VVVF電梯拖動系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)


本文共計(jì)71頁，23136字；

摘 要

電梯是現(xiàn)代都市中不可缺少的交通工具，而拖動系統(tǒng)性能的好壞直接影響到整個電梯系統(tǒng)的性能。因而拖動系統(tǒng)是電梯的核心部分。VVVF有著調(diào)速范圍寬、調(diào)速平滑性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，故而本設(shè)計(jì)采用了VVVF調(diào)速系統(tǒng)，以8051單片機(jī)為控制核心，隨時從EPROM中讀取速度給定值，使其給定滿足理想的電梯速度曲線（拋物線-直線綜合型），并在單片機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)電流和速度的PI調(diào)節(jié)，以達(dá)到電梯的“快、穩(wěn)、準(zhǔn)”的要求。速度給定采樣時間為50ms，而電流反饋采樣時間定為2ms，速度反饋采樣時間定為10ms，單片機(jī)隨時根據(jù)電流或速度的反饋值進(jìn)行PI運(yùn)算，修改其輸出值，保證最終電動機(jī)的速度能夠跟隨給定值。
VVVF調(diào)速系統(tǒng)采用交-直-交的方式，整流部分采用不可控整流二極管整流，這樣可以保證直流部分電壓的基本恒定，而逆變部分采用SPWM（正弦波脈寬調(diào)制）的方法同時改變電壓的幅值和頻率。
本文的創(chuàng)新點(diǎn)是在設(shè)計(jì)中采用CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字式SPWM。CPLD有著集成度高、運(yùn)行速度快、可以在系統(tǒng)編程（ISP）以及I/O口多，并且所有的I/O口都可任意定義為輸入輸出，編程語言有VHDL、ABEL和原理圖多種選擇并可交叉使用等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中有著廣泛的應(yīng)用前景。這也是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和先進(jìn)之處。本SPWM的實(shí)現(xiàn)方法是由CPLD的內(nèi)部生成數(shù)字式鋸齒波，而三相數(shù)字正弦波的值存貯在三片EPROM中，CPLD生成一個16位的地址，由此來確定某時刻正弦波的值，將此值與數(shù)字三角波的值進(jìn)行比較，當(dāng)正弦波的值大于三角波的值時CPLD輸出為高電平，反之，輸出低電平。仿真和實(shí)驗(yàn)表明所生成的SPWM波質(zhì)量高，頻率高達(dá)10kHz以上，符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞 ：電梯主拖動,VVVF,數(shù)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.
目錄

第一章 引言--------------------------------------------------------------------------------1
1.1 電梯交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展----------------------------------------------------1
1.2 電梯交流調(diào)速的類型----------------------------------------------------------2
1.3 交流調(diào)速電梯的發(fā)展趨勢------------------------------------------------------3
1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)--------------------------------------------------------------------------4
第二章 VVVF電梯拖動系統(tǒng)原理 -----------------------------------------------------5
2.1 電梯系統(tǒng)原理--------------------------------------------------------------------5
2.1.1 電梯的基本原理----------------------------------------------------------5
2.1.2 電梯負(fù)載的機(jī)械特性-----------------------------------6
2.1.3 機(jī)械安全裝置-----------------------------------------8
2.2 VVVF交流調(diào)速原理-----------------------------------------------------------10
2.2.1 動力學(xué)在電梯中的運(yùn)用--------------------------------10
2.2.2 VVVF電梯電機(jī)拖動原理--------------------------------10
2.2.3 PWM脈寬調(diào)制原理-------------------------------------11
第三章 VVVF電梯拖動調(diào)速系統(tǒng)--------------------------------------13
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------------------13
3.2 主電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------------15
3.2.1 整流電路------------------------------------------------------------------ 15
3.2.2 濾波電路------------------------------------------------------------------ 16
3.2.3 泵升限制電路------------------------------------------------------------ 16
3.2.4 逆變電路------------------------------------------------------------------ 17
3.2.5 反饋回路------------------------------------------------------------------ 23
3.2.6 電氣保護(hù)電路------------------------------------------------------------ 23
3.3 變頻器控制電路設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------24
3.3.1 數(shù)字式SPWM發(fā)生器---------------------------------------------------- 24
3.3.2 變頻器驅(qū)動電路----------------------------------------------------------24
3.4 單片機(jī)及其外圍設(shè)備-----------------------------------------------------------26
第四章 SPWM波的生成----------------------------------------------29
4.1 CPLD芯片簡介--------------------------------------------------------------29
4.2 數(shù)字式SPWM的硬件電路實(shí)現(xiàn)------------------------------------------ 32
4.2.1 數(shù)字鋸齒波發(fā)生器------------------------------------32
4.2.2 數(shù)字正弦波的實(shí)現(xiàn)------------------------------------33
4.2.3 死區(qū)延時及SPWM控制信號的產(chǎn)生-----------------------33
第五章 速度曲線計(jì)算---------------------------------------------------------------------32
5.1 乘坐舒適性------------------------------------------------------------------------37
5.2 速度曲線---------------------------------------------------------------------------37
5.2.1 速度計(jì)算--------------------------------------------38
5.2.2 加速度時間計(jì)算--------------------------------------39
5.2.3 加速度過程轎廂的運(yùn)行距離----------------------------40
5.4 分速度運(yùn)行------------------------------------------------------------------------41
5.4.1 運(yùn)行速度分析------------------------------------------------------------44
5.4.2速度運(yùn)行-------------------------------------------------------------------45
5.4.3 減速停止段-----------------------------------------46
第六章 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果--------------------------------------------------------------------47
第七章 結(jié)論------------------------------------------------------- 51參考文獻(xiàn)---------------------------------------------------------------------------------------52
致謝---------------------------------------------------------------------------------------------53
附錄---------------------------------------------------------------------------------------------54

參考文獻(xiàn)
[1] 姜立東.VHDL語言程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用.北京郵電大學(xué)出版社，2001
[2] 李景華. 可編程邏輯器件應(yīng)用.東北大學(xué)出版社，2001
[3] 孫強(qiáng)，周永明.IGBT緩沖電路設(shè)計(jì).電工技術(shù) 2002.12
[4] 原魁, 李偉強(qiáng)編著. 變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用. 冶金工業(yè)出版社. 1997
[5] 黃立培 .變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動機(jī)調(diào)速. 人民郵電出社. 1997.7
[6] 劉載之 .電梯控制系統(tǒng).電子工業(yè)出版社1993
[7] 章小麗 .交流電梯調(diào)速系統(tǒng).電子工業(yè)出版社 2001