毕业设计（论文）-基于ti2802dsp开发板的交流调速系统的软件设计

苏州大学本科生毕业设计（论文）1目录第一章绪论411DSP技术发展的概况412DSP芯片的发展413DSP技术的发展方向和应用前景514论文的主要研究内容6第二章三相交流电机的结构和工作原理721三相交流电机的结构722三相交流电机的工作原理823异步电动机变压变频调速9第三章系统硬件电路设计1131控制芯片介绍11311TB模块12312CC模块1332光耦驱动部分14第四章系统软件设计1441SPWM波采样方法1542规则采样法1543分段同步调制1744程序代码注解17第五章调试结果及分析2051SPWM波实验结果2052SPWM波形分析21结论23参考文献24致谢25附录26苏州大学本科生毕业设计（论文）2摘要数字信号处理DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的几十年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。本文介绍了基于DSPTI2802的交流调速系统的研制。主要在程序方面进行了较为深入的探讨,对EPWM模块进行了较为详细的解析，通过程序的编译生成可调的SPWM波，从而控制三相异步电机按我们所要的电机转速的梯形运行。关键词DSPSPWM苏州大学本科生毕业设计（论文）3ABSTRACTDIGITALSIGNALPROCESSINGDSPISAINVOLVESMANYDISCIPLINESANDWIDELYAPPLIEDINMANYFIELDSOFTHEEMERGINGDISCIPLINESINCETHENINETEENSIXTIES,ALONGWITHTHECOMPUTERANDTHERAPIDDEVELOPMENTOFINFORMATIONTECHNOLOGY,DIGITALSIGNALPROCESSINGTECHNOLOGYTOEMERGEASTHETIMESREQUIREANDGETSARAPIDDEVELOPMENTDIGITALSIGNALPROCESSINGISTHROUGHTHEUSEOFAMATHEMATICALSKILLSTOPERFORMTHECONVERSIONOREXTRACTIONOFINFORMATION,TODEALWITHREALSIGNALS,THESESIGNALSBYDIGITALSEQUENCEINTHEPASTFEWYEARS,DIGITALSIGNALPROCESSINGINTELECOMMUNICATIONSANDOTHERFIELDSHASBEENWIDELYAPPLIEDTHISPAPERINTRODUCESTHECOMMUNICATIONBASEDONDSPTI2802SPEEDSYSTEMDEVELOPMENTMAINLYINTHEPROCESSOFAMOREINDEPTHDISCUSSION,TOEPWMMODULEFORAMOREDETAILEDANALYSIS,THROUGHTHEPROGRAMCOMPILESGENERATIONADJUSTABLESPWMWAVE,INORDERTOCONTROLTHETHREEPHASEASYNCHRONOUSMOTORBASEDONWHATWEWANTTHEMOTORSPEEDTRAPEZOIDALOPERATIONKEYWORDDSPSPWM苏州大学本科生毕业设计（论文）4第一章绪论进入21世纪后，数字化浪潮正在席卷全球，数字信号处理器（DIGITALSIGNALPROCESSOR，简称DSP）正是这场数字化革命的核心，无论在其应用的广度还是深度方面，都在以前所未有的速度向前发展。11DSP技术发展的概况DSP的发展大致分为三个阶段在DSP出现之前数字信号处理只能依靠微处理器来完成。但由于微处理器较低的处理速度不快，根本就无法满足越来越大的信息量的高速实时要求。因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求，到了70年代，有人提出了DSP的理论和算法基础。但那时的DSP仅仅停留在教科书上，即使是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。一般认为，世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司发布的S2811。1979年美国INTEL公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的MPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片，从而被认为是第一块单片DSP器件。随着大规模集成电路技术和半导体技术的发展，1982年世界上诞生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比微处理器快了几十倍，尤其在语言合成和编码译码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至80年代中期，随着CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们的日常生活领域。经过20多年的发展，DSP产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐步成为电子产品更新换代的决定因素。DSP芯片的发展DSP芯片诞生于20世纪70年代末。20多年来，DSP芯片得到了迅猛发展，标志性产品简述如下1978年，AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811。1979年，美国INTEL公司推出商用可编程器件DSP芯片INTEL2920。S2811和INTEL2920是DSP芯片的一个重要里程碑，它们没有单周期硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处理能力和运算精度受到了很大苏州大学本科生毕业设计（论文）5的限制。运算速度大约为单指令周期200500NS，应用领域仅局限于军事和航空航天部门。1980年，日本NEC公司推出PD7720，这是第一片具有乘法器的商用DSP芯片。1982年，TI公司成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17。日本HITACHI公司第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片。1983年，日本FUJITSU公司推出的MB8764,指令周期为120NS，具有双内部总线，使数据吞吐量发生了一个大的飞跃。1984年，ATFPGA厂商为DSP应用所做的努力一直没有停止过针对某项特定应用的ASIC/ASSP器件的推出时间也越来越快。开发人员面临的问题是如何根据实际的应用需求客观地评价和选择处理器件。表2对给出了这些器件之间的一些简要对比。从表中可以看出,DSP实际上是一种比较折衷的解决方案。以媒体处理应用为例,现行的国际标准较多,包括MPEG1/2/4、H261/3/4等,各种标准在一段时间内共存,新的标准还在不断涌现。如果系统设计需要兼顾实现性能和多标准的适应性,DSP可能是一个较好的选择。但是,如果应用比较固定,对价格又特别敏感,采用专用的ASIC芯片可能就会更加合适。算法是DSP应用的核心随着DSP器件的发展,DSP系统开发的主要工作已经转向软件开发,软件开发将占据约80的工作量,必须引起足够的重视。另外,在目前的现状条件下,算法是我们核心知识产权的主要体现,也是产品竞争力的主要因素。14论文的主要研究内容本论文的主要研究内容是基于TI2802DSP为控制核心的对三相异步电机进行运行控制。通过学习TI2802DSP的EPWM模块，配置相应的子模块，生成频率可调的正弦SPWM波，控制三相异步电机作加速、匀速和减速运行。苏州大学本科生毕业设计（论文）7第二章三相交流电机的结构和工作原理21三相交流电机的结构定子是电动机的不动部分、它主要由铁心、定子绕组和机座组成。定子绕组是定子中的电路部分，中，小型电动机一般采用漆包线绕制卜其三相对称绕组共有六个出线端，每相绕组的首端和末端分别用D1,D2,D3和D4,D5,D6标记，可以根据电源电压和电动机的额定于电压把三相绕组接成星形或三角形，参见图21。D3D1D5D3D1D5D4D2D6D2D6D4D2D1D6D5D1D4D2D3D4D3D6D5图（21）三相交流异步电动机接线柱的联接转子是电动机的旋转部分，由转轴、转子铁心、转子绕组和风扇等组成。转子铁心是一个圆柱体，也由硅钢片叠压而成，其外圆周表面冲有槽孔，以便嵌置转子绕组。转子绕组根据其构造分为两种形式鼠笼式和线绕式。A鼠笼式鼠笼式转子是在转子饮心的槽内压进铜条，铜条的两端分别焊接在两个铜环上，因其形状如同鼠笼，故得名。现在巾、小型电动机更多地采用铸铝转子，即把熔化的铝浇铸在转子铁心槽内，两端的圆环及风扇也一并铸成。用铸铝转子可节省铜材，简化了制造工艺，降低了电机的成本。苏州大学本科生毕业设计（论文）8B线绕式其转子铁心与鼠笼式相同，不同的是在转子的槽内嵌置对称的三相绕组。三相绕组接成星形，末端接在一起，首端分别接在转轴上三个彼此绝缘的铜制滑环上。滑环对轴也是绝缘的，滑环通过电刷将转子绕组的三个首端引到机座上的接线盒里，以便在转子电路中串入附加电阻，用来改善电动机的起动和调速性能。22三相交流电机的工作原理交流电动机是利用载流导体在磁场中产生电磁力的原理制成的。假设将定子绕组联接成星形，并接在三相电源上，绕组中便通入三相对称电流IU21TSINIMIVIMSINT120022IWIMSINT120023其波形如图22所示。三相电流共同产生的合成磁场将随着电流的交变而在空间不断地旋转，即形成所谓的旋转磁场，IIUIVIW018003600T图（22）三相电流波形旋转磁场切割转子导体，便在其中感应出电动势和电流，如图23所示。电动势的方向可由右手定则确定。转子导体电流与旋转磁场相互作用便产生电磁力F施加于导体上。电磁力F的方向可由左手定则确定。由电磁力产生电磁转矩，从而使电动机转子转动起来。转子转动的方向与磁场旋转的方向相同，而磁场旋转的方向与通入绕组的三相电流苏州大学本科生毕业设计（论文）9的相序有关。如果将联接三相电源的三相绕组端子中的任意两相对调，就可改变转子的旋转方向。FN0F图（23）转子转动原理图旋转磁场的转速NO称为同步转速，其大小取决于电流频率关和磁场的极对数P,当定子每相绕组只有一个线圈时，绕组的始端之间相差1200空间角，如图23所示，则产生的旋转磁场具有一对极，即P1当电流交变一次时，磁场在空间旋转一周，旋转磁场的每分钟转速NO60F。若每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端相差600空间角，则产生两对极，即P2。电流交变一次时，磁场在空间旋转半周，即每分钟转速2160F以此类推，可得24PFN1600式中的单位为MINR在我国，工频HZ，电动机常见极对数P1451F由工作原理可知，转子的转速N必然小于旋转磁场的转速所谓“异步”。二者相差的程度用转差率0N来表示S250NS一般交流电动机在额定负载时的转差率约为19。N苏州大学本科生毕业设计（论文）1023异步电动机变压变频调速在交流异步电机中，磁通由定子和转子磁动势合成产生，三相异步电动机定子每相电动势的有效值是（22）1114RMKNFE式（22）中，E1为气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值；1为定子电源频F率；NS为定子绕组串联匝数；KR1为定子基波绕组系数；M为每极气隙磁通量。由式（22）可知，只要控制好E1和F1，就可以达到控制磁通M的目的。由此可知，变频系统实际上是变压变频（VARIABLEVOLTAGEVARIABLEFREQUENCY）系统的简称，在改变电源频率的同时，必须也要相应地改变电源电压。苏州大学本科生毕业设计（论文）11第三章系统硬件电路设计31控制芯片介绍在本次设计中，使用TMS320F2802DSP作为控制芯片，实时计算和产生控制信号，控制逆变电路功率开关元件的开通于关断。TMS320F2802DSP引脚图如图31所示图（31）TMS320F2802管脚图图（32）TMS320F2802的实物图苏州大学本科生毕业设计（论文）12TMS320F2802的EPWM模块介绍2802EPWM模块，能进行频率和占空比控制。一个EPWM模块包括TB时钟基准模块CC计数器比较模块AQ动作限定模块DB死区控制模块PCPWM斩波模块TZ事件触发模块ET错误控制模块311TB模块EPWM的时钟TBCLKSYSCLKOUT/HSPCLKDIVCLKDIV图（33）PWM信号频率由时基周期寄存器TBPDR和时基计数器的计数模式决定。初始化程序采用的计数模式为递增计数模式。在递增计数模式下，时基计数器从零开始增加，直到达到周期寄存器值（TBPDR）。然后时基计数器复位到零，再次开始增加。苏州大学本科生毕业设计（论文）13图（34）PWM信号周期与频率的计算如下312CC模块CC模块有三种计数方式分别为增计数方式、减计数方式和增减计数方式。图33所示依次为三种计数方式。图35CC计数方式苏州大学本科生毕业设计（论文）1432光耦驱动部分光耦隔离主要作用有1、将驱动电路的控制部分和主回路隔离，避免主回路中的强电干扰控制回路中的弱电信号。2、通过隔离，人工在线调试的时候更加安全了。3、驱动电路的输入输出使用不同的地，利用隔离，可以避免之间的干扰在本次设计中使用光耦隔离芯片TLP521。TLP521的实物如图34所示。图36TLP521将TMS320F2802DSP开发板生成的SPWM波信号，经过芯片转换，生成12V的驱动信号，驱动逆变电路的IRFP450功率开关器件。苏州大学本科生毕业设计（论文）15第四章系统软件设计41SPWM波采样方法由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法即自然采样法和规则采样法自然采样法是以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法当三角波只在其顶点或底点位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期即采样周期内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期此时为采样周期的两倍内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。以上两种方法均只适用于同步调制方式中。42规则采样法规则采样法是一种在采用微机实现时实用的PWM波形生成方法。规则采样法是在自然采样法的基础上得出的。规则采样法的基本思路是取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期。使每个PWM脉冲的中点和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的一条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻。比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。苏州大学本科生毕业设计（论文）16图（41）在三角载波每一周期的负峰值找到正弦调制波上的对应点。采样水平线与三角载波的交点位于正弦调制波两侧,脉宽生成误差与自然采样法比明显减小,所得SPWM波形更准确。43分段同步调制程序根据规则采样法，采用分段同步调制的方式生成SPWM波形。其载波比M根据所在频段的变化而变化。载波比M及频段划分如图42所示。图（42）苏州大学本科生毕业设计（论文）1744程序代码注解1下面给出一段主程序初始化的程序（/为对程序语句的功能注释）。VOIDMAINVOIDINITSYSCTRL/系统控制初始化函数，主要是时钟设置、看门狗设置等等EALLOW/解除DSP的寄存器的写操作保护GPIOCTRLREGSGPAMUX1ALL0X0/相应的引脚配置为I/O引脚功能GPIOCTRLREGSGPADIRALL0XFF/配置相应的引脚为输出引脚GPIODATAREGSGPADATALL0XFF/相应引脚输出为低EDIS/使DSP的写操作被禁止INITEPWM1GPIOINITEPWM2GPIOINITEPWM3GPIO/以上三条语句是将PWM模块对应的GPIO0、GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4、GPIO5口设置成在PWM模式，而不是一般的IO口模式EALLOW/解除DSP的寄存器的写操作保护GPIOCTRLREGSGPAMUX1BITGPIO110/定义GPIO11引脚配置为I/O引脚GPIOCTRLREGSGPADIRBITGPIO111/定义GPIO11引脚为输出引脚GPIODATAREGSGPADATBITGPIO110/GPIO11输出拉低是为了使能3245的/OE引脚EDIS/使DSP的写操作被禁止DINT/禁止CPU中断INITPIECTRL/初始化PIE控制寄存器IER0X0000/禁止PIE中断IFR0X0000/清除所有中断标识INITPIEVECTTABLE/PIE向量表中的所有中断向量配置对应的入口地址EALLOW/解除DSP的寄存器的写操作保护PIEVECTTABLEEPWM1_INT/使能EPWM1中断EDIS/使DSP的写操作被禁止EALLOW/解除DSP的寄存器的写操作保护SYSCTRLREGSPCLKCR0BITTBCLKSYNC0/停止所有时基模块时钟EDIS/使DSP的写操作被禁止苏州大学本科生毕业设计（论文）18INITEPWM1EXAMPLE/初始化EPWM1模块EALLOW/解除DSP的寄存器的写操作保护SYSCTRLREGSPCLKCR0BITTBCLKSYNC1EDIS/使DSP的写操作被禁止EPWM1TIMERINTCOUNT0/中断次数计数器初始化赋值IER|M_INT3/使能第3组向量（中断汇集到CPU级的INT3中断线上）PIECTRLREGSPIEIER3BITINTX11/将EPWM1中断服务子函数的地址映射到中断向量表中EINT/使能全局可屏蔽中断ERTM/仿真器可实时获取发生中断的寄存器或存储器I0K0FR7N201TC42644/程序变量初始化赋值FORASM“NOP“/无限循环空函数2下面给出一段EPWM模块初始化的程序（/为对程序语句的功能注释）。/TB子模块设置EPWM1REGSTBPRDEPWM_TIMER_TBPRD/设置载波周期EPWM1REGSTBPHSHALFTBPHS0X0000/在相位寄存器中设置计数器的起始计数/位置EPWM1REGSTBCTLBITPRDLDTB_SHADOW/映射寄存器SHADOW使能并配置/映射寄存器为自动读写EPWM1REGSTBCTR0X0000/计数器控制器EPWM1REGSTBCTLBITCTRMODETB_COUNT_UPDOWN/连续增减计数模式EPWM1REGSTBCTLBITPHSENTB_DISABLE/将定时器相位使能位关闭EPWM1REGSTBCTLBITHSPCLKDIVTB_DIV1EPWM1REGSTBCTLBITCLKDIVTB_DIV1/这两条语句组合对PWM的时钟进行苏州大学本科生毕业设计（论文）19/分频EPWM1REGSCMPCTLBITSHDWAMODECC_SHADOW/A模块比较模式EPWM1REGSCMPCTLBITSHDWBMODECC_SHADOW/B模块比较模式EPWM1REGSCMPCTLBITLOADAMODECC_CTR_ZERO/A模块比较使能,通过/写0来清除SHDWAMODE位来使能LOADONCTRZEROEPWM1REGSCMPCTLBITLOADBMODECC_CTR_ZERO/A模块比较使能,通过/写0来清除SHDWAMODE位来使能LOADONCTRZERO/以下四条语句是设置EPWM1A、EPWM1B的输出方式EPWM1REGSAQCTLABITCAUAQ_CLEAR/TBCTR（计数器）与CMPA在UP计/数时相等使输出为HIGH，这关系的输出的占空比EPWM1REGSAQCTLABITCADAQ_SET/TBCTR（计数器）与CMPA在DOWN计/数时相使输出为反向，这关系的输出的占空比EPWM1REGSAQCTLBBITCAUAQ_SETEPWM1REGSAQCTLBBITCADAQ_CLEAR/DB子模块死区模块设置EPWM1REGSDBCTLBITOUT_MODEDB_FULL_ENABLE/输入方式选择EPWM1REGSDBCTLBITPOLSELDB_ACTV_HIC/减计数时死区信号反向EPWM1REGSDBCTLBITIN_MODEDBA_ALL/输出方式选择EPWM1REGSDBRED0X000F/设置增计数时的死区时间EPWM1REGSDBFED0X000F/设置减计数时的死区时间苏州大学本科生毕业设计（论文）20第五章调试结果及分析51SPWM波实验结果本设计利用TI2802DSP生成频率可调的SPWM波，在软件设计中频率为50HZ，40HZ，30HZ时的SPWM波形如下图所示。当调制波频率为50HZ，载波比N33时的输出信号波形如图（51）所示。图（51）50HZ时的输出波形当调制波频率为40HZ，载波比N45时的输出信号波形如图（52）所示。苏州大学本科生毕业设计（论文）21图（52）40HZ时的输出波形当调制波频率为30HZ，载波比N69时的输出信号波形如图53所示。图5330HZ时的输出波形52SPWM波形分析图54是下同一桥臂的控制信号，从波形中可以看出，同一桥臂的上下两路控制信号是基本对称的。苏州大学本科生毕业设计（论文）22图54同一桥臂的输出信号波形由于功率开关管的开通和管断会有一定时间的延时，所以要进行死区设置，以防止同一桥臂的两个功率开关管同时导通，造成电源短路。在本次设计中，使用的IRFP450，在软件设计中设置其死区时间为150NS。死区设置时同一桥臂的输出波形如图55所示。图55死区设置输出波形图综合上诉波形图的结果，说明用TMS320F2802开发板生成的SPWM波形是正确的，符合设计的要求。苏州大学本科生毕业设计（论文）23结论本文采用了TI公司TMS320F2802DSP芯片为核心控制器，由整流二极管、保险丝、滤波电容和6只IRFP450作为功率驱动器件的变频系统。采用硬件方式实现了恒压频比（VVVF）的SPWM控制。对所设计的感应电机调速系统进行了实验研究，并得出下列结论1系统采用DSP为核心控制芯片，可在线调试，具有灵活高速的特性，并可以有效的降低成本，用最小的体积和最少的资源实现设计要求。2光耦隔离模块的使用有效的防止了DSP弱电信号与后接的功率器件所加强电之间的干扰，并对DSP起到了很好的保护作用。3在050HZ内，系统可以加速、匀速、减速运行。通过以上的理论和实验研究可知本文所设计的系统具有结构简单、通用性强和可靠性高特点，通过实验证明系统的特性良好，因此具有一定的实用价值。苏州大学本科生毕业设计（论文）24参考文献1朱鹏程康勇陈坚电力电子技术2003第1期2傅电波尹项根王志华夏勇军电力自动化设备2002第10期3张路张开锋胡昆明肖山竹单片机与嵌入式系统应用2010第12期4徐科军，张瀚，陈智渊TMS320X281XDSP原理及应用第一版北京航空航天出版社20065陈伯时,陆敏逊交流调速系统第2版机械工业出版社，20056许期英，刘敏军，于军交流调速技术与系统化学工业出版社，2010苏州大学本科生毕业设计（论文）25苏州大学本科生毕业设计（论文）26附录如果说以第一个晶闸管的出现作为交流电动机变频调速的起点，可以认为它的发展历史己40多年了。而变频调速技术真正高速发展时期，应该是在PWM调制技术的出现和微机控制技术发展之后。特别是最近20年来，随着交流调速技术的应用普及，交流变频调速在化工、火电厂、矿山、油田、机械制造、城市建设、水处理、甚至家电等行业己经全面推广使用，一般主要用于节能及控制。随着变频技术的普及和深入，以及国际、国内电器设备使用的有关标准意识的强化，电力系统行业和用户对变频技术的质量要求也越来越高。变频调速的发展趋势主要围绕下面几个方而展开。1高性能的智能控制变频器380V系统的低压变频器是国内的主要研究对象，应用交流调速的基本理论，结合神经网络控制、鲁棒控制、模糊控制，或其他智能控制等手段，实现电机运行参数的自动辨识，以期达到自适应、自调整的最优控制。这方面己有一定的研究成果。2速度传感器研究从前面所述的各种变频调速的理论可知，一般系统都要用到转速传感器。在实际使用中，由于变频设备和被控电动机有一定的距离，而高精度的转速传感器都要使用专门的电源，被控电动机有的是在户外，运行工况非常恶劣，要保证速度反馈的准确性，有时不得不采取特别措施，因此也会增加额外费用，运行的可靠性和控制精度也会因此受到影响。无速度传感器的变频调速系统，是通过现场采集的电流电压量，以及控制的实施策略，综合出被控电机的实际转速。这种控制方案要求计算机的控制速度较高，并有足够的精度。3针对功率因数提高和谐波污染的研究低压变频调速系统的控制虽然己经是非常成熟了，但目前国际、国内的产品，一般都是矢量控制和直接转矩控制，重点放在电机变频控制理论的实现和完善上，而对变频器的输出波形、功率因数，以及谐波污染等问题还没有引起足够的重视。最近10多年来，国外在这一领域己有较深入的研究。有的针对功率因数，有的强调输出波形。多重化技术就是为了解决输出波形问题。最近几年的研究表明，利用PWM输出控制解决谐波输出苏州大学本科生毕业设计（论文）27问题，是比较理想的方法，它可以省去多重化中的变压器，或过多的开关元器件，使变频器的体积和重量减少，但这种方法不能解决所有谐波的消除问题，只能部分消除特定谐波。这方面的研究论文还不多，也还没有成熟的类似低压变频器的产品出现。4高压变频器的研究变频器的主要作用之一是节能。而高压电动机的节能效果是比较明显的，大功率的风机和水泵用电动机一般都是高压电动机。国内，高压变频调速和它的节能控制还是一个比较薄弱的环节它主要是针对610KV的交流电动机进行变频调速控制。这种高压电动机广泛应用于火力发电厂的送风机和引风机上。同样也可用于其他如石油化工、矿山、冶炼、机械制造等行业的变频节能控制。从某种意义上讲，由于目前国内还不能完全生产高质量的合格电力电子器件，而且，国外低压变频器的性能价格比也比国内自己研究的变频器高得多。因此,在这方面还有许多研究工作要做。随着电力电子技术最近20多年的飞速发展，功率半导体器件的成本逐年下降，技术工艺和性能也得到不断改善电力电子器件的应用己从传统的直流调速、直流屏、斩波器等领域延伸到交流调速和电力系统的质量控制领域并正朝着高电压、大功率的方向发展这也是千年之交和世纪之交我国电力电子技术应用的发展趋势。5无换向器同步电机的变频调速无换向器电动机也是在20世纪70年代发展起来的新型调速系统。它是一种变频调速同步电动机也可以认为是一种用半导体电子开关线路代替换向器和电刷作用的直流电动机。根据采用的控制方式不同可分为直流无换向器电动机和交流无换向器电动机。直流无换向器电动机采用交直交或直交变频控制系统交流无换向器电动机采用交交变频控制系统。近10年来国内外杂志上有许多相关的研究论文。而且，也有一定的成果出现。PLC控制系统中电磁干扰的主要来源1来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁场EMI主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。2来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。3来自电源的干扰苏州大学本科生毕业设计（论文）28实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。4来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。5来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性EMC的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。6来自PLC系统内部的干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰苏州大学本科生毕业设计（论文）29容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。OURCOUNTRYSDEVELOPMENTCONDITIONINSPEEDCONTROLLEDTECHNIQUEOURCOUNTRYISADEVELOPINGCOUNTRY,SOMANYPRODUCTSRESEARCHABILITYHASBEHINDTHEDEVELOPEDCOUNTRIESFROMNOWON,THEPRODUCTOFFREQUENCYVARIATIONSPEEDCONTROLLEDTHATOURSELVESMADEONLYACTFORLASTCENTURY90SINTHEINTERNATIONALWITHTHEREFORMANDOPENING,RAPIDDEVELOPMENTOFECONOMIC,FORMSALARGEMARKET,ITOPENSTOTHECOUNTRYCOMPANIES,ALSOTHEFOREIGNCOMPANIESMANYPRODUCTSAREEXPORTEDFROMTHEDEVELOPEDCOUNTRIES,ANDRUNSWELLINOURCOUNTRY,SATISFIEDOURNEEDINFABRICATIONANDLIVINGMANYCOPARTERSHIPCOMPANIESINOURCOUNTRYMAKETHEINTERNATIONALADVANCEDPRODUCTSTHEDOMESTICCOMPLETEDEPARTMENTINDEPENDENTLYISDESIGNINGTHEMANUFACTUREINTHECOMPLETESETINSTALLMENTTOUSETHEFOREIGNIMPORTCOMPANYANDTHEJOINTVENTURESUPPOSESADVANCEDEACH,OWNDEVELOPTHEAPPLICATIONSOFTWARE,CANPROVIDETHEFIRSTCLASSELECTRICALTRANSMISSIONCONTROLSYSTEMFORTHEDOMESTICANDFOREIGNIMPORTANTENGINEERINGPROJECTALTHOUGHOBTAINSVERYMANYRESULT,BUTSHOULDSEEBECAUSEDOMESTICDEVELOPS,THEPRODUCTIONPRODUCTABILITYVOLUNTARILYISWEAK,ISSERIOUSTOTHEOVERSEASCOMPANYSDEPENDENCEASEARLYASINTHECOUNTRY“85“TECHNICALATTACKPLAN,THEALTERNATINGVELOCITYMODULATIONTECHNIQUEWASLISTEDASTHEKEYTECHNICALATTACKPROJECT,BUTBECAUSEOURCOUNTRYSELECTRICPOWERANDELECTRONICDEVICEAGGREGATELEVELISVERYLOW,ALTHOUGHTHEPRODUCTIONOFIGBT、GTOCOMPONENTHASINTRODUCEDTHEOVERSEASTECHNIQUE,ITHASNOTFORMEDTHEECONOMIESOFSCALEBENEFIT,ALMOSTDOESNOTHAVETHEINDEPENDENTDEVELOPMENTABILITYOFNEWFREQUENCYCONVERTERPRODUCTION,THISHASAFFECTEDTHEDOMESTICFREQUENCYCONVERSIONVELOCITYMODULATIONTECHNIQUEDEVELOPMENTINTHECERTAINDEGREEINTHEHIGHEFFICIENCYACACFREQUENCYCONVERTTECHNIQUE、THEMOTORSWITHOUTCOMMUTATORTECHNIQUEANDSOON,THEDOMESTICPRODUCTALSOHASTHESUITABLEDISPARITYINTHEDIGITIZATIONANDTHESYSTEMRELIABLEASPECTCOMPARESWITHTHEOVERSEASLEVEL,INTHEMEDIUMEFFICIENCYFREQUENCYCONVERTTECHNIQUE,NEARLYALLPRODUCTIONSUSE苏州大学本科生毕业设计（论文）30ORDINARYV/FCONTROLINLAND,FEWADOPTTHEVECTORCONTROLTECHNIQUE,ANDCANNOTSATISFIEDTHEMARKETREQUIREMENTINTHEVARIETYANDQUALITYBUTINOVERSEAS,THEFREQUENCYCONVERSIONTECHNIQUEOBTAINSTHEFULLDEVELOPMENT,ANDHASOBTAINEDTHEREMARKABLEACHIEVEMENTINEACHASPECTINPOWERCOMPONENTASPECT,HIGHVOLTAGE、THEAPPEARANCEOFSCR、GTO、IGBT、IGCTWITHHIGHCURRENTCAPACITYANDTHEUSINGINSERIESANDPARALLEL,THEHIGHPRESSUREDANDHIGHEFFICIENCYFREQUENCYCONVERTERPRODUCTIONOBTAINSTHEPRODUCTIONANDTHEPROMOTEDAPPLICATIONINMICROELECTRONICTECHNIQUEASPECT,16BITAND32BITHIGHSPEEDMICROPROCESSORSASWELLASTHEFASTDEVELOPMENTOFDSPANDASICTECHNIQUE,PROVIDEDTHEHARDWAREMETHODINREALIZINGTHEFREQUENCYCONVERTERWHICHWITHHIGHACCURACYMULTIPURPOSEINTHEORYASPECT,THEVECTORCONTROL,THEMAGNETICFLUXCONTROL,THETORQUECONTROL,THEINTELLIGENTCONTROL,THENEWCONTROLTHEORYANDSOONHAVEPROVIDEDTHERELATEDRATIONALEFORTHEHIGHPERFORMANCEFREQUENCYCONVERTERDEVELOPMENT,WEMAYSEETHAT,INTHEOVERALL,THEALTERNATINGFREQUENCYCONVERSIONVELOCITYMODULATIONTECHNIQUEINOURCOUNTRYHASBIGDISPARITYCOMPARESWITHINTERNATIONALLEVELTHEREFORE,THEACFREQUENCYVARIATIONSPEEDCONTROLTECHNIQUEHASTHEFOLLOWINGSIDES1THEBASICRESEARCHOFCONTROLSTRATEGYINFREQUENCYCONVERTERHASALARGEGAPCOMPARESWITHTHEFOREIGNLEVEL2THETECHNICALLEVELOFTHEWHOLEMACHINEISLOWINTHEFREQUENCYCONVERTER,ALTHOUGHWEHADINPUTCERTAINLYPEOPLE,MATERIALRESOURCES,BUTBECAUSEOFTHEDISPERSEPOWER,DIDNOTFORMACERTAINLYTECHNIQUEANDPRODUCTIONSCALE3ALLTHESEMICONDUCTORPOWERDEVICEPRODUCTINTHEFREQUENCYCONVERTERISBLANK4CORRELATIVEINDUSTRIESANDRELATIVEINDUSTRIESDROPBEHIND5FEWPRODUCTIONANDSALE,LOWRELIABLEANDTECHNOLOGICALSTANDARDSWITHTHEDEVELOPMENTANDIMPROVEMENTINTHEPOWERELECTRONICTECHNIQUE,POWERDIVERTBASEDONPOWERELECTRONICCIRCUITTECHNIQUEANDVARIOUSCONTROLTECHNIQUE,THEACFREQUENCYVARIATIONSPEEDCONTROLLEDTECHNIQUEISMATUREDAYBYDAY,ANDSURETOBETHEMAINWAYINTHEFUTUREWITHTHECONSTANTDEVELOPMENTOFPOWERELECTRONICTECHNIQUE,RELIABLECHARACTER,WELLADOPTION,CHEAPPRICETHATTHEFREQUENCYCONVERTERHAVEWILLBECOMETRUETHISTECHNIQUEWILLGAINWIDELY,POPULARITYAPPLICATIONATPRESENT,FOREIGNDEVELOPEDCOUNTRIESFREQUENCYCONVERTTECHNIQUETOWARDSTOTHEMINIATURIZATION,HIGHRELIABILITY,DEFENDWITHHARM,MOREFUNCTION,HIGHCHARACTER,ANDOURCOUNTRYISCOMINGONNOWPLCCONTROLSYSTEMELECTROMAGNETICINTERFERENCETHEMAINSOURCE1THERADIATIONFROMSPACEINTERFERENCE苏州大学本科生毕业设计（论文）31MAINLYPRODUCEDBYTEMPORARYATTITUDECOURSE,THUNDERANDLIGHTNING,RADIOBROADCASTING,TV,RADAR,HIGHFREQUENCYREACTIONHEATINGDEVICEOFTHEELECTRICNETWORK,ELECTRICEQUIPMENT,ETC,USUALLYCALLEDRADIATIONTOINTERFERE,ITISEXTREMELYCOMPLICATEDTHATITISDISTRIBUTEDWHETHERIFPLCSYSTEMPUTONRADIOFREQUENCYINTHEFIELDISITREACHESRADIATIONINTERFERETORETRIEVE,ITINFLUENCESANDMAINLYPASSESTWOROUTESFIRST,PRODUCEDANDINTERFERESBYTHEREACTIONOFTHECIRCUITTOTHERADIATIONWITHINPLCDIRECTLYBUTTHERADIATIONOFTHENETWORK,ISINTR