SPWM变频调速系统--jym.doc

设计内容与设计要求 一、设计内容： 1、电路功能： 1）用SPWM控制方式对交-直-交电压型变频调速系统进行控制，可使用SPWM的模拟控制或PWM的数字控制。要求采用双闭环控制。 2）电路由主电路与控制电路组成，电路主要环节：交-直-交变频电路及相关滤波环节。控制电路主要环节：SPWM产生电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路、各类调节器等。 3）主电路电力电子开关器件IGBT或MOSFET。 4）系统要求检测电路与保护电路设计较完整。 2 1）要求采用SPWM控制方式，整个系统要求采用双闭环系统。 2）设计思路清晰，给出整体设计框图； 3）单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 4）分析各部分电路的工作原理，给出必要的波形分析。 5）绘制总电路图, 写出设计报告； 主要设计条件 1、设计依据主要参数 输入电压：三相（AC）380V（1+10%） 负载为三相笼型电机功率为3kW，功率因数为0.7，电机最高转速1500rpm。 负载空载损耗取电机额定功率的5%。 2. 可提供实验与仿真条件 第1章 概述 1.1 SPWM变频调速系统概述 二十世纪末以来,电力电子技术及大规模集成电路，SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用PWM技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或电压脉冲周期以达到改变电压的目的，或者通过控制电压脉冲宽度和电压脉冲序列的周期以达到变压和变频的目的。在变频调速中，前者主要应用于PWM斩波（DC－DC变换），后者主要应用于PWM逆变（DC－AC变换）。PWM脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。相当于基波分量的信号波（调制波）并不一定指正弦波，在PWM优化模式控制中可以是预畸变的信号波，正弦信号波是一种最通常的调制信号，但决不是最优信号。 PWM控制技术有许多种，并且还在不断发展中。但从控制思想上分，可把它们分成四类，即等脉宽PWM法、正弦波PWM法（SPWM）、磁链跟踪PWM法（SVPWM）和电流跟踪PWM法等。本课题设计主要介绍正弦波SPWM的变频调速控制系统。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值的原理，就是面积等效原理，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加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同宽度的脉冲来等效一些想要的波形。PWMPWM斩波（DC－DC变换），后者主要应用于PWM逆变（DC－AC变换）。PWM脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。相当于基波分量的信号波（调制波）并不一定指正弦波，在PWM优化模式控制中可以是预畸变的信号波，正弦信号波是一种最通常的调制信号，但决不是最优信号。根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，而这种的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM（Sinusoidal PWM）逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。主电路为AC/DC/AC逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器组成。三相交流电经桥式整流后，得到脉动的直流电压经电容器滤波后供给逆变器。2 主电路设计 1.整流器 本课题中的整流器是使用六个二极管组成，如图2所示，它把工频电源变换为直流电源。因为电机的功率为3KW,功率因素为0.7,在选择整流器的二极管时，二极管承受反向最大电压Udm=1.414U=288V，考虑3倍裕量，则 Utn=3*537=864V 取900v 该电路整流输出接有大电容，而且负载也不是纯电感负载，但为了简化计算，仍可按电感计算，只是电流裕量要可适当取大些即可。 IdD=0.5Id=250A ID=1/1.414Id=354A ID(AV)=2