vvvf电梯拖动系统原理设计.doc
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vvvf电梯拖动系统原理设计,vvvf电梯拖动系统原理设计本文共计71页，23136字；摘要电梯是现代都市中不可缺少的交通工具，而拖动系统性能的好坏直接影响到整个电梯系统的性能。因而拖动系统是电梯的核心部分。vvvf有着调速范围宽、调速平滑性好等一系列优点，故而本设计采用了vvvf调速系统，以8051单片机为控制核心，随时从eprom中读取速度给定...
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VVVF电梯拖动系统原理设计
本文共计71页，23136字；
摘 要
电梯是现代都市中不可缺少的交通工具，而拖动系统性能的好坏直接影响到整个电梯系统的性能。因而拖动系统是电梯的核心部分。VVVF有着调速范围宽、调速平滑性好等一系列优点，故而本设计采用了VVVF调速系统，以8051单片机为控制核心，随时从EPROM中读取速度给定值，使其给定满足理想的电梯速度曲线（抛物线-直线综合型），并在单片机内实现电流和速度的PI调节，以达到电梯的“快、稳、准”的要求。速度给定采样时间为50ms，而电流反馈采样时间定为2ms，速度反馈采样时间定为10ms，单片机随时根据电流或速度的反馈值进行PI运算，修改其输出值，保证最终电动机的速度能够跟随给定值。
VVVF调速系统采用交-直-交的方式，整流部分采用不可控整流二极管整流，这样可以保证直流部分电压的基本恒定，而逆变部分采用SPWM（正弦波脉宽调制）的方法同时改变电压的幅值和频率。
本文的创新点是在设计中采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)来实现数字式SPWM。CPLD有着集成度高、运行速度快、可以在系统编程（ISP）以及I/O口多，并且所有的I/O口都可任意定义为输入输出，编程语言有VHDL、ABEL和原理图多种选择并可交叉使用等一系列优点，在电子电路中有着广泛的应用前景。这也是本设计的重点、难点和先进之处。本SPWM的实现方法是由CPLD的内部生成数字式锯齿波，而三相数字正弦波的值存贮在三片EPROM中，CPLD生成一个16位的地址，由此来确定某时刻正弦波的值，将此值与数字三角波的值进行比较，当正弦波的值大于三角波的值时CPLD输出为高电平，反之，输出低电平。仿真和实验表明所生成的SPWM波质量高，频率高达10kHz以上，符合设计要求。
关键词 ：电梯主拖动,VVVF,数字式SPWM,CPLD
Abstract
The elevator has become the indispensable transportation vehicle in the modern life. Generally speaking , the function and property of the whole system will be determined by the AC motor, the AC motor is the core of the elevator. The VVVF has a host of advantages including a wide range speed adjustment of and a continuous speed. So the design take VVVF as the speed adjustment , the 8051 single-chip microcomputer will retreat given speed data from EPROM at any time, made it satisfy ideal elevator speed curve( parabola- synthesize the type straightly)
Carry out current and speed PI adjustment in order to achieve requirements such as “fast-response, stability, accuracy”. Speed given time is 50ms , current feedback time is 2ms,speed feedback time is 10ms.
On the basis of current or speed feedback value , single-chip microcomputer will implement PI computing, revise its output value so that it can follow up its given value.
目录
第一章 引言--------------------------------------------------------------------------------1
1.1 电梯交流调速系统的发展----------------------------------------------------1
1.2 电梯交流调速的类型----------------------------------------------------------2
1.3 交流调速电梯的发展趋势------------------------------------------------------3
1.4 设计任务--------------------------------------------------------------------------4
第二章 VVVF电梯拖动系统原理 -----------------------------------------------------5
2.1 电梯系统原理--------------------------------------------------------------------5
2.1.1 电梯的基本原理----------------------------------------------------------5
2.1.2 电梯负载的机械特性-----------------------------------6
2.1.3 机械安全装置-----------------------------------------8
2.2 VVVF交流调速原理-----------------------------------------------------------10
2.2.1 动力学在电梯中的运用--------------------------------10
2.2.2 VVVF电梯电机拖动原理--------------------------------10
2.2.3 PWM脉宽调制原理-------------------------------------11
第三章 VVVF电梯拖动调速系统--------------------------------------13
3.1 系统设计--------------------------------------------------------------------------13
3.2 主电路系统设计-----------------------------------------------------------------15
3.2.1 整流电路------------------------------------------------------------------ 15
3.2.2 滤波电路------------------------------------------------------------------ 16
3.2.3 泵升限制电路------------------------------------------------------------ 16
3.2.4 逆变电路------------------------------------------------------------------ 17
3.2.5 反馈回路------------------------------------------------------------------ 23
3.2.6 电气保护电路------------------------------------------------------------ 23
3.3 变频器控制电路设计-----------------------------------------------------------24
3.3.1 数字式SPWM发生器---------------------------------------------------- 24
3.3.2 变频器驱动电路----------------------------------------------------------24
3.4 单片机及其外围设备-----------------------------------------------------------26
第四章 SPWM波的生成----------------------------------------------29
4.1 CPLD芯片简介--------------------------------------------------------------29
4.2 数字式SPWM的硬件电路实现------------------------------------------ 32
4.2.1 数字锯齿波发生器------------------------------------32
4.2.2 数字正弦波的实现------------------------------------33
4.2.3 死区延时及SPWM控制信号的产生-----------------------33
第五章 速度曲线计算---------------------------------------------------------------------32
5.1 乘坐舒适性------------------------------------------------------------------------37
5.2 速度曲线---------------------------------------------------------------------------37
5.2.1 速度计算--------------------------------------------38
5.2.2 加速度时间计算--------------------------------------39
5.2.3 加速度过程轿厢的运行距离----------------------------40
5.4 分速度运行------------------------------------------------------------------------41
5.4.1 运行速度分析------------------------------------------------------------44
5.4.2速度运行-------------------------------------------------------------------45
5.4.3 减速停止段-----------------------------------------46
第六章 仿真与实验结果--------------------------------------------------------------------47
第七章 结论------------------------------------------------------- 51参考文献---------------------------------------------------------------------------------------52
致谢---------------------------------------------------------------------------------------------53
附录---------------------------------------------------------------------------------------------54
参考文献
[1] 姜立东.VHDL语言程序设计及应用.北京邮电大学出版社，2001
[2] 李景华. 可编程逻辑器件应用.东北大学出版社，2001
[3] 孙强，周永明.IGBT缓冲电路设计.电工技术 2002.12
[4] 原魁, 李伟强编着. 变频器基础及应用. 冶金工业出版社. 1997
[5] 黄立培 .变频器应用技术及电动机调速. 人民邮电出社. 1997.7
[6] 刘载之 .电梯控制系统.电子工业出版社1993
[7] 章小丽 .交流电梯调速系统.电子工业出版社 2001
本文共计71页，23136字；
摘 要
电梯是现代都市中不可缺少的交通工具，而拖动系统性能的好坏直接影响到整个电梯系统的性能。因而拖动系统是电梯的核心部分。VVVF有着调速范围宽、调速平滑性好等一系列优点，故而本设计采用了VVVF调速系统，以8051单片机为控制核心，随时从EPROM中读取速度给定值，使其给定满足理想的电梯速度曲线（抛物线-直线综合型），并在单片机内实现电流和速度的PI调节，以达到电梯的“快、稳、准”的要求。速度给定采样时间为50ms，而电流反馈采样时间定为2ms，速度反馈采样时间定为10ms，单片机随时根据电流或速度的反馈值进行PI运算，修改其输出值，保证最终电动机的速度能够跟随给定值。
VVVF调速系统采用交-直-交的方式，整流部分采用不可控整流二极管整流，这样可以保证直流部分电压的基本恒定，而逆变部分采用SPWM（正弦波脉宽调制）的方法同时改变电压的幅值和频率。
本文的创新点是在设计中采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)来实现数字式SPWM。CPLD有着集成度高、运行速度快、可以在系统编程（ISP）以及I/O口多，并且所有的I/O口都可任意定义为输入输出，编程语言有VHDL、ABEL和原理图多种选择并可交叉使用等一系列优点，在电子电路中有着广泛的应用前景。这也是本设计的重点、难点和先进之处。本SPWM的实现方法是由CPLD的内部生成数字式锯齿波，而三相数字正弦波的值存贮在三片EPROM中，CPLD生成一个16位的地址，由此来确定某时刻正弦波的值，将此值与数字三角波的值进行比较，当正弦波的值大于三角波的值时CPLD输出为高电平，反之，输出低电平。仿真和实验表明所生成的SPWM波质量高，频率高达10kHz以上，符合设计要求。
关键词 ：电梯主拖动,VVVF,数字式SPWM,CPLD
Abstract
The elevator has become the indispensable transportation vehicle in the modern life. Generally speaking , the function and property of the whole system will be determined by the AC motor, the AC motor is the core of the elevator. The VVVF has a host of advantages including a wide range speed adjustment of and a continuous speed. So the design take VVVF as the speed adjustment , the 8051 single-chip microcomputer will retreat given speed data from EPROM at any time, made it satisfy ideal elevator speed curve( parabola- synthesize the type straightly)
Carry out current and speed PI adjustment in order to achieve requirements such as “fast-response, stability, accuracy”. Speed given time is 50ms , current feedback time is 2ms,speed feedback time is 10ms.
On the basis of current or speed feedback value , single-chip microcomputer will implement PI computing, revise its output value so that it can follow up its given value.
目录
第一章 引言--------------------------------------------------------------------------------1
1.1 电梯交流调速系统的发展----------------------------------------------------1
1.2 电梯交流调速的类型----------------------------------------------------------2
1.3 交流调速电梯的发展趋势------------------------------------------------------3
1.4 设计任务--------------------------------------------------------------------------4
第二章 VVVF电梯拖动系统原理 -----------------------------------------------------5
2.1 电梯系统原理--------------------------------------------------------------------5
2.1.1 电梯的基本原理----------------------------------------------------------5
2.1.2 电梯负载的机械特性-----------------------------------6
2.1.3 机械安全装置-----------------------------------------8
2.2 VVVF交流调速原理-----------------------------------------------------------10
2.2.1 动力学在电梯中的运用--------------------------------10
2.2.2 VVVF电梯电机拖动原理--------------------------------10
2.2.3 PWM脉宽调制原理-------------------------------------11
第三章 VVVF电梯拖动调速系统--------------------------------------13
3.1 系统设计--------------------------------------------------------------------------13
3.2 主电路系统设计-----------------------------------------------------------------15
3.2.1 整流电路------------------------------------------------------------------ 15
3.2.2 滤波电路------------------------------------------------------------------ 16
3.2.3 泵升限制电路------------------------------------------------------------ 16
3.2.4 逆变电路------------------------------------------------------------------ 17
3.2.5 反馈回路------------------------------------------------------------------ 23
3.2.6 电气保护电路------------------------------------------------------------ 23
3.3 变频器控制电路设计-----------------------------------------------------------24
3.3.1 数字式SPWM发生器---------------------------------------------------- 24
3.3.2 变频器驱动电路----------------------------------------------------------24
3.4 单片机及其外围设备-----------------------------------------------------------26
第四章 SPWM波的生成----------------------------------------------29
4.1 CPLD芯片简介--------------------------------------------------------------29
4.2 数字式SPWM的硬件电路实现------------------------------------------ 32
4.2.1 数字锯齿波发生器------------------------------------32
4.2.2 数字正弦波的实现------------------------------------33
4.2.3 死区延时及SPWM控制信号的产生-----------------------33
第五章 速度曲线计算---------------------------------------------------------------------32
5.1 乘坐舒适性------------------------------------------------------------------------37
5.2 速度曲线---------------------------------------------------------------------------37
5.2.1 速度计算--------------------------------------------38
5.2.2 加速度时间计算--------------------------------------39
5.2.3 加速度过程轿厢的运行距离----------------------------40
5.4 分速度运行------------------------------------------------------------------------41
5.4.1 运行速度分析------------------------------------------------------------44
5.4.2速度运行-------------------------------------------------------------------45
5.4.3 减速停止段-----------------------------------------46
第六章 仿真与实验结果--------------------------------------------------------------------47
第七章 结论------------------------------------------------------- 51参考文献---------------------------------------------------------------------------------------52
致谢---------------------------------------------------------------------------------------------53
附录---------------------------------------------------------------------------------------------54
参考文献
[1] 姜立东.VHDL语言程序设计及应用.北京邮电大学出版社，2001
[2] 李景华. 可编程逻辑器件应用.东北大学出版社，2001
[3] 孙强，周永明.IGBT缓冲电路设计.电工技术 2002.12
[4] 原魁, 李伟强编着. 变频器基础及应用. 冶金工业出版社. 1997
[5] 黄立培 .变频器应用技术及电动机调速. 人民邮电出社. 1997.7
[6] 刘载之 .电梯控制系统.电子工业出版社1993
[7] 章小丽 .交流电梯调速系统.电子工业出版社 2001
