【正文】 ............................... 22 致 謝 ........................................................... 22 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 近些年 來，伴隨工業(yè)水平的快速發(fā)展，交流異步電機的使用也越來越廣，這也表明對電機的速度調節(jié)越來越重要，而為了獲得好的調速性能，一般采用 PWM 變頻調速方式。但是越好的調速系統(tǒng)控制越復雜，變化因素也很多，而且對理論知識要求也很高，所以在系統(tǒng)設 計的時候就需要很好的實踐經驗和自動控制的理論基礎。 而交 — 直 — 交變頻器是首先把電網輸出的交流電能變換成為直流電，通過中間濾波環(huán)節(jié)后，再經過逆變器，最后轉變?yōu)榭勺冾l和變壓的交流電，故被稱為間接型變頻器。 總而言之，如今處于發(fā)展中國家的我國與技術成熟先進的一些發(fā)達國家相對比較，我們 仍然還落后 10 到 15 左右，即使我們有較為豐富的人員，也有一定的物力，但是不夠集中。 國外變頻調速技術發(fā)展概況 在大功率電機變頻調速技術階段 ,ABB 提供一個獨立的容量約 60000 千瓦的設備用于抽水蓄能電站。 國外的交流變頻調速技術在高速發(fā)展下存在以下特點 [2]： （ 1）市場需求量較大。 （ 3）自動控制理論和微電子的發(fā)展。后來，依據交流電機的特性，完成了傳統(tǒng)交流電機的一種新的調速方式，是通過轉子回路串電阻完成分段的調速控制，這種調速方式很耗能，而且裝置性能不好，技術落后，存在很多的問題，所以使得異步電機在市場上不能得到大面積的推廣。 微處理器 ，包括了單片機在內，逐漸在 代替 傳統(tǒng)的 模擬電路 來 用作 交流電機和直流 電機的控制器， 單片機 具有以下特點： （ 1） 程序代碼能夠大大 簡化 實際電路裝置 。 （ 3） 單片機數字化 能夠 很容易的 完成較為復雜的 邏輯和算術 控制功能。 單片機作為一種數字 處理器 ，它 的控制方法 以及控制策略都是 由 設計人員事先編寫程序 軟件來實現的 。而單片機 微型處理器 就是 不一樣 的數字信號處理芯片 ，雖然 單片機的 芯片 體積 很小，但是 內部的 集成度 是 很高 的 ，這樣一個很小芯片集成了上億個晶體管，不僅 可以完成定時 功能 、中斷 功能 、通信 功能 、采樣 功能 等等 ，還能實現與其他微型處理器的交互運行 ， 其本質 就是一個微型 的 計算機 控制芯片。主電路主要是為感應電機提供變頻電源的控制信號，有三個部分：平波、逆變和整流電路 。 （ 2）具有固定磁通功能的 V/F 變頻器 使用反饋磁通的方式使得感應電機的三相正弦電流產生一個空間的圓形旋轉磁場，這樣就會有一個固定的電磁轉矩，這是為了解決經典 V/F 變頻器在 V/F 值上調整苦難這一個問題，這樣控制方式我們叫做磁鏈跟蹤控制。 該 方式 可以 使電源的輸出電壓在工作 情況發(fā)生 變化時保持 不變 ，是 借助 微處理器 的數字信號控制 模擬電路 的一種 可行 的技術。 檢 測電 路負 載V 1 V 3V 2 V 4U dU rU cV D 1 V D 3V D 4V D 2 圖 22 單相橋式 PWM 逆變電路 單極性 PWM控制方式 單極性 PWM 控制如圖 22 所示 ,載波 uc 和調制波 ur 的交點時刻控制 IGBT 的開通與關斷。 當 uruc 時 ,使 V3 通， V4 斷， u0=Ud 。 ② 當 uruc 時，給 V1 和 V4 關斷信號，給 V2 和 V3 導通信號 , 若 i00,使 VD2 和 VD3 通，若 i00,使 V2 和 V3 通， u0=Ud 。閉環(huán)控制是兩種基本的方法在正反饋和負反饋。 控制系統(tǒng) 中所 采用 的控制大多是閉環(huán)控制 方法 ，用 到 的 控制原理 主要是 反饋原理 。系統(tǒng)框圖如下所示： 外 接 設 備（ 串 口 、顯 示 、 鍵盤 等 ）A T 8 9 S 5 2單 片 機芯 片S A 4 8 2 8感 應 電 機回 路保 護 電 路檢 測 電 路A / D 圖 26 變頻調速系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)主要包括主電路和兩個控制電路，其中主電路包括單片機主電路和交 直 交變頻電路（這里采用 IPM 集成模塊）與電機；控制電路包括 AT89S52 主控制電路、 SA4825PWM模塊、驅動模塊以及外圍設備模塊（鍵盤輸入、 A/D 轉換、串口和液晶等）。逆變器是由六個 IGBT 管構成三相全橋式電路，并增加了吸收電路。 圖 31 主電路結構圖 逆變器 (DC / AC)技術是電力電子技術的重要組成部分。這樣，在任 何一個瞬間，將會同時導通三個橋臂。 電路中開關管導通順序： 第 1 個 T／ 6： V1， V6， V5 導通， V4， V3， V2 截至： 第 2 個 T／ 6： Vl， V6， V2 導通， V4， V3， V5 截至： 第 3 個 T／ 6： V1， V3， V2 導通， V4， V6， V5 截至： 第 4 個 T／ 6： V4， V3， V2 導通， V1， V6， V5 截至： 第 5 個 T／ 6： V4， V3， V5 導通， V1， V6， V2 截至： 第 6 個 T／ 6： V4， V6， V5 導通， V1， V3， V2 截至。電壓型三相逆變電路的相電壓波形如下圖： 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 11 UAUBUC 圖 33 三相逆變電路輸出電壓波形 AT89S52 主控制模塊 AT89S52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍 型 可編程擦除只讀存儲器的低電壓， CMOS 高性能 的8 位微處理器， 簡稱 單片機。 片內振蕩 及外部 時鐘 完 全靜態(tài) 工況 ： 0Hz24Hz 兩個 自由配置的 16 位定時器 /計數器 P1 口： ～ 8 位雙向口線對應引腳的 1～ 8 號，它的內部自帶上拉電阻，是一個單一功能的 I/O 端口，可驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。該芯片有 28 引腳，分直插和貼片兩種封裝。 CS ：信號片選引腳，與微機系統(tǒng)的輸出端相連。他們逐步邏輯電路控制。 R14 寫操作時 ,實際上是存儲在 R0 保存 ~ R5 48 數據發(fā)送到初始化寄存器 。設定字由 CFS0～ CFS2 這 3 位組成。而調制波頻率范圍設置字是由 CFS0～ CFS2 三位組成。 （ 4） 脈 沖取消時間設定 該設定字由 PDT0～ PDT6 七位組成。如果 AC 是低電平，通過 R 相的幅值就可以完全控制所有三相的幅值 ；如果 AC 為高電平，需要 R、 Y、 B 三相的幅值控制字分別控制三相的幅值。 其它模塊設計 驅動電路設計 SA4828 的 6 路控制信號以 TTL 電平輸出，不可以直接 IPM 中的 IGBT 的驅動。 TLP250 為 8 腳的直插封裝，引腳如圖 37。 保護電路設計 開關管作為變頻器的重要元件，價格昂貴，所以需要一個保護電路，因為工作過程中可能踹新年高壓、過流等狀態(tài)，為此要達到以下幾點要求： （ 1） 選用智能 IGBT 模塊。 主程序：主程序的流程圖為圖 41 所示。 初始化子程序：每一個程序都必須要一個初始化的過程，完成系統(tǒng)的寄存器和參數變量的初始化，有時候對于一些設備的檢測也是進行初始化，在按鍵電路和顯示電路上也需要初始化過程，本系統(tǒng)的初始化流程圖如圖 42 所示。 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 19 開始 初始化 SA4828 開中斷 寫 SA4828 控制寄存器 更新看門狗 處理反饋數據 更新控制 參數？ 允許輸出 ? N N Y Y 圖 41 主程序流程圖 余積卿： 基于單片機的感應電動機 PWM 變頻調速系統(tǒng)設計 20 、 中斷入口 保護現場 發(fā)停止命令給 SA4828 根據讀入內容判斷故障來源并做相應處理 顯示故障原因、報警 恢復現場 中斷返回 圖 43 故障保護中斷子程序流程圖 系統(tǒng)初始化 設定定時器、 SPWM、 系統(tǒng)工作方式 設定 I/O、通信接口及鍵盤、顯示工作方式 參數及變量 返回 圖 42 初始化子程序流程圖 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 21 5 總結 通過這次的 畢業(yè)論文設計 ，讓我 收獲很多 。第四部分主要講的是軟件設計；第五部分進行了總結。謝謝大家！ 。當然，我覺得最應該感謝的還是我的爸媽，是你們一直辛勤教導我，讓我一直的成長，謝謝你們。 除了學會了單片機的基本知識，并掌握了 它的的工作原理和一些指令的功能以外，還掌握了傳感器和變頻器的使用方法，并且深化了我對 PID控制技術的理解。在硬件上我們通過電路把反饋的量接到 SET TRIP 端口上，任何一個故障的出現，該端口就會出現高電平，而SA4828 芯片只要檢測到這個 電平變回立即作出響應，把所有的輸出脈沖信號關斷，而且拉低反饋端信號，這樣的變化就對單片機產生了一個中斷請求，單片機接到這個請求后進行相應的操作。對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中，需要不斷的反饋結果去單片機，把 SA4828 的輸出控制信號進行反饋，在單片機中進行判斷，看是否是正常的。 （ 2）在對脈沖發(fā)生芯片編程時，因為實際電路上存在 “死區(qū)時間”和“窄脈沖”寬度等等問題，這些東西可以保護開關管，仿真上下橋臂在同一時刻同時開通，燒壞整個系統(tǒng)，而且這也可以減少開關管的導通時間，損耗減小。 2. 隔離電源 驅動 的三個橋臂的主電路開關管 ,給予每個輸出隔離 25 v 電源 ,和三個橋臂下可以共享權力。 1. 電平轉換 IGBT 一般為集成電路芯片作為驅動， 常用的有三菱公司 M5796 系列等。 PFSff R A N G EP O W E R 6 5 5 3 6? （ 35） (2)調制波幅值選擇是借助于改變八位幅值選擇字 (RAMP、 YAMP、 RAMP)來實現的。 （ 5） 波形選擇字 由 WS0 和 WS1 共同構成一個波形選擇字，對應不同的工作方式，選擇不同的工作狀況，如果都為低電平輸出純正弦波形； WS0