制方式下的逆变器为电动机提供电源。

电动机在三相逆变电源的控制下产生电磁转矩带动负载工作。

在本系统中，三相桥式逆变电路的基本工作方式采用的是导电方式，同一相(即同一半桥)上下两个臂交替导电，这样，在任意瞬间，将有3个桥臂同时导通。

在控制电路中，采用的是正弦波脉宽调制法(SPWM)，即三角形载波信号和三相对称的正弦波参考信号相比较，在交点处发出三相脉冲调制信号，去驱动逆变器主回路的各IGBT的基极，当改变参考信号的幅值时，相电位脉冲的脉宽随之改变，从而改变了主回路基波相电压的大小。

当改变参考信号的频率时，输出电压的频率随之改变。

如果同时改变参考电压的幅值和频率，就可以实现变频调速系统u/f＝常数的要求。

这种调制方式的特点是在半个周期内，脉冲间中心线等距，脉冲等幅、调宽，各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比。

在SPWM方式中，经常要用到调制系数M(M＝调制波幅值/载波幅值)。

SPWM变频调速系统设计毕业论文毕业论文SPWM变频调速系统毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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毕设论文--异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析摘要在分析SPWM原理的基础上，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了SPWM调速系统的仿真模型并说明了规则采样法的可行性。

该模型主要利用S-函数模拟自然采样法和规则采样法的控制规则并应用电力系统工具箱构建逆变桥和电机，能够比较好的模拟真实的系统并实现变频调速的功能。

通过对仿真结果的分析，对比自然采样法和规则采样法控制性能的差异，得出了规则采样法在工程实际中应用的可行性。

关键词：SPWM，异步电机，MATLAB，仿真，规则采样法，自然采样法The Simulation and Analysis of the Fundmental Principle of Asynchronous Motor SPWM Speed AdjustingABSTRACTBase on analizing SPWM principle, the SPWM velocity modulation system's simulation model has been constructed by using the MATLAB/SIMULINK software.After analizing the results of simulation,the feasibility of the regular sample law is given out. This model mainly uses the S- function analogue natural sampling law and the regular sampling method control rule and construct inverter and machine ,this model can simulate the real system and realize the frequency conversion velocity modulation function. The simulation results is given out in this paper, though analizing the simulation results and constrasting the difference of the control performance of natural sampling law and regular sampling,the application feasibility of the regular sampling law in the project has been obtained. KEYWORDS: SPWM ,aynchronous motor,MATLAB,simulation, regular sampling law, ntural sampling law目录摘要......................................................................................................................................... I I ABSTRACT (III)1 绪论 (1)1.1交流调速系统的发展 (1)1.2交流调速系统的基本类型 (2)1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型 (2)1.2.2 同步电动机调速的基本类型 (4)2 Siulink 仿真基础 (5)2.1 Simulink简介 (5)2.1.1 Simulink启动 (5)2.1.2 Simulink 组成 (5)2.1.3 仿真过程 (6)2.2 Simulink 模块库简介 (6)2.3电力系统工具箱简介 (6)2.4 S-函数简介 (7)2.4.1 S-函数的基本概念 (7)2.4.2 S-函数的使用 (7)2.4.3 与S-函数相关的一些术语 (8)2.4.4 S-函数的工作原理 (8)2.4.5 编写M文件S-函数 (9)3 异步电动机变压变频调速系统 (11)3.1概述 (11)3.2变压变频调速的基本控制方式 (11)3.2.1 基频以下调速 (11)3.2.2 基频以上调速 (12)3.3异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 (13)4 PWM控制技术 (15)4.1 正弦脉宽调制原理及其优点 (15)4.1.1 SPWM原理 (15)4.1.2 SPWM的优点 (19)4.1.3关于SPWM的开关频率 (19)4.2 同步调制和异步调制 (20)4.2.1 异步调制 (20)4.2.2 同步调制 (20)4.2.3 分段同步调制 (20)4.3 SPWM波形的生成 (21)4.3.1 自然采样法 (21)4.3.2 规则采样法 (22)5 异步电动机SPWM变频调速仿真系统的设计 (24)5.1自然采样法系统的设计 (24)5.1.1 三角波的生成 (24)5.1.2 自然采样法SPWM 脉冲的生成 (26)5.1.3 直流电源 (26)5.1.4 逆变器的设计 (26)5.1.5 系统总框图的设计 (27)5.2 规则采样法系统的设计 (27)5.2.1 规则采样法脉冲的生成 (27)5.2.2 规则采样法系统总框图的设计 (30)5.3仿真分析 (30)5.3.1 额定转速（50HZ）的波形 (30)5.3.2 性能对比分析 (32)致谢 (38)参考文献 (39)1 绪论1.1 交流调速系统的发展[1]直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。

目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (2)2 三相交流电机变频调速系统的组成及工作原理 (3)2.1 变频调速系统工作原理 (3)2.2 系统框图 (4)3 系统硬件电路的设计 (5)3.1 主电路的设计 (5)3.1.1 主电路介绍 (5)3.1.2 整流电路 (5)3.1.3 电容滤波 (6)3.1.4 逆变电路 (6)3.2控制电路的设计 (6)3.2.1 驱动模块的选择 (6)3.2.2 单片机的选取 (8)3.2.3 SA4828芯片的介绍 (9)3.3 外围设备简介 (10)3.3.1 串口通信 (10)3.3.2 LED显示器 (11)3.3.3保护电路 (12)3.3.4 A/D转换器的选择 (12)3.4 系统硬件原理图 (13)4 系统软件的设计 (14)5 系统的仿真及结果分析 (17)5.1Simulink简介 (17)5.2 仿真模型的建立 (17)5.3MATLAB模块选用以及参数设置 (18)5.4仿真结果图形及其分析 (24)结束语 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)三相交流电动机变频调速系统的设计及仿真三相交流电动机变频调速系统的设计及仿真摘要本文讲述了一种采用专用集成电路SA4828设计电机变频调速的方法。

系统主要包括主电路和控制电路，其中主电路采用交-直-交控制方式，即先将交流电经过整流，滤波转变为直流电，再将直流电经逆变转变为频率可调的交流电。

整流部分用的是三项桥式整流电路，逆变电路用的是三项桥式逆变电路。

控制电路由MCS-52系列的89C52单片机、SA4828三相SPWM产生器和一些外围扩展芯片构成，其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点得到了充分体现，利用相应的软件，实现电机的调速要求。

驱动电路采用MC3PHA C芯片。

文章主要内容包括：SA4828的特性介绍及变频系统的主电路，控制电路，驱动电路，保护电路，调速系统及软件编程设计方法和仿真，所设计的系统实现了变频调速的全数字化控制，可靠性高。

摘要本文设计的PWM交流变频调速系统采用GTO作为主功率器件，以16位单片机8098为控制核心，辅以正弦脉宽调制专用芯片HEF4752V配合而完成三相异步电动机的PWM交流变频调速系统。

本调速系统充分利用了三相PWM集成芯片HEF4752V的低功耗、可编程、输出开关频率高等优点，与高能的16位单片机8098构成调速系统的微机控制部分。

同时采用HEF4752V产生的GTO驱动电路，HEF4752V的使用不仅使得系统的硬件设计得到简化，而且还有助于提高系统运行的可靠性。

该调速系统由8279构成键盘显示部分，键盘部分通过16键键盘输入命令，0~9为数字键、A~F 为功能键实现相应的功能；显示部分采用8位8段共阴极LED进行显示。

HEF4752V用于产生PWM信号，它能方便组成各种PWM逆变器-交流电机变频调速系统、不断电电源等。

本调速系统软件部分进行了系统主程序、键盘扫描程序、显示程序以及升降频的控制程序等的设计，还对PID算法进行介绍，并用其进行计算分析对本系统加以控制，为保证系统工作的可靠性，设计了多种保护电路和抗干扰措施。

该变频系统的研究开发将有利于风机、泵类等传统传动机构的技术改造，为变频器的开发和研究打下基础。

系统的实时控制性好，电路简单可靠，特别适用于中小功率的交流异步电动机的变频调速系统。

关键词：单片机；变频调速；HEF4752V；GTOAbstractIn this paper, A digital control of AC variable frequency drive system based on high carrier frequency PWM converter is developed. It uses the power GTO as main switch, the 16 bit single chip microcomputer 8098 as the control unit, the large-scale integration HEF4752V as PWM waveform generator.The advantages of HEF4752V are fully utilized. They are low consuming, programmable and high switching frequency. It forms the computer control component of the drive system with single chip microcomputer 8098. The GTO drive circuit uses HEF4752V driver. The hardware is simplified, and system reliability is improved. The system based on keyboard control. Its keyboard constitutes with 8279 .There are 16 keys in keyboard part. Keys 0~9 are data-keys, A~F are functional keys ，adopt 8 bit 8 total cathode LED displays. HEF4752V is designed specially for generating PWM signals, It is convenient to get various variable frequency variable speed PWM inverter-AC motor driver system, interrupt table power sources etc.The software is institute with main process, keyboard scan process, display process and high-down frequency control process. The PID control is using equivalent area principle. It is high accuracy and easy to calculate. It designs protect system to make the system work well.The hardware, the control algorithm and the software of the control system are discussed, shows that the system works well. The real-time control performance of this system is good and electrical circuit is simple and reliable. It is preferable in the small and middle AC asynchronous motor frequency change-timing system.Key Words: Single chip microcomputer；Frequency change-timing；HEF4752V；GTO目录第1章绪论 (1)1.1交流调速技术的发展概述 (1)1.1.1 发展过程 (1)1.1.2 交流调速系统分类 (2)1.1.3 交流调速系统的主要应用领域 (3)1.2器件技术与交流调速系统 (4)1.2.1 电力电子器件 (4)1.2.2发展前景 (7)1.3论文的总体设计内容 (8)第2章PWM变频调速原理 (9)2.1异步电动机变频调速运行原理 (9)2.2 PWM的调制方式 (10)2.3变频器的构成与功能 (11)2.3.1 主回路 (12)2.3.2 控制回路 (13)2.3.3 保护回路 (14)第3章硬件电路设计 (16)3.1 主回路 (16)3.2单片机控制系统 (16)3.2.1 控制核心8098单片机最小系统 (17)3.2.2 8253可编程定时/计数器 (18)3.2.3 键盘显示电路 (18)3.3 PWM信号的产生 (19)3.4转速测量电路 (23)3.4.1 M法工作原理 (24)3.4.2 T法工作原理 (24)3.4.3 M/T法工作原理 (25)3.5保护电路 (25)第4章软件设计 (27)4.1系统的工作过程 (27)4.2键盘显示原理 (29)4.3 变频调速的PID控制 (30)第5章系统调试 (33)5.1 系统调试 (33)5.2系统抗干扰措施 (33)5.2.1硬件抗干扰措施 (33)5.2.2软件抗干扰措施 (34)第6章结论 (35)参考文献 (36)致谢 (38)附录Ⅰ (39)附录Ⅱ (52)附录Ⅲ (54)附录Ⅳ (58)第1章 绪 论1.1 交流调速技术的发展概述1.1.1 发展过程19世纪相继诞生了直流电动机和交流电动机，由于直流电动机转矩容易控制，因此它作为调速电动机的代表在10世纪的大部分年代广泛地应用于工业生产中。

基于DSP的交流异步电机SPWM变频调速系统设计宋店波2,王永生2(1.国投新集集团刘庄煤矿,安徽淮南236232; 2.安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001)摘要:介绍了交流电机变频调速的基本原理,结合正弦脉宽调制(SPW M)技术,给出了一种基于DSP T MS320F240的交流异步电机变频调速控制系统,简述了实现该控制系统的硬件、软件设计方案。

实验证明,应用软件方法实时生成SWPM波用于异步电动机的变频调速方案减少了系统外围电路,具有很好的效果,系统可靠性高。

关键词:异步电机;DSP;变频调速;正弦脉宽调制中图分类号:T M343　文献标志码:A　文章编号:100320794(2008)1220123203 Design on Frequency Conversion V elocity Modulation System of ACAsynchronous Motor B ased on DSPSONG Dian-bo1,WANG Yong-sheng2(1.Liuzhuang M ine of G uotou X inji(G roup)C orporation,Huainan236232,China;2.C ollege of Mechanical Engineering,Anhui University of Science and T echnology,Huainan232001,China)Abstract:Introduce a basic frequency conversion velocity m odulation theory of AC asynchronous m otor.A de2 sign is reported based on DSP T MS320F240,combined with SPW M technology.It’s hardware and s oftware are described.The experimental result indicates that generate SPW M wave by the s oftware method has better per2 formance and m ore reliability with external circuit reduced.K ey w ords:asynchronous m otor;DSP;frequency conversion velocity m odulation;SPW M0　前言自从具有自关断能力的电力电子器件问世以了精选入选品位,在磨矿机处理能力相同时,可稳定提高精矿品位1%～2%。

本科毕业设计说明书基于单片机的SPWM变频调速器设计DESIGN OF SPWM FREQUENCY CONVERTER BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：电气工程及其自动化学生姓名：指导教师：2013年5 月30 日基于单片机的SPWM变频调速器设计摘要变频器具有调速精度高、响应快、保护功能完善、过载能力强、节能显著、维护方便、智能化程度高、易于实现复杂控制等优点。

从变频器技术发展来看，电动机交流变频技术将成为今后工业自动化的主要对象之一，是当今节能、节电、改善工艺流程，以及提高产品质量和改善环境、推进技术进步的一种主要手段。

变频器的发展趋势是小型化、智能化、多功能、大容量、低价格的方向。

本文重点介绍了C8051F040单片机硬件和软件设计，硬件电路方面详细阐述了单片机的最小系统及外围电路；软件设计方面，首先，通过单片机的可编程计数器阵列PCA来实现输出频率可变的正弦脉宽调制控制波形，具体包括PCA的设置和16位SPWM实现的软件编程；其次，给出单片机内部的频率捕捉程序和软件设计；最后，分析了单片机最小脉冲的解决方法。

该SPWM波形控制方法简单，精度较高，效率高，实时性好。

目前市场相继推出的数字式SPWM变频器中，大多数都采用了专用的SPWM 芯片（如HEF4752，SLE480）.这样可以使编程简单，但增加了投入，鉴于此，本设计主要是通过单片机的控制，产生SPWM波形的变频器，从而降低变频器的成本，可以使变频器得以推广。

关键词：单片机,SPWM ,变频器DESIGN OF SPWM FREQUENCY CONVERTER BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTERABSTRACTFrequency converter speed control precision, fast response, good protecting function, strong overload capacity, energy saving significantly, convenient maintenance, high intelligent degree, easy to realize complex control, etc. From the inverter technology, ac. frequency conversion electric motor technology will become one of the main object in industrial automation, is the energy saving, power saving, improve process flow, and improve product quality and improve the environment, one of the main means to promote technological progress. Inverter is the development trend of miniaturization, intelligent, multi-functional, large capacity, low price direction.This article focuses on the C8051F040 microcontroller hardware and software design, hardware circuit aspects in detail elaborated the SCM smallest system and the peripheral circuit; Software design aspects, first of all, through the single-chip microcomputer programmable counter array PCA to realize the output variable frequency sinusoidal PWM control waveform, including the setting of PCA and 16-bit SPWM realization of software programming; Second, given the frequency of thesingle chip microcomputer internal capture program and software design; Finally, the paper analyzes the single chip microcomputer minimum pulse solutions. The SPWM waveform control method is simple, high precision, high efficiency and good real-time.Launched digital SPWM inverter in the market at present, most of them adopt the SPWM dedicated chip (such as HEF4752, SLE480). This allows the programming is simple, but increase the investment, in view of this, this design is mainly controlled by MCU, produces SPWM waveform of the inverter, and reduces the cost of the inverter, can make the inverter to promotion.KEY WARDS:single chip microcomputer, SPWM, the inverter目录摘要 (I)1 绪论 (1)1.1 国内外的发展现状 (1)1.1.1 国内的发展现状 (1)1.1.2 国外的发展现状 (1)1.2 研究背景 (2)1.3 本论文的组织和结构 (3)2 变频器的控制及其原理 (4)2.1 变频器简介 (4)2.1.1 变频器的分类 (4)2.1.2 变频器的应用领域 (4)2.2 变频器的原理 (4)2.2.1 交——交变频 (4)2.2.2 交——直——交变频 (5)2.2.3 变频器的电路图 (6)2.3 SPWM变频器IGBT输出的调制方式 (7)2.3.1 SPWM原理 (7)2.3.2 SPWM的调制方式 (8)2.4 U/f的控制方式 (11)3 硬件设计 (13)3.1 硬件系统原理框图及其总体方案 (13)3.1.1 系统结构框图 (13)3.1.2 专用芯片SLE4520结构及简介 (13)3.2 C8051单片机简介 (15)3.2.1 单片机的发展 (15)3.2.2 单片机的最小系统 (15)3.2.3 单片机的键盘及显示电路 (16)3.3 IGBT驱动及其电路 (20)3.3.1 IGBT简介 (20)3.3.2 IGBT驱动 (20)3.3.3 IGBT的保护电路 (22)3.4 控制电路设计 (23)4 软件设计 (25)4.1 SPWM波的生成 (25)4.1.1 计数器阵列PCA (25)4.1.2 SPWM波形的生成 (27)4.2 16位的SPWM软件编程 (28)4.3 频率的捕捉程序 (29)4.4 最小脉冲问题分析 (30)5 结论与展望 (31)5.1 变频器的结论 (31)5.2 设计的展望 (31)参考文献 (33)致谢 (36)1 绪论随着电力电子技术和微机控制技术的进步，为交流电力拖动的开发创造提供了更有利的发展条件。

基于MATLAB_SIMULINK实现三相交流异步电机SPWM调速控制的仿真与研究课程名称：电气工程课程设计基于MATLAB_SIMULINK三相交流异步电机SPWM控制调速的仿真与研究一．PWM控制的基本原理在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲在具有惯性的环节上，其效果基本相同。

冲量即指窄脉冲的面积。

这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常相近，仅在高频段略有差异。

当窄脉冲的形状不同，而它们的面积相等，那么，当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。

当窄脉冲变为单位冲击函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。

脉冲越窄，各脉冲响应波形的差异也越小。

如果周期性的施加脉冲，则响应也是周期的，用傅里叶级数分解后将可看出各波形在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

上述原理即称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

下面分析如何使用一系列等副不等宽的脉冲来代替一个正弦波。

将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列利用相同数量的等副而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦半波部分面积相等，而得到一系列的脉冲序列，即PWM波形。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

对于正弦半波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称之为SPWM（Sinusoidal PWM)波形。

二．电压型PWM逆变电路及其控制方法本实验采用调制法，即把希望输出的波形（正弦波）作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。

武汉理工大学毕业设计（论文）数字式SPWM控制技术研究学院（系）：自动化学院专业班级：电气学生姓名：指导教师：副教授武汉理工大学本科生毕业设计（论文）任务书学院：自动化学院专业班级：电气姓名：学号：毕业设计（论文）题目：数字式SPWM控制技术研究任务书含以下方面的内容：（一）设计（论文）主要内容：设计一种50Hz高频逆变器，输入为直流，输出为220V、50Hz交流AC。

设计全桥逆变电路，研究逆变控制技术，设计SPWM控制器，建立系统模型并仿真。

重点研究单极性SPWM调制技术及双极性BSPWM调制技术，利用MATLAB仿真研究两种调制技术对逆变器的影响及优缺点比较，重点分析比较输出谐波与转换效率。

（二）要求完成的主要任务：1. 完成不少于2万印刷符，且与选题有关的英文文献翻译工作；2. 查阅相关文献资料（论文参考文献不低于中文13篇，英文2篇）；3. 撰写开题报告；4. 掌握单极性SPWM调制技术及双极性BSPWM调制技术；5. 根据系统要求，完成逆变器主电路与控制电路的硬件设计，主要器件的选型6. 完成的控制器的控制策略设计7. MATLAB建模并完成系统仿真8. 绘制图纸3张（三）进度安排第1周-第2周收集高频链逆变有关资料，分析SPWM调制原理第3周-第4周设计并比较逆变方案，完成开题报告第5周-第10周逆变电路设计，相关参数计算第11周-第15周MATLAB软件仿真实现，比较两种波形FFT并得出结论第16周-第17周撰写毕业设计报告，完成答辩（四）必读参考资料及主要参考文献[1]林飞,杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真.北京:中国电力出版社,2008[2]林渭勋.现代电力电子电路.杭州:浙江大学出版社,2002[3]陈坚.电力电子学-电力电子变换与控制技术.北京:高等教育出版社,2002 （五）其他要求无指导教师签名：年月日系主任签名：年月日院长签名（章）：年月日本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名：导师姓名、职称：、副教授所属学院：自动化学院专业班级：电气0906班设计（论文）题目：数字式SPWM控制技术研究2013年 3 月25日开题报告填写要求1．开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后两周内完成。

SPWM变频调速矢量控制系统的建模与仿真一、本文概述Overview of this article随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，变频调速技术已成为现代工业控制领域中的一项重要技术。

其中，正弦脉宽调制（SPWM）作为一种高效、精确的变频调速方法，被广泛应用于电机驱动、风电、电力系统等领域。

本文旨在探讨SPWM变频调速矢量控制系统的建模与仿真，通过深入分析和研究，为实际应用提供理论支持和技术指导。

With the rapid development of power electronics and computer technology, variable frequency speed regulation technology has become an important technology in the field of modern industrial control. Among them, sine pulse width modulation (SPWM), as an efficient and accurate variable frequency speed regulation method, is widely used in fields such as motor drive, wind power, and power systems. This article aims to explore the modeling and simulation of SPWM variable frequency speed vector control system, and provide theoretical support and technical guidance for practical applicationsthrough in-depth analysis and research.本文将详细介绍SPWM变频调速矢量控制系统的基本原理和组成结构，包括正弦脉宽调制的原理、矢量控制的基本原理、系统的硬件组成和软件设计等方面。

SPWM在交流调速系统中的应用：班级：学号：目录序言 (2)1.正弦脉宽调制SPWM型逆变器基础理论 (2)1.1正弦脉宽调制（SPWM） (3)1.2 SPWM波的调制条件 (5)2.三相SPWM逆变电路带星型负载的仿真 (5)2.1建立三相SPWM仿真模型： (6)2.2仿真结果分析 (7)3．三相异步电机调速系统SPWM电压型逆变器的仿真 (10)3.1 建立模型基础概念 (10)3.2 SPWM电压型逆变器矢量仿真模型的建立 (11)3.3 仿真结果及其分析 (13)序言交流电机传动的电力机车是由电压型、电流型交直交变流器供电的异步电机组成的系统，包括整流器，直流中间环节，和逆变部分。

而逆变器是控制 6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变电件的通断，可以得到不路。

按照一定规律控制同频率的三相交流输出各半导体开关器件的通断，可以得到不同频率的三相交流输出。

本文针对逆变环节，在理论分析的基础上，对针对带一般星型电感性负载，和在三相异步电机的情况下分别进行了MATLAB仿真，并对负载突然变动时的情况进行了讨论（添加一个阶跃转矩），在对三相异步电机进行仿真时，采用了转差频率控制的矢量控制模型，即使在负载变动的情况下，系统仍能在很短的时间达到稳定，可见其具有很好的调速性能。

为了简便起见，本文仅针对电压源型逆变环节进行讨论，所以在MATLAB仿真中，直流中间环节采用直流电源替换，电压源型逆变器的原理图如下图所示：电压型逆变器1.正弦脉宽调制SPWM型逆变器基础理论所谓PWM（Pulse Width Modulation）是用直流斩波的方法，将逆变器的输出相电压调制成幅值相等的若干个矩形电压脉冲，通过调节占空比改变脉冲宽度，即可改变输出电压的大小，而调节一个周期的循环开断时间可改变输出电压频率，从而在逆变器上实现VVVF 的综合控制。

下图是PWM 变频器的主电路原理图，图中以IGBT 全控功率元件143652VT VT VT VT VT VT 、、、、、构成A 、B 、C 三相桥臂，为简化图形，与各开关元件并联的续流二极管未画出，三相电阻负载‘Y ’接。

摘要变频调速是交流电动机各种调速方式中效率最高、性能最好的调速方法,在整个交流调速中占有重要的地位。

采用MATLAB软件包中的SIMULINK对基于数学模型基础上的电气传动控制系统进行仿真建模，具有建模简便、结构直观、操作灵活等优点，并且仿真结果具有较高的精度。

本文介绍了现代交流调速系统的概况、矢量控制的基本概念以及在三相坐标系和两相坐标系下的异步电动机的数学模型。

并在此基础上应用MATLAB下的仿真工具SIMULINK软件建立了按转子磁场定向的异步电动机的数学模型，并对其进行仿真分析。

重点是对交流电机SPWM变频调速矢量控制系统的建模和仿真，并给出了仿真模型和仿真结果。

关键词：MATLAB/SIMULINK，矢量控制，异步电动机，仿真目录摘要 (I)ABSTRACT ................................... 错误！未定义书签。

第一章概述 (1)1.1现代交流调速系统的发展 (1)1.2矢量控制 (2)1.3研究内容 (3)第二章异步电动机的多变量数学模型 (4)2.1异步电动机在三相坐标系上的数学模型和性质 (4)2.1.1 异步电动机在三相坐标系上的数学模型 (4)2.1.2 异步电动机在三相坐标系上数学模型的性质 (9)2.2坐标变换 (10)2.2.1 三相静止/两相静止坐标变换（3S/2S） (11)2.2.2 两相静止/两相同步旋转的坐标变换（2S/2R） (13)2.2.3 直角坐标—极坐标变换(K/P) (14)2.3异步电动机在两相坐标系上的数学模型 (15)2.3.1 两相任意旋转坐标系上的数学模型 (15)2.3.2 两相静止坐标系上的数学模型 (18)2.3.3 两相同步旋转坐标系上的数学模型 (19)2.3.4 按转子磁场（磁通）定向的数学模型 (19)第三章异步电动机的矢量控制策略 (22)3.1矢量控制的基本思想 (22)3.1.1 矢量控制方法的提出 (22)3.1.2 矢量控制变换的思路 (22)3.2按转子磁场定向的矢量控制的实现 (23)3.3正弦波脉宽调制技术 (26)3.3.1 正弦波脉宽调制的原理 (26)3.3.2 SPWM控制方法 (26)3.3.3 电压型三相桥式逆变器 (27)第四章模型的建立和仿真结果分析 (28)4.1MATLAB/SIMULINK简介 (28)4.2异步电动机仿真模型子系统的建立 (28)4.2.1 3S/2R变换 (28)4.2.2 2R/3S变换 (29)4.2.3 电压电流变换 (30)4.2.4 异步电动机矢量控制模型 (30)4.2.5 电流电压变换 (31)4.2.6 逆变器模型仿真结构 (31)4.3异步电动机模型仿真 (31)4.3.1 异步电动机转速和电磁转矩的关系..................... 错误！未定义书签。

基于SPWM三相逆变器的仿真与设计-电路与系统专业论文本文介绍了基于SPWM（Sinusoidal ___）三相逆变器的仿真与设计。

论文首先阐述了研究的背景，包括三相逆变器在工业和电力系统中的应用。

然后确定了论文的目的，即通过仿真与设计探索SPWM三相逆变器的性能和特性。

根据此目的，采用了相应的方法，包括建立逆变器的数学模型、实施SPWM控制策略以及进行仿真和设计。

最后，通过实施所提出的仿真与设计方法，得出了相应的结果。

本文的研究对于理解和优化基于SPWM三相逆变器的电路与系统具有重要的意义。

关键词：SPWM，三相逆变器，仿真，设计，性能，特性该论文旨在研究基于SPWM（___）三相逆变器的仿真与设计。

本部分将介绍研究的背景和相关的文献综述，阐明研究的目的和意义。

该部分将介绍使用的研究方法和仿真工具，以及实验的设计和参数设置等。

该部分将介绍仿真和设计的过程，并展示结果和讨论。

在本研究中，我们采用了SPWM （Sinusoidal ___）技术，设计了一个三相逆变器电路。

我们使用了模拟仿真软件来验证电路的性能和波形输出。

首先，我们搭建了逆变器的电路图，并配置了相应的元件和参数。

然后，我们使用SPWM技术来产生需要的输出波形。

通过调整占空比和频率，我们可以调节输出电压的幅值和频率。

接下来，我们进行了仿真实验。

我们改变了载荷的变化情况，通过观察输出波形和性能参数，评估了逆变器的稳定性和效率。

根据我们的仿真实验，我们得出了以下设计结果：输出波形：通过SPWM技术，我们成功地实现了三相逆变器的正弦波输出。

输出波形的幅值和频率可以根据需要进行调节。

稳定性分析：我们对逆变器在不同载荷情况下的稳定性进行了分析。

结果表明，在正常工作范围内，逆变器可以稳定地输出所需电压，并且对载荷变化具有较好的适应性。

效率评估：我们还对逆变器的效率进行了评估。

根据我们的实验结果，逆变器在适当的设计参数下可以实现较高的效率。

根据我们的仿真和设计结果，我们可以得出以下结论：基于SPWM技术的三相逆变器具有良好的波形质量和稳定性，可以满足多种应用需求。