基于dsPIC单片机的单相电机变频调速系统研究

摘要

目前全球正面临能源危机，节能降耗成为不可避免的重大问题，而这些能源中绝大部分是被电机消耗掉，所以研究电机的变频调速得到了大家密切关注。相比普通的三相电机，单相异步电机由于具有结构简单，制造成本较低等优点，以及单相电机在诸多领域尤其家用电器中的广泛应用，使得它在工业控制特别是家用电器行业中的应用越来越广泛。 本文首先论述了单相电动机多种控制方法，推导了单相电机数学模型，采用了电压空间矢量PWM变频调速控制方法进行单相电机变频调速控制，并用MATLAB对该控制方案进行了仿真，证明了该控制方案理论上的可行性；并设计了基于dsPIC单片机的单相变频调速系统的硬件电路，用C语言编写了Sinusoidal Pulse Width Modulation(SPWM)和Space Vector Pulse Width Modulation(SVPWM)两种程序，进行了系统调试，取得了满意的结果。在系统硬件电路设计过程中，采用美国Microchip公司牛产的具有DSP内核的dsPIC30F4011芯片作为系统控制器，不仅满足了单相电动机变频调速控制的实时性要求，而且使系统的硬件电路变得更加简单。文章中详细介绍了主回路、开关电源电路、系统保护电路、检测电路、控制电路及其它外围电路的设计。软件设计部分包括主程序、PWM子程序和故障中断子程序，整个程序采用模块化设计，便于程序的修改和移植。在研究SVPWM的同时，本人也对当今应用比较成熟的SPWM控制方法进行了研究，通过两者实验波形的比较，体现了SVPWM的优良性能。实验证明使用SVPWM控制单相电机能够达到良好的效果。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1交流传动的现状及发展

1.1.1电力电子技术的发展

1.1.2变频调速技术简介及其基本控制方法

1.2单相电机控制常用方案

1.3课题研究的意义和主要内容

1.3.1课题研究的意义

1.3.2课题研究的主要内容

第二章单相异步电动机SVPWM变频调速

2.1单相异步电动机绕组磁场理论

2.2单相异步电动机的变频原理

2.2.1基频以下调速

2.2.2基频以上调速

2.3单相逆变器——异步电动机系统结构

2.4单相逆变器——异步电动机系统的数学模型

2.4.1单相异步电动机电压方程

2.4.2坐标变换

2.4.3电流方程

2.4.4转矩方程

2.4.5运动方程

2.5单相SVPWM控制技术的原理

2.6单相SVPWM控制参数的确定

2.6.1判断电压矢量所在扇区

2.6.2计算开关切换时间

2.6.3导通顺序的确定

2.7小结

第三章单相异步电动机SVPWM变频调速控制系统的MATLAB仿真

3.1单相电机SVPWM变频调速系统的仿真模型

3.1.1 SVPWM单元

3.1.2逆变模块

3.1.3电机模型

3.2仿真结果

3.3结论

第四章单相电机SVPWM控制系统的硬件电路设计

4.1 dsPIC控制芯片介绍

4.1.1 dsPIC30F系列基本特点介绍

4.1.2电机控制脉宽调制(MCPWM)模块

4.2整流滤波电路设计

4.3辅助电源电路

4.3.1 VIPER12A介绍

4.3.2 VIPER12A工作原理

4.4逆变主回路

4.5电流采样电路

4.6过流保护电路

4.7转速检测电路

4.8本章小结

第五章控制系统的软件设计

5.1 MPLAB集成开发环境(IDE)

5.2结构化程序设计

5.2.1主程序的设计

5.2.2故障中断子程序

5.2.3 SVPWM子程序

5.3本章小结

第六章实验结果及分析

6.1电机参数

6.2 SPWM实验结果

6.2.1上下桥臂PWM波形

6.2.2 SPWM波形

6.2.3 SPWM调制波形

6.2.4两相定子电压电流波形图

6.3 SVPWM实验结果

6.3.1上下桥臂PWM波形

6.3.2 SVPWM波形

6.3.3电机软启动波形

6.3.4两相调制波形

6.4结论

6.5展望

参考文献

个人简历、攻读学位期间的研究成果

附录

致谢