交流调速课程设计

1、辽，辽，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁，宁杜鹏：讲师：(签名)起止时间：2016年12月19日至12月30日。 2016课程设计(论文)任务与评语课程设计(论文)任务与评语学院(系):电气工程学院教学与研究部：自动化132注：结果：通常20%论文质量60%答辩20%学生姓名100点计算机科学130302042杜鹏专业班自动化132课程设计(讨论论文)课题交流电机三相

2、电压源逆变器电路设计课程设计(论文) 任务任务完成的功能任务：任务完成的功能：本课程设计以微机为控制核心，完成交流电机三相电压源逆变电路和绝缘栅双极晶体管IGBT的驱动设计。 设计任务和要求：设计任务和要求：(1)确定交流电机逆变电路驱动系统的总体设计方案和系统控制结构图。(2)完成交流电机逆变主电路的设计，包括DC侧电压源输入、单独搭建的IGBT器件、三相逆变电路输出及相关辅助电路。(3)完成IGBT驱动电路的设计，选择专用的IGBT混合集成驱动电路实现与主电路的接口和相关保护电路的设计。(4)完成微控制器最小系统和驱动接口的软硬件设计。(5)撰写课程设计论文，包括系统总体结构和方案描述、硬

3、件设计、软件设计等。技术参数：技术参数：额定DC输入电压220伏，连续工作功率输出10kW，逆变器输出电压380VAC2%，逆变输出波形为正弦波，逆变器输出频率50Hz0.5%，转换效率93%，功率因数0.99。计划(1)分配任务、咨询材料、确定系统设计计划(2天)(2)系统组件的功能分析和设计(3天)(3)系统功能电路设计和软件设计(3天)(4)编写和打印设计说明(1天)(5)验收和答辩(1天)教员的意见和成果通常：论文质量：答辩：总成果：教员签名：年、月、日，摘要三相电压逆变器电路的主电路。DC电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变器电路由六个导电臂组成，每个导电臂由一个具有自关断能

4、力的全控器件和一个反并联二极管组成，因此它实际上是一个全控逆变器电路。电压逆变电路主要用于两个方面：笼型交流电机变频调速系统。IGBT(绝缘栅双极晶体管)，绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极晶体管)和金属氧化物半导体(绝缘栅场效应晶体管)组成的复合全控制电压驱动的功率半导体器件，它兼有金属氧化物半导体场效应晶体管的高输入阻抗和GTR的低导通压降的优点。GTR饱和压力降低，载流密度高，但驱动电流高。MOSFET驱动功率小，开关速度快，但导通压降大，载流密度低。IGBT结合了上述两种器件的优点，驱动功率低，饱和电压低。非常适用于DC电压600伏及以上的变频系统，如交流电机、变频器、开关电源、照明电

5、路、牵引传动等领域。关键词：三相电压型；IGBT；第一章逆变电路介绍第二章课程设计方案.4摘要.7 2.1.7 2.2系统组成总体结构.7第3章硬件设计.9 3.2 IGBT驱动电路.10 3.3保护电路.的设计.13 3.4驱动电路.13第4章控制电路的设计.16 4.1单片机控制.16 4.2单片机程序.18 4.3三相电压源逆变器电路的连接.20第5章软件设计.21 5.1系统一般流程图.21 5.2微控制器初始化流程图.22 5.3子程序流程图.23第6章课程设计总结.24参考文献.25第1章逆变器简介DC侧电源是电压源的主电路，称为电压逆变器电路和三相电压逆变器电路。DC电源采用相控

6、整流电路，由普通晶闸管组成。逆变器电路由六个导电臂组成，每个导电臂由一个具有自关断能力的全控器件和一个反并联二极管组成，因此它实际上是一个全控逆变器电路。电压逆变电路主要用于两个方面。逆变电路是通用逆变器的核心部件之一，起着非常重要的作用。逆变电路是与整流电路相对应的电路，它将直流电转换成交流电。逆变器电路的基本功能是将中间DC电路输出的DC功率转换成交流电源，其频率和电压可以在控制电路的控制下任意调节。逆变器电路被广泛使用。在现有的各种电源中，蓄电池和太阳能电池是DC电源。当需要这些电源向交流负载供电时，需要无源逆变器电路。无源逆变电路与其他电力电子转换电路相结合，构成具有特殊功能的电力电子

7、设备。例如，无源逆变器和整流器被组合成交流-DC-交流变频器(来自交流电源的具有恒定幅度和频率的电能首先被整流成直流，然后无源逆变器输出具有可调频率的交流电流来供应负载)。当电网提供的工频电源不能满足Hz50负载的需要时，需要使用交流-DC-交流变频电路进行功率交换。例如，感应加热需要更高频率的电源；为了获得良好的调速特性，交流电机需要变频电源。随着电力电子技术的发展，逆变电路主要应用于各种DC电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。也可应用于电力电子设备的核心部件，如交流电机调速变频器、不间断电源、感应加热电源等。根据DC侧电源的不同特点，逆变电路可分为两种类型：DC侧是电压源，称为电仿形逆变

8、电路；DC侧是一个电流源，称为电流型逆变器电路。逆变器电路可用于形成静态中频加热电源。它具有主电路简单、启动性能好的优点，但其负载适应性差，因此只适用于负载变化小但启动频繁的场合。由于电压型逆变器电路具有作为电压源的DC侧或并联的大电容器，所以DC侧电压基本上没有脉动；输出电压为矩形波，输出电流随负载阻抗而变化。抗负载需要无功电源，应用广泛。在晶闸管逆变电路中，负载换流电压逆变电路利用负载电流相位超前电压的特性来实现换流，而不需要增加专门的换流电路，因此得到了广泛的应用。常见的三相电压逆变器电路包括三相全桥型、三相全桥型和三相多电平型。单个三相全桥和三相全桥逆变器具有结构和控制简单的优点，但由

9、于其容量和谐波性能的限制，很少直接应用于电力系统。此外，三相全桥逆变器不能直接用于补偿系统的零序分量。为了实现三相全桥和三相全桥逆变器的大容量，常用的方法有两种：一种是每个逆变器桥臂采用多个串联和并联的开关器件。这种方法的主要问题是，当串联和并联的设备数量很大时，每个设备的电压和电流共享将变得非常困难。此外，这种方法无助于改善逆变器的谐波性能。二是采用多种结构，也可以提高器件的谐波性能。但是，也存在两个问题：一是需要特殊结构的变压器进行复用，其缺点是结构复杂、成本高、体积大，所以复用的数量有限；第二，逆变器的每个桥臂的开关器件需要承受断开状态下的整个DC侧电压。由于现有单个开关器件耐压值的限制

10、，在制造大容量补偿器件时，仍然需要多个开关器件串联来解决开关器件的耐压问题。除了复用方法之外，另一种改善谐波性能的方法是采用要求相对较高开关频率的脉宽调制，但是器件的损耗会随着开关频率的增加而增加。克服上述缺点的有效方法是使用多电平逆变器。在三相多电平逆变器中，开关器件在关断状态下只需要承受DC电容上的电压，较好地解决了大容量器件中开关器件的耐压问题。它可以输出阶梯波形的电压，不需要变压器乘法，即输出电压谐波含量低。此外，多电平逆变器具有响应速度快、损耗低的优点，但也存在结构复杂、成本高的缺点。当电平数目太大时，由于电路中相应的附加二极管、杂散电感和限流电感，器件的损耗太大，一般不采用。此外，

11、多电平逆变器还存在DC电容均压的问题。为了解决这个问题，需要对多电平逆变器电路进行改进。然而，由于箝位电容器的过度使用，电路的结构变得更加复杂。第二章课程设计方案2.1概述本设计主要是综合运用所学知识，为交流电机设计一个三相电压源逆变电路。DC侧是并联的电压源或大电容器，DC侧电压基本上是无脉冲的。输出电压为矩形波，输出电流随负载阻抗而变化。应为负载电阻提供无功功率。为了给从交流侧反馈到DC侧的无功功率提供一个通道，逆变桥的每个臂都并联有反馈二极管。在三相逆变电路中，应用最广泛的是三相桥式逆变电路，它采用IGBT作为电压型三相逆变电路的点灯装置。2.2系统组成总体结构电源三相逆变电路交流电机驱

12、动与保护单片机控制核心图2.1系统结构框图采用220伏DC电源为三相逆变电路供电。单片机89C51编译程序。选择IGBT驱动电路和模块EXB841来操作三相逆变器电路。采用过流保护提高电路的稳定性。三相逆变器电路向交流电机输出电流，以将DC功率转换为交流功率，并更好地向交流电机供电。电压型三相桥式逆变电路由三个半桥电路组成。这在一个周期中，触发六个开关管导通的顺序是V1-V2-V3-V4-V5-V6，它们依次间隔60。在任何时候，三个管同时导通，导通的组合顺序为V1V2V3、V2V3、V3V4、V4V5V6、V5V6、V5V 6。每种组合都有效。Exb841被选为IGBT集成驱动芯片。exb8

13、41主要由放大、过流保护、5V参考电压和输出组成。放大部分由TLP550、V2、V4、V5和R1、C1、R2、R9组成。TLP550需要改进。对于信号输入和隔离，V2是中间级，V4和V5形成推挽输出。短路过流保护部分由V1、V3、V6、VZ1和C2、R3、R4、R5、R6、C3、R7、R8、C4等组成。实现过流检测和延时保护功能。EXB841的六条支路通过一个快速恢复二极管连接到IGBT的C极，通过检测IGBT集电极和发射极之间的导通压降来判断IGBT的过流情况并进行保护。5V基准电压源部分由R10、VZ2和C5组成，为IGBT驱动提供-5V反向偏置。单片机核心控制系统，89C51是一个低电压，高性能的8位微处理器与4K字节闪存可编程和可擦只读存储器，俗称单片机。单片机的可擦只读存储器可重复擦除100次。该器件由ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，并与行业标准MCS-51指令集和输出引脚兼容。由于多功能8位中央处理器和闪存在单个芯片中的结合，ATMEL的89C51是一个高效的微控制器，89C2051是它的简化版本。89C单片机使用过流保护，为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活而廉价的方案。第3章硬件设计3.1主电路设计三个单相逆变电路可以组合成一个三