【正文】 基于 80C51 單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 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(jì)總方案的確定 ........................... 4 第 3章 主電路 設(shè)計(jì) ................................. 5 ................................. 5 主電路設(shè)計(jì) .................................... 7 主電路電路圖 .................................. 6 第 4章 控制電路設(shè)計(jì) ............................... 9 控制電路設(shè)計(jì)總思路 ............................. 9 SPWM 波形產(chǎn)生電路 .............................. 9 第 5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................. 19 結(jié)論 .............................................. 22 致謝語 ............................................ 22 參考文獻(xiàn) .......................................... 23 基于單片機(jī)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(jī)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(yùn)行可靠、節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)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(jī) （ 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(dòng)由 GTR 構(gòu)成的三相橋式逆變器，使之輸出三相 SPWM 的波形，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)變頻調(diào)速。 第 1章 概述 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的發(fā)展 隨著變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)在國內(nèi)外市場上日益擴(kuò)大應(yīng)用。自 90 年代中期以來，我國有眾多電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)、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(dòng)機(jī)，例如：通用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、起重冶金變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、隔爆變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、電梯變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、輥道變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、牽引變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列等。從目前情況看，這些系列電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的品種不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也不斷改進(jìn)。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(dòng)機(jī)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(huì)存電動(dòng)機(jī)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(qiáng)措施．將會(huì)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(dòng)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(diǎn)，在井下風(fēng)機(jī)、水泵、造紙機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。將單片機(jī)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(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 2 缺點(diǎn)，達(dá)到了提高控制精度的目的，其特點(diǎn)： （ 1）采用單片機(jī)可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件實(shí)現(xiàn)，簡化了電 路。 （ 2）單片機(jī)具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快，精度高，有大容量的存儲(chǔ)單元，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。 （ 3）無零點(diǎn)漂移，控制精度高。 （ 4）可以提供人機(jī)界面，多機(jī)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(yùn)行可靠、節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)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?yàn)楫?dāng)時(shí)逆變器只能采用半控式的晶閘管，會(huì)有較 大的低次諧波， 使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動(dòng)分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。為了改善交流電動(dòng)機(jī)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(dá)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(dá)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(jìn)行調(diào)制，以達(dá)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(jì)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(gè)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(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 3 有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí) ,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(gè)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(shí)，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