单相电机变频调速器设计

程控单相交流电机变频调速器设计学生姓名学号系别专业班级指导教师填写日期2014年5月程控单相交流电机变频调速器设计摘要交流变频调速器与异步电机的结合是一种理想的电力拖动调速方式。与直流电机拖动相比,环境适应性强,能极大地减少维护工作量,提高机器的生产能力,易满足高转速大容量的要求,造价也低与其它调速方式相比较,最突出的优点是节能最优。而且它还具有体积小、重量轻、易操作、精度高、应用范围广、机械特性好、自我保护功能强、易实现自动化等优点，所以它是企业进行工程设计、设备改造和技术革新的最佳选择方案，其应用前景会越来越广阔。本文介绍单相异步电动机工作原理，调速方法，变频调速原理。其次是介绍PWM专用芯片ML4423，专用芯片IR2118，还有功率场效应管IRF840。最后进行了单相异步电动机变频调速系统的主电路设计，控制电路设计和电源电路设计。关键词异步电动机，变频调速，专用芯片ML4423，场效应管IRF840，IR2118DESIGNOFINVERTERWITHPROGRAMMABLEAbstractAcfrequencyconversiongovernorandasynchronousmotorcombiningisanidealpowerdragspeedmode.Comparedwithdcmotor,environmentadaptabledrag,cangreatlyreducemaintenance,andimprovethemachine'sproductioncapacity,easytomeethighspeedlargecapacityrequirements,costislowcomparedwithothergoverningway,themostprominentadvantageisenergy-savingoptimal.Anditalsohassmallvolume,lightweight,easyoperation,highprecision,applicationscope,mechanicalproperties,selfprotectionfunctionofstrong,easytorealizeautomationetc,soitistheenterpriseforengineeringdesign,equipmentreformandtechnicalinnovation,itsthebestoptionswouldbemoreandmorewideapplicationprospect.Thispaperfirstintroducesworkingprinciple,singlephaseasynchronousmotorspeedmethod.frequencyconversionprinciple.Secondisthespecialchip,ML4423introducedIR2118specialchip,andpowermosfetIRF840.Thesinglephaseasynchronousmotor,themaincircuitofvariablefrequencyspeedregulationsystem,controlcircuitdesignanddesignofpowersupplycircuitdesign.KEYWORDSAsynchronousmotor,variablefrequencyspeedregulation,specialchipML4423,IRF840mosfet，IR2118目录前言..............................................................11基本理论..........................................................21.1电机调速的基本原理及方法....................................21.2交流调速系统................................................31.3单相调速原理................................................31.4SPWM........................................................42硬件设计..........................................................62.1变频调速的实现..............................................62.2桥式整流与滤波..............................................72.2.1整流...................................................72.2.2电容滤波原理...........................................82.3SPWM波的产生...............................................92.3.1SPWM波产生的专用芯片ML4423............................92.3.2ML4423管脚及功能.....................................102.3.3ML4423的选择与使用...................................122.4场效应晶体管IRF840及其驱动IR2118..........................152.4.1场效应晶体管IRF840...................................152.4.2驱动IR2118概述.......................................162.4.3IR2118驱动场效应晶体管...............................162.5单片机STC11F02E...........................................172.5.1STC11F02E概述........................................172.5.2单片机链接............................................172.6D/A转换器TLC5615..........................................182.6.1tlc5615概述.........................................182.6.2引脚功能..............................................192.7放大器LM358...............................................202.8SMS0801B显示器............................................202.9辅助电源设计...............................................223软件设计.........................................................23结束语.............................................................24致谢...........................................................271前言经过大约30年的发展，交流调速的电气传动已上升为电器调速传动的主流。在电气调速领域，可以相信在不久的将来，交流调速将会完全取代直流调速传动。对于可调速的电力拖动系统，工程上往往可以根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两大类。它们最大的区别，在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。20世纪70年代后，大规模的集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了高的稳速范围、高的稳速精度、宽的调速范围、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速的性能方面可以跟直流电力拖动媲美。许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变频调速系统拖动，从而提高了系统的可靠性，减少了系统的维护费用。随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高，且对控制功能的要求越来越多，对系统的智能化的要求越来越高，对系统的抗干扰能力要求越来越高，以满足生产需求并适应不同的工作环境。随着电力电子器件，计算机控制和大规模集成电路等技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研与究创造了有利的条件。像交流电动机的串级调速、各类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从小范围的一般要求调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。交流调速传动的发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美，并有取代的趋势。21基本理论1.1电机调速的基本原理及方法由电机学知，交流异步电动机的转速公式如下：pnsfn)1(160(1-1)式中Pn为电动机定子绕阻的磁极对数；f1为电动机定子电压供电频率；s为电动机的转差率。从式（1-1）中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。（1）改变电动机的磁极对数pnfn160由公式可知，当电源频率f1不变时，通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数Pn，即可以改变异步电动机的同步转速n，从而达到调速的目的。这种方式比较简单，只要求电机定子绕组有多个抽头，然后通过触点的通断来改变电动机的磁极对数。采用这种控制方式，电机转速的变化是有级的，不连续的，一般最多只有三档，适用于自动化程度不高且只须有级调速的场合。（2）变转差率调速改变转差率调速的方法很多，常用的方案有：异步电动机定子调压调速，电磁转差离合器调速和绕线式异步电动机转子回路串电阻调速，串级调速等。（3）变频调速从式（1—1）中可以看出，当异步电动机的磁极对数Pn与转差率s一定时，改变定子绕组的供电频率f1可达到调速目的，电动机转速n基本上与电源的频率f1成正比，因此，适当的调节供电电源的频率，就能平滑，无级地调节异步电机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较好，基频f=50Hz以下，属于恒转矩调速，在基频以上，属于恒功率调速。与直流电动机的降压调速和弱磁调速十分相似。而且采用变频起动更能显著的改善交流电动机的起动性能，大幅度的降低了电机的起动电流，增加起动转矩。所以变频调速是交流电机比较理想调速方案。31.2交流调速系统交流调速控制作为对电机控制的一种手段。作用相当明显，就交流调速系统目前的发展水平而言，可概括的如下：（1）从中容量等级发展到了大容量、特大容量等级。解决了交流调速的性能指标，填补了直流调速系统在特大容量调速中的空白。（2）可以使交流调速系统具有高的可靠性和长期的连续运行能力，从而满足有些场合不停机检修的要求或对可靠性的特殊要求。（3）可以使交流调速系统实现高性能、高精度的转速控制。除了控制部分可以得到和直流调速控制同样良好的性能外，异步电动机本身固有的优点，又使整个系统得到更好的动态性能。采用数字锁相控制的异步电动机变频调速