空压机专用变频器的研究、实现及性能测试

摘要

空气压缩机(简称空压机)是一种用来压缩气体提高气体压力或输送气体的机械。传统的空压机控制方式存在效率低、耗电量大、供气压力不稳定等缺点。改变空压机控制方式，提高空压机的效率，降低能耗具有十分重要的意义。 本文以漳州市旭铎机械有限公司和厦门大学合作的“空压机配套变频调速控制系统”为项目背景，设计和开发了一套空压机专用的变频器，取代了传统的控制方式，取得了良好的节能效果。 本文首先由异步电动机变频调速运行的原理推出变压变频(VVVF)的控制方式，由此引出两种常用的PWM控制方式-SPWM、SVPWM，并对其进行分析。其次，研究了两种优化模式一准优化SPWM、开关损耗优化SVPWM，并指出其优点。再次，对死区时间的影响进行深入的分析。 接着，给出了以87C196MC为核心的变频调速控制系统。在软件设计方面，给出了系统软件的主要流程图。最后，在变频器上分别实现以上两种优化PWM方式。经过对这两种PWM方式下的输出电压、电流及其频谱的分析，得出开关损耗优化SVPWM是较优的控制方法，它具有器件开关损耗小、电流谐波含量少、电机谐波损耗低以及转矩脉动小等一系列优点。实验结果验证了系统运行的可靠性及开关损耗优化SVPWM策略的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的提出

1.2变频调速技术及相关技术发展概况

1.3本论文的主要内容

第二章 异步电动机的变频调速

2.1异步电动机变频调速运行原理

2.2异步电动机的机械特性

2.2.1工频供电时异步电动机的机械特性

2.2.2恒压频比控制时变频调速的机械特性

第三章 脉宽调制技术

3.1 PWM控制性能指标

3.2正弦波PWM(SPWM)

3.2.1 SPWM的采样方法

3.2.2 SPWM的基波幅值

3.2.3 SPWM的谐波特性

3.3准优化PWM

3.4电压空间矢量PWM

3.4.1电压空间矢量PWM的基本原理

3.4.2基本电压空间矢量表示

3.4.3电压空间矢量作用时间的计算

3.4.4电压空间矢量作用的次序

3.5开关损耗优化SVPWM

3.6死区时间的影响

第四章 空压机变频调速控制系统的硬件结构

4.1空压机变频调速控制系统

4.2变频器的构成

4.2.1变频器的主电路

4.2.2变频器的控制回路

第五章 系统软件设计

5.1软件系统的总体结构

5.2波形发生器(WFG)

5.2.1波形发生器的专用寄存器

5.2.2波形发生器的基本工作原理

5.3准优化SPWM的实现

5.4开关损耗最优SVPWM的实现

5.5 PID控制

5.6 AD转换与数字滤波

5.7保护程序设计

5.7.1过流保护

5.7.2过温保护

5.7.3系统掉电保护

5.8加减频率子程序

第六章 实验与结论

6.1实验场所及设备

6.2死区时间不同的准优化SPWM的比较

6.3开关损耗优化SVPWM的实验及分析

6.4与三垦变频器的比较

6.5总结与展望

6.5.1总结

6.5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢