【正文】 基于 80C51 單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計 目 錄 第 1 章 概述 ........................................ 1 .................... 2 SPWM 變 頻調(diào)速系統(tǒng)概述 .......................... 2 第 2 章 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原 理 ..................... 3 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理 ....................... 3 系統(tǒng)設(shè)計總方案的確定 ........................... 4 第 3章 主電路 設(shè)計 ................................. 5 ................................. 5 主電路設(shè)計 .................................... 7 主電路電路圖 .................................. 6 第 4章 控制電路設(shè)計 ............................... 9 控制電路設(shè)計總思路 ............................. 9 SPWM 波形產(chǎn)生電路 .............................. 9 第 5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................. 19 結(jié)論 .............................................. 22 致謝語 ............................................ 22 參考文獻 .......................................... 23 基于單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 1 引 言 隨著 電力 電子 技術(shù)、微機控制技術(shù)以及大規(guī)模 集成電路 的發(fā)展，基于集成PWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。本文介紹的 GTR SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng) 是以大規(guī)模專用集成電路 HEF4752 和 單片機 （ 80C51）為核心構(gòu)成的控制電路，由HEF4752 產(chǎn)生的三相 PWM信號經(jīng)隔離、放大后，驅(qū)動由 GTR 構(gòu)成的三相橋式逆變器，使之輸出三相 SPWM 的波形，實現(xiàn)異步電機變頻調(diào)速。 第 1章 概述 三相異步電動機變頻調(diào)速的發(fā)展 隨著變頻調(diào)速異步電動機在國內(nèi)外市場上日益擴大應(yīng)用。自 90 年代中期以來，我國有眾多電動機生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計、研制和生產(chǎn) 適用于不同應(yīng)用的各種系列變頻調(diào)速三相異步電動機，例如：通用變頻調(diào)速電動機系列、起重冶金變頻調(diào)速電動機系列、隔爆變頻調(diào)速電動機系列、電梯變頻調(diào)速電動機系列、輥道變頻調(diào)速電動機系列、牽引變頻調(diào)速電動機系列等。從目前情況看，這些系列電動機能基本滿足國內(nèi)市場的需求。 據(jù)資料顯示，我國對于變頻凋速三相異步電動機的品種不斷擴大，產(chǎn)品設(shè)計也不斷改進。為 了適應(yīng)不同用途、不同工作條件和使用環(huán)境、不同工況等各種要求，專用系列和改型系列變頻調(diào)速電動機產(chǎn)品不論現(xiàn)在和將來，都在迅速發(fā)展。 變頻器供電電源會存電動機端子和各相繞組的前 幾匝線圈上產(chǎn)生高頻瞬間脈沖峰值電，因此，如果不對絕緣系統(tǒng)采用增強措施．將會使繞組存高電壓應(yīng)力作用下過早失效，從而引起絕緣擊穿故障。 在電氣傳動領(lǐng)域中，隨著自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術(shù)（簡稱 PWM 技術(shù)）也日趨成熟。 PMW 交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、輸出波形好、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在井下風(fēng)機、水泵、造紙機等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。將單片機應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，可有效地避免傳統(tǒng)調(diào)速方案中的一些基于單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 2 缺點，達到了提高控制精度的目的，其特點： （ 1）采用單片機可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件實現(xiàn)，簡化了電 路。 （ 2）單片機具有更強的邏輯功能，運算速度快，精度高，有大容量的存儲單元，可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。 （ 3）無零點漂移，控制精度高。 （ 4）可以提供人機界面，多機連網(wǎng)工作。 SPWM 變 頻調(diào)速系統(tǒng)概述 二十世紀(jì)末以來 ,電力電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路 有了飛速的發(fā)展 ， 在此技術(shù)背景下 SPWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用 。 眾所周之早期的交 直 交變壓變頻器說輸出的交流波形都是矩形波或六拍階梯波，這是因為當(dāng)時逆變器只能采用半控式的晶閘管，會有較 大的低次諧波， 使電動機輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。為了改善交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，在出現(xiàn)了全控式電力電子開關(guān)器件之后，科技工作者在20世紀(jì) 80年代開發(fā)應(yīng)用 PWM技術(shù)的逆變器，由于它的優(yōu)良技術(shù)性能，當(dāng)今國內(nèi)外生產(chǎn)的變壓變頻器都已采用這種技術(shù)。 PWM技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達到改變電壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達到變壓和變頻的目的。在變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于 PWM斬波（ DC－ DC變換），后者主要應(yīng)用于 PWM逆變（ DC－ AC變換）。 PWM脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號波（調(diào)制波）對三角載波進行調(diào)制，以達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當(dāng)于基波分量的信號波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在 PWM優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調(diào)制信號，但決不是最優(yōu)信號。 PWM控制技術(shù)有許多種，并且還在不斷發(fā)展中。但從控制思想上分，可把它們分成四類，即等脈寬 PWM法、正弦波 PWM法（ SPWM）、磁鏈跟蹤 PWM法（ SVPWM）和電流跟蹤 PWM法等。本課題設(shè)計主要介紹正弦波 SPWM的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ,目前使用較廣泛的 PWM法 .前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具基于單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 3 有慣性的環(huán)節(jié)上時 ,其效果基本相同 .SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM波形即 SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷 ,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值 。 第 2章 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原 理 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理 PWM 的原理，就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來等效一些想要的波形。 PWM 技術(shù)是利用半導(dǎo)體