【正文】 ****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘 要使異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想,過去如變極調(diào)速、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速均屬于有級(jí)調(diào)速；而調(diào)壓調(diào)速雖能平滑調(diào)速,但調(diào)速范圍不大,耗能多,僅限于小功率,無(wú)法和直流調(diào)速系統(tǒng)相比。隨著新技術(shù)、新理論的不斷發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,其控制方式完全可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此變頻器的應(yīng)用日益廣泛，變頻器性能的優(yōu)劣直接影響著電機(jī)的運(yùn)行特性，所以如何提高變頻器的優(yōu)化控制成為變頻技術(shù)的關(guān)鍵。在變頻調(diào)速中關(guān)鍵的一項(xiàng)就是控制端SPWM波的產(chǎn)生,它不僅要求電壓和頻率變化呈線性關(guān)系,而且要求輸出波形盡可能接近于正弦波,特別是對(duì)于一些性能指標(biāo)要求較高的全控型開關(guān)器件如IGBT等,其開關(guān)頻率很高,因此就要求SPWM波發(fā)生器要達(dá)到一定的開關(guān)頻率,基波頻率也要求相對(duì)較高。為了解決這個(gè)問題,可以利用SLE4520這塊集成芯片,來(lái)生成滿足要求的SPWM波。本設(shè)計(jì)就是利用AT89C51單片機(jī)作為控制主機(jī)，與三相PWM集成芯片SLE4520配合工作，設(shè)置一種SPWM波生成的算法，通過單片機(jī)的定時(shí)模塊產(chǎn)生脈沖，并將其送入SLE4520中，最后將SPWM脈沖送至逆變橋臂上下的IGBT中來(lái)控制逆變電路。本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于可以通過鍵盤/顯示來(lái)進(jìn)行變頻器的智能控制。在不同的工作狀態(tài)下，可以顯示不同的數(shù)據(jù)，再配合上各種故障保護(hù)電路，可以使得變頻器安全的工作。關(guān)鍵詞：SLE4520 單片機(jī) SPWM脈沖ABSTRACTTo achieve good performance asynchronous motor speed is ideal, such as speed regulating pole change motor rotor asynchronous and winding speed rotor circuit resistance of all belong to have stepless speed regulation, And although speed regulating speed can be smooth, but not more than energyconsuming, speed limits, only small power, pared with dc speed control system. With the new technology, the new theory of frequency conversion technology unceasing development, the control mode, and can pletely Dc speed control system. But in the frequency conversion control is one of the key is the wave of SPWM not only requires the voltage and frequency variation, and the requirements of a linear relationship between output waveform in sine as close as possible, especially for some performance index to demand higher allcontrolling switching device IGBT etc, such as the high frequency switching, so requires SPWM wave generator to reach a certain switching frequency wave frequency also require relatively high. In order to solve this problem, you can use SLE4520 this integration chip, to meet the requirements of SPWM wave design is to use AT89C51 as host, and threephase PWM control SLE4520 integrated chips, setting an SPWM wave generated by MCU timing algorithms, and will produce pulses module to SLE4520, finally will SPWM inverter pulse to bridge the arm upperandlower IGBT inverter circuits to control. The design of the keyboard/strengths can display for converter intelligent control. In different working conditions, can show the different data, bined with the various fault protection circuit, can make the job security. Keywords：SCM（Single Chip Microputer） SLE4520 SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速發(fā)展現(xiàn)狀 1 SPWM控制技術(shù)介紹 3 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及意義 42 變頻器應(yīng)用電路 5 變頻器的發(fā)展動(dòng)向及技術(shù)指標(biāo) 5 變頻器的發(fā)展情況 5 變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 7 變頻器的技術(shù)指標(biāo) 8 變頻器結(jié)構(gòu)與功能 9 變頻器主電路結(jié)構(gòu)及功能 9 變頻器控制電路結(jié)構(gòu)及功能 15 SPWM脈沖生成原理 173 變頻器V/F控制技術(shù) 20 V/F控制的原理 20 V/F曲線的選擇 20 轉(zhuǎn)速開環(huán)的V/F控制方式 21 轉(zhuǎn)速閉環(huán)的V/F控制方式 234 變頻器硬件電路設(shè)計(jì)部分 25 變頻器主電路設(shè)計(jì) 25 變頻器控制電路設(shè)計(jì) 26 AT89C51單片機(jī) 26 SLE4520集成芯片 27 通用鍵盤顯示電路 32 ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與AT89C51的接口 36 存儲(chǔ)器EPROM2764和EEPROM2864的擴(kuò)展技術(shù) 39 以速度為控制對(duì)象的變頻器 405 變頻器系統(tǒng)軟件框架的構(gòu)建 43 主程序流程圖 43 單片機(jī)與SLE4520相結(jié)合形成SPWM脈沖 44 8279通用鍵盤和顯示電路軟件設(shè)計(jì) 49 變頻器運(yùn)行過程中參數(shù)調(diào)整模塊設(shè)計(jì) 56 變頻器采樣及故障檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 57 定時(shí)器中斷模塊設(shè)計(jì) 58總 結(jié) 59致 謝 60參考文獻(xiàn) 611 緒論 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速發(fā)展現(xiàn)狀電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，一是要使電動(dòng)機(jī)具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；二是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好壞對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。電動(dòng)機(jī)和控制裝置一起合成電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。以直流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱之為直流調(diào)速系統(tǒng)。以交流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱之為交流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)交流電機(jī)的類型，相應(yīng)有同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。因此，長(zhǎng)期以來(lái)在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，由于直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械式換向器和電刷存在以下弱點(diǎn)，這給直流調(diào)速系統(tǒng)帶來(lái)了不足。① 機(jī)械式換向器表面線速度及換向電流、電壓有極限容許值，這就限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率。如果要超過極限容許值，則會(huì)極大的增加電機(jī)制造難度和成本，并使得調(diào)速系統(tǒng)趨于復(fù)雜。② 機(jī)械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換，使得直流調(diào)速系統(tǒng)維修工作量大，維修費(fèi)用高，也直接影響設(shè)備正常的生產(chǎn)。③ 在易燃 、易爆、多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場(chǎng)合更不宜使用直流電動(dòng)機(jī)。由此可見，這將使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制。然而，采用無(wú)換向器的交流電動(dòng)機(jī)組成的交流調(diào)速系統(tǒng)代替直流調(diào)速系統(tǒng)可以突破這些限制，滿足生產(chǎn)發(fā)展對(duì)調(diào)速傳動(dòng)的各種不同的要求。交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、堅(jiān)固耐用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行可靠、很少維修、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)發(fā)展不受限制等優(yōu)點(diǎn)。但是長(zhǎng)期以來(lái)由于受科技發(fā)展的限制，把交流電動(dòng)機(jī)作為調(diào)速電機(jī)所存在的問題未能得到較好的解決，只有一些調(diào)速性能差、低效耗能的調(diào)速方法，如:① 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外串電阻及機(jī)組式串級(jí)調(diào)速方法。② 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速方法(自禍變壓器、飽和電抗器)及后來(lái)的電磁(滑差離合器)調(diào)速方法。20世紀(jì)60年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國(guó)重視交流調(diào)速技術(shù)的研究與開發(fā)。尤其是20世紀(jì)70年代以后，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。從此，交流調(diào)速理論及應(yīng)用技術(shù)得到了較快的發(fā)展，大致體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1. 電力電子器件的蓬勃發(fā)展促進(jìn)了交流技術(shù)的迅速發(fā)展和交流調(diào)速裝置的現(xiàn)代化電力電子器件是現(xiàn)代交流調(diào)速裝置的支柱，其發(fā)展直接決定和影響交流調(diào)速的發(fā)展。20世紀(jì)80年代以前，變頻裝置功率回路主要采用晶閘管元件。裝置的效率、可靠性、成本、體積均無(wú)法與同容量的直流調(diào)速裝置相比。80年代中期以后用第二代電力電子器件GTR,GTO,VDMOSIGBT等制造的變頻裝置在性能與價(jià)格比上可以與直流調(diào)速裝置相媲美。隨著電力電子器件向大電流、高電壓、高頻化、集成化、模塊化方向的繼續(xù)發(fā)展，第三代電力電子器件是20世紀(jì)90年代制造變頻器的主流產(chǎn)品，中、小功率的變頻調(diào)速裝置(I1000KW)主要是采用IGBT，中、大功率的變頻調(diào)速裝置(1000IOO OOKW)采用GTO器件。20世紀(jì)90年代末至今，電力電子器件的發(fā)展進(jìn)入了第四代。如:高壓IGBT、IGCT、IEGT、SGCT等。2. 脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能，為交流調(diào)速技術(shù)的普及發(fā)揮了重大作用。脈寬調(diào)制技術(shù)種類很多，并且正在不斷發(fā)展之中?；究煞炙念悾吹葘扨WM法、正弦PWM法、磁鏈追蹤型PWM法及電流跟蹤型PWM法。近年來(lái)，新型全數(shù)字化專用PWM生成芯片HEF4752,SLE4520,MA818等達(dá)到實(shí)用化，并己經(jīng)實(shí)際應(yīng)用。3. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)手段和保證早期的交流調(diào)速系統(tǒng)的控制器〔或系統(tǒng)的控制回路)多為由模擬電子電路組成。近十幾年來(lái)，由于微機(jī)控制技術(shù)，特別是以單片機(jī)及數(shù)字信號(hào)處理器DSP為控制核心的微機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用以及大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，促使交流調(diào)速系統(tǒng)的控制回路由模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制。當(dāng)今模擬控制器己被淘汰，全數(shù)字化的交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。微機(jī)控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的應(yīng)用提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和操作、設(shè)置的多樣性和靈活性，降低了變頻調(diào)速裝置的成本和體積。以微處理器為核心的數(shù)字控制已經(jīng)成為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的主要特征之一。用于交流調(diào)速系統(tǒng)的微處理器發(fā)展情況如下:(1)單片機(jī)就組成而言，一片單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，大大縮小了控制器的體積，降低了成本，增強(qiáng)了功能。隨著單片機(jī)性能的不斷提高，單片機(jī)具有了豐富的硬件資源和軟件資源。然而，單片機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)處理或浮點(diǎn)運(yùn)算能力有限，因此有待于進(jìn)一步提高運(yùn)算速度。(2)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為了提高運(yùn)算速度，在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理器，其中采取了一系列措施，包括集成硬件乘法器、提高時(shí)鐘頻率、支持浮點(diǎn)運(yùn)算等，以提高運(yùn)算速度。近幾年來(lái)，將DSP作成磁芯，把PWM生成、A/D變換器等集成于一個(gè)芯片上，使其功能更加強(qiáng)大，應(yīng)用更為廣泛。 SPWM控制技術(shù)介紹正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)在變頻器中得到廣泛的應(yīng)用。SPWM變頻器調(diào)壓調(diào)頻一次完成，整流器無(wú)需控制，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了輸入端的功率因數(shù)，減小了高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。此外，由于輸出波形由方波改進(jìn)為PWM波，減少了低次諧波，從而解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，也降低了電動(dòng)機(jī)的諧波損耗和噪聲。PWM技術(shù)的應(yīng)用是變頻器的發(fā)展主流。SPWM的調(diào)制原理是使變頻器的輸出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)面積相等，改變調(diào)制波的頻率和幅值即可調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的頻率和幅值。SPWM變頻器的輸出電壓雖然接近于正弦波，但感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身因?yàn)闅庀洞磐?、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子電流是強(qiáng)藕合的，所以調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)，采用矢量控制技術(shù)可提高其調(diào)速性能。矢量控制的原理是采用坐標(biāo)變換的方法，以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和變換后功率不變?yōu)闇?zhǔn)則，建立三相交流繞組，兩相交流繞組和直流繞組三者之間的等效關(guān)系，從而求出與交流電機(jī)等效的直流電機(jī)模型，即實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的解耦，以便按照對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方法對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，矢量控制要求由磁通觀測(cè)器測(cè)出實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈幅值及相位，因此如何利用先進(jìn)理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈位置的精確觀測(cè)是矢量控制技術(shù)的重要課題。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及意義畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種較為通用的變頻器，在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制器采用AT89C51單片機(jī)，對(duì)變頻的控制算法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，利用恒壓頻比方式控制變頻器工作，得出程序算法的流程圖和硬件電路設(shè)計(jì)圖。論文主要結(jié)構(gòu)安排：第一章，概論，敘述調(diào)速技術(shù)與變頻的新思想；第二章，介紹變頻器發(fā)展態(tài)勢(shì)及變頻器應(yīng)用電路的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；第三章，講述V/f控制原理及其實(shí)現(xiàn)方案；第四章，對(duì)設(shè)計(jì)中用到的芯