报告自动控制系统课程设计

1、自动系统课程设计报告课程名称：自动系统课程设计设计题目：正弦波 SPWM 型变频调速系统设计院班设学同系：电气工程系级：1102301计 者： 号：110230126组 人： 指导教师：张扬设计时间：2014 年 11 月 3 日-11 月 14 日课程设计（）任务书专 业电气工程及其自动化班级1102301学 生指导教师张扬题 目正弦波 SPWM 型变频调速系统设计子 题设计时间2014 年 11 月 3 日至2014 年 11 月 14 日设计要求设计目的：在一般的直-交-直变频器供电的变频调速系统中，为了获得变频调速所要求的电压频率协调 ，整流器必须是可控的，调速时须同时 整流器UR 和

2、逆变器UI，这样就带来了一系列的问题：1. 主电路有两个可控的功率环节，相对来说比较复杂。2. 由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等大惯性元件 ，使系统的动态响应缓慢。3. 由于整流器是可控的，使供电电源的功率因数随变频装置输出频率的降低而变差，并产生 谐波电流。4. 逆变器输出为六拍阶梯波交变电压（电流），在拖动电 中形成较多的各次谐波，从而产生.较大的脉动转矩，影响电机的工作，低速时尤为严重。为了解决上述问题，在近代交流调速系统领域发展了脉宽调制变频的思想。设计内容：1. 主电路只有一个可控的功率环节，简化结构。2. 使用了不可控整流器，使电网功率因数与逆变器输出电压的大小无关而接近 1。

3、3. 逆变器在调频的同时实现调压，而与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应。4. 可获得比常规六拍阶梯更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波， 使负载电机可在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小。5. 详细分析正弦波 SPWM 型变频调速系统设计过程。变频调速电路设计1. SA868简介SA868 是英国 Mitel 公司推出的三相 SPWM 波形发生器，内设驱动器，可直接驱动光耦，实现，其载波频率可达 24kHz，以利实现静音运行，同时其调制频率范围可达 04kHz，它采用工厂掩膜编程，无须 CPU 内部采用的双极性调制、脉冲取消时间和脉冲延迟时间均可依据需要调节设置，而时间

4、和时间可由外接电阻设置。采用 SA868的变频调速系统具有低成本、电路简单、性能优良及高可靠性等特点。SA868因其无须外接微处理器就可以输出变频的 PWM 波形而简化电路，降低系统成本，同时可不用开发软件，缩短研制周期。SA868 调制波形有正弦型、增强型、高效型波形，同时接口简单，容易实用的变频调速系统。SA868 外部引脚图如图 1 所示，各引脚功能如表 1 所示，内部原理框图如图 2 所示。图 1 SA868 外部引脚图表 1 SA868 各引脚功能三相单相引脚名称引脚类型功能11DDPOWER供电电源正极（数字）2420V-SSDPOWER供电电源负极（数字）1311V-DDAPOW

5、ER供电电源正极（模拟）97V-SSAPOWER供电电源负极（模拟）1715SET1I/P速度设置位,SET4=最调整 4 位可从速度表格中选择指定的速度1614SET2I/P1513SET3I/P1412SET4I/P64DIRI/P转向位 在速度表时高电选择相反转向。与 SA869 的 V-SSD 相连1210V-MONIT ORI/P大于 1/2V-DD 时阻碍加（优先于I-MONITOR 输入端）图 2 SA868 的内部原理框图2.及工作原理（1）速度原理由所画的原理图可知，用户需要的转速值，通过速度设置端 SET1SET4 键入，该值经地址译码器译码，就可得出速度查寻表上相应转速的

6、地址，从而将该转速输出，该速度查寻表由 16*18 位 ROM 组成，每 18 位确定一个特定的设置速度，共有 16 种速度，即 16 档，在这 18 位数据中，B0B15 低 16 位确定转速。查寻表 18 位中高二位和方向设置端 DIR 一起确定旋转方向，即由三者译码输出一个需要的方向，如表 2 所列。119I-MONITO RI/P大于 1/2V-DD 时强 ，达到零转速时所有 PWM 输出暂时失效，直到小于1/2VDD 方可恢复正常1816SET TRIPI/P22RPHTO/P红色相高端-实际信号33RPHBO/P红色相低端 实际信号4-YPHTO/P黄色相高端-实际信号5-YPHB

7、O/P黄色相低端-实际信号21-BPHTO/P相高端-实际信号20-BPHBO/P相低端-实际信号1917O/P低电平输出表明打开状态。可直接驱动一个 LED2218XTAL1I/P锁住输入/晶体连接2319XTAL2O/P锁住输出/晶体连接75I/P清空所有内部状态和计数器。并且重置TRIP 状态108RaccelI/P连接到外部电阻和电容，以调节度86RdecelI/P连接到外部电阻和电容，以调节度表 2（2）/原理主要通过 16 位幅值比较器和 17 位加/减计数器组成.加/减计数/器的时钟由 振荡器频率；振荡器和振荡器提供.速率设置端的外接电阻、电容确定速率设置端的外接电阻、电容确定振

8、荡器频率，/时间可由下式给出：= 131072RCtac / dc2其中， 5kW £ R £ 100kW;1nF £ C £ 25nF通过确定合适的 R 和C 就可设置所需/速率。16 位幅值比较器将查寻表给出的 16 位目标频率和加/减计数器输出的实际瞬时频率相比较，结果由 UP 和 DOWN 两位输出，如表 3 所列。表 3UP 和 DOWN 两位输出由电压VMONITOR、电流IMONITOR、需要的旋转方向，17 位加/减计数器最输出共同确定，是需要还是需要，必须遵循下述原则：1) 假如 UMONITOR> UDDA/2(UDDA: 模拟

9、电源电压)，任何和，其目的主要防止超过速率，产生太大的再生功率，反馈给功率电路，从而引起过压.2）假如 IMONITOR> UDDA /2，不管幅值比较器输出 UP 和 DOWN 为何值，均按预设的率减少，瞬时输出频率，假若瞬时频率已降低至零，而 IMONITOR 仍大于UDDA/2 ，则关闭 PWM 输出，以防止电机在静止状态下过热.用来防止出现太高的速率，从而引起功率级开关、过温现象出现.UPDOWN结果00恒速01偏低10偏高11状态B16 外部信号B17 内部信号DIR需要方向00X0（反转）01X1（正转）1X00（反转）1X11（正转）3）假如 UMONITOR, IMONI

10、TOR 均在正常范围，则是否加由表 4 确定：表 4（3）幅值原理为了获得对电机磁通的满意所示.，SA868 在各种频率下一直电机电压，如图 3图 3由图可知，当频率为零时，提供一个可变的基础电压 UB.用以克服电阻压降，在此之后，电压随频率成比例线性增加直至选择的基本频率 fB，该频率通常为 50Hz 或60Hz，也可以是频率范围以内的其它频率.在达到基本频率之前电机工作在恒转矩状态，达到基本频率以后，由于幅值一直保持最大，当频率继续增大时，必然导致转矩下降，于是电机工作在恒功率范围.3. SA868 的保护电路因没有微处理器用于完成管理和保护功能，这些功能被移植到 SA868上，提供以下三

11、种保护：1）过电流检测：如果过大的电流在半导体器件中流过，所施加的电压必须被减小，直到电流被降到安全水平，这通常是过高的率或过载引起的.通过串联电流检状态UPDOWN需要方向实际方向ACCELDECEL1XX01012XX100110050100000108101110911XX状态状态测电阻（0.1左右）来监测，通过滤波后输入 SA868 的 IMONITOR， 如果电阻两端电压过高（机，直至），以致于其输出使 SA868 内的比较器输出状态改变，则该片使电消除后，再按照要求.2）过电压检测：在期间，如果电机反馈给滤波电容器的再生能量过大，必须暂停，否则整流桥和滤波电容器会损坏，这通过检测整流桥输出电压来监测.整流桥的输出电压通电阻分压器与 SA868 的UMONITOR 端子连接，如果电压过高，以致于其输出使 SA868 内的比较器输出状态改变，则停止，直到过压消除，再恢复.3）紧急事故处理：SET TRIP 被用于在紧急事故发生时，迅速关闭半导体功率器件，这个输入被传输到功率半导体驱动器上，以便在发生性故障时迅速动作，其动作时间大约 100ns.一但 SET TRIP 被启用，必须通过 RESET 重新复位，以