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通用变频器的设计
摘 要
近年来，交流电机变频调速及其相关技术的研究已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。在交流变频调速领域中，principle and control algorithms, the system is given the overall process flow chart.
Key Words： Digital Signal Processor； Variable—Frequency Speed Regulating； IPM； constant U/F ； SPWM
第一章绪论

近年来，交流调速在国内外发展十分迅速，打破了过去直流拖动在调速领域中的 统治地位，交流调速拖动已进入了与直流拖动相媲美、相竞争、相抗衡的时代，并有 取而代之的趋势，这是现代电力拖动发展的主要特征。其主要原因有：电力电子技术 的不断更新、控制策略和电机控制理论的不断完善、以及全数字化高性能高速度的微 处理器不断发展等。

由于交流电机的诸多优点和运用广泛，其调速系统早就得到人们的关注，早期的 交流电机调速方法都存在效率低，不经济等缺点。交流变频调速的优越性早在20世 纪20年代就已被人们所认识，但受到元器件的限制，当时只能用闸流管构成逆变器, 由于投资大，效率低，体积大而未能推广。20世纪50年代中期，晶闸管的研制成功, 标志着电力电子技术发展的新时代。晶闸管具有体积小、重量轻、响应快、管压低等 优点，从而产生了新的调速系统。
到20世纪70年代出现了变频调速技术，变频调速具有效率高、精度高和范围宽 等特点，是目前运用最广泛且最具有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的 种类也很多，从早期提出的电压源型变频调速开始，相继发展了电流源型，脉宽调制 等各种变频调速控制系统。目前变频调速的主要方案有：同步电机自控式变频调速， 正弦脉宽调制变频调速，矢量控制变频调速，直接转矩控制及无度传感器控制等。这 些变频调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平。随着电力电 子技术的发展，且控制单元也从分离元件发展到大规模数字集成电路及采用微处理器 控制，从而使变频装置的快速性、可靠性及经济性不断提高，变频调速系统的性能也 得到不断完善。
1. 1. 2全数字化微处理器的发展及应用
随着计算机技术和电力电子器件制造技术的发展以及新型电路变换器的不断出 现，现代控制理论向交流调速领域的不断渗透，特别是微型计算机及大规模集成电路 的发展，交流电机调速技术正向高频化、数字化和智能化方向发展，为了满足现代人 们对数字化信息的依赖，为了使交流调速系统与信息系统紧密结合，为了提高交流调 速系统自身的性能，必须实现交流调速系统的全数字化控制。
单片机在交流调速系统中已经得到了广泛地应用。例如由Intel公司1983年开 发生产的MCS-96系列是目前性能较高的单片机系列之一，适用于高速、高精度的工 业控制。其高档型：8X196KB, 8X196KC, 8X196MC等在通用开环交流调速系统中的应 用较多。但是由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂，这 就需要高性能、高速度的新一代微处理器，于是出现了数字信号处理器DSP (Digital Signal Processing) o因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到大展 身手的舞台。DSP芯片生产商主要有：Motorola公司、ADI公司和TI公司，本课题采 用的是TI公司专为电机控制而研发的TMS320F240芯片。在交流调速的全数字化的过 程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及 CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。

随着世界经济的不断发展，科学技术不断提高，环保和能源问题日趋成为人们争 论的主题。充分有效地利用能源已成为紧迫的问题，为了寻求高效可用的能源，各个 国家都投入了大量人力财力，进行不懈的努力。就目前而言，电能是全世界消耗最多 的能源之一，同时也是浪费最多的能源之一，为解决能源问题必须先从电能着手，其 中起代表性的就是电机的控制。电机是一种将电能转换成机械能的设备，它的用途非 常广泛，在现代社会生活中随处可见电机的身影，在发达国家中生产的总电能有一半 以上是用于电机的能量转换，这些电机传动系统当中
90%左右的是交流异步电机。在 国内，电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电 量的80%。并且使用中的电机绝大部分还是中小型异步电机，加之设备