【正文】 ............................... 22 致 謝 ........................................................... 22 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 近些年 來(lái)，伴隨工業(yè)水平的快速發(fā)展，交流異步電機(jī)的使用也越來(lái)越廣，這也表明對(duì)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)越來(lái)越重要，而為了獲得好的調(diào)速性能，一般采用 PWM 變頻調(diào)速方式。但是越好的調(diào)速系統(tǒng)控制越復(fù)雜，變化因素也很多，而且對(duì)理論知識(shí)要求也很高，所以在系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的時(shí)候就需要很好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自動(dòng)控制的理論基礎(chǔ)。 而交 — 直 — 交變頻器是首先把電網(wǎng)輸出的交流電能變換成為直流電，通過(guò)中間濾波環(huán)節(jié)后，再經(jīng)過(guò)逆變器，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺冾l和變壓的交流電，故被稱(chēng)為間接型變頻器。 總而言之，如今處于發(fā)展中國(guó)家的我國(guó)與技術(shù)成熟先進(jìn)的一些發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)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(guó)外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展概況 在大功率電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)階段 ,ABB 提供一個(gè)獨(dú)立的容量約 60000 千瓦的設(shè)備用于抽水蓄能電站。 國(guó)外的交流變頻調(diào)速技術(shù)在高速發(fā)展下存在以下特點(diǎn) [2]： （ 1）市場(chǎng)需求量較大。 （ 3）自動(dòng)控制理論和微電子的發(fā)展。后來(lái)，依據(jù)交流電機(jī)的特性，完成了傳統(tǒng)交流電機(jī)的一種新的調(diào)速方式，是通過(guò)轉(zhuǎn)子回路串電阻完成分段的調(diào)速控制，這種調(diào)速方式很耗能，而且裝置性能不好，技術(shù)落后，存在很多的問(wèn)題，所以使得異步電機(jī)在市場(chǎng)上不能得到大面積的推廣。 微處理器 ，包括了單片機(jī)在內(nèi)，逐漸在 代替 傳統(tǒng)的 模擬電路 來(lái) 用作 交流電機(jī)和直流 電機(jī)的控制器， 單片機(jī) 具有以下特點(diǎn)： （ 1） 程序代碼能夠大大 簡(jiǎn)化 實(shí)際電路裝置 。 （ 3） 單片機(jī)數(shù)字化 能夠 很容易的 完成較為復(fù)雜的 邏輯和算術(shù) 控制功能。 單片機(jī)作為一種數(shù)字 處理器 ，它 的控制方法 以及控制策略都是 由 設(shè)計(jì)人員事先編寫(xiě)程序 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。而單片機(jī) 微型處理器 就是 不一樣 的數(shù)字信號(hào)處理芯片 ，雖然 單片機(jī)的 芯片 體積 很小，但是 內(nèi)部的 集成度 是 很高 的 ，這樣一個(gè)很小芯片集成了上億個(gè)晶體管，不僅 可以完成定時(shí) 功能 、中斷 功能 、通信 功能 、采樣 功能 等等 ，還能實(shí)現(xiàn)與其他微型處理器的交互運(yùn)行 ， 其本質(zhì) 就是一個(gè)微型 的 計(jì)算機(jī) 控制芯片。主電路主要是為感應(yīng)電機(jī)提供變頻電源的控制信號(hào)，有三個(gè)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(yīng)電機(jī)的三相正弦電流產(chǎn)生一個(gè)空間的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣就會(huì)有一個(gè)固定的電磁轉(zhuǎn)矩，這是為了解決經(jīng)典 V/F 變頻器在 V/F 值上調(diào)整苦難這一個(gè)問(wèn)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(shí)保持 不變 ，是 借助 微處理器 的數(shù)字信號(hào)控制 模擬電路 的一種 可行 的技術(shù)。 檢 測(cè)電 路負(fù) 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(diào)制波 ur 的交點(diǎn)時(shí)刻控制 IGBT 的開(kāi)通與關(guān)斷。 當(dāng) uruc 時(shí) ,使 V3 通， V4 斷， u0=Ud 。 ② 當(dāng) uruc 時(shí)，給 V1 和 V4 關(guān)斷信號(hào)，給 V2 和 V3 導(dǎo)通信號(hào) , 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(fù)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(shè) 備（ 串 口 、顯 示 、 鍵盤(pán) 等 ）A T 8 9 S 5 2單 片 機(jī)芯 片S A 4 8 2 8感 應(yīng) 電 機(jī)回 路保 護(hù) 電 路檢 測(cè) 電 路A / D 圖 26 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)主要包括主電路和兩個(gè)控制電路，其中主電路包括單片機(jī)主電路和交 直 交變頻電路（這里采用 IPM 集成模塊）與電機(jī)；控制電路包括 AT89S52 主控制電路、 SA4825PWM模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及外圍設(shè)備模塊（鍵盤(pán)輸入、 A/D 轉(zhuǎn)換、串口和液晶等）。逆變器是由六個(gè) IGBT 管構(gòu)成三相全橋式電路，并增加了吸收電路。 圖 31 主電路結(jié)構(gòu)圖 逆變器 (DC / AC)技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分。這樣，在任 何一個(gè)瞬間，將會(huì)同時(shí)導(dǎo)通三個(gè)橋臂。 電路中開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通順序： 第 1 個(gè) T／ 6： V1， V6， V5 導(dǎo)通， V4， V3， V2 截至： 第 2 個(gè) T／ 6： Vl， V6， V2 導(dǎo)通， V4， V3， V5 截至： 第 3 個(gè) T／ 6： V1， V3， V2 導(dǎo)通， V4， V6， V5 截至： 第 4 個(gè) T／ 6： V4， V3， V2 導(dǎo)通， V1， V6， V5 截至： 第 5 個(gè) T／ 6： V4， V3， V5 導(dǎo)通， V1， V6， V2 截至： 第 6 個(gè) T／ 6： V4， V6， V5 導(dǎo)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(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(chǔ)器的低電壓， CMOS 高性能 的8 位微處理器， 簡(jiǎn)稱(chēng) 單片機(jī)。 片內(nèi)振蕩 及外部 時(shí)鐘 完 全靜態(tài) 工況 ： 0Hz24Hz 兩個(gè) 自由配置的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 P1 口： ～ 8 位雙向口線(xiàn)對(duì)應(yīng)引腳的 1～ 8 號(hào)，它的內(nèi)部自帶上拉電阻，是一個(gè)單一功能的 I/O 端口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。該芯片有 28 引腳，分直插和貼片兩種封裝。 CS ：信號(hào)片選引腳，與微機(jī)系統(tǒng)的輸出端相連。他們逐步邏輯電路控制。 R14 寫(xiě)操作時(shí) ,實(shí)際上是存儲(chǔ)在 R0 保存 ~ R5 48 數(shù)據(jù)發(fā)送到初始化寄存器 。設(shè)定字由 CFS0～ CFS2 這 3 位組成。而調(diào)制波頻率范圍設(shè)置字是由 CFS0～ CFS2 三位組成。 （ 4） 脈 沖取消時(shí)間設(shè)定 該設(shè)定字由 PDT0～ PDT6 七位組成。如果 AC 是低電平，通過(guò) 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(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) SA4828 的 6 路控制信號(hào)以 TTL 電平輸出，不可以直接 IPM 中的 IGBT 的驅(qū)動(dòng)。 TLP250 為 8 腳的直插封裝，引腳如圖 37。 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)管作為變頻器的重要元件，價(jià)格昂貴，所以需要一個(gè)保護(hù)電路，因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中可能踹新年高壓、過(guò)流等狀態(tài)，為此要達(dá)到以下幾點(diǎn)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(gè)程序都必須要一個(gè)初始化的過(guò)程，完成系統(tǒng)的寄存器和參數(shù)變量的初始化，有時(shí)候?qū)τ谝恍┰O(shè)備的檢測(cè)也是進(jìn)行初始化，在按鍵電路和顯示電路上也需要初始化過(guò)程，本系統(tǒng)的初始化流程圖如圖 42 所示。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 開(kāi)始 初始化 SA4828 開(kāi)中斷 寫(xiě) SA4828 控制寄存器 更新看門(mén)狗 處理反饋數(shù)據(jù) 更新控制 參數(shù)？ 允許輸出 ? N N Y Y 圖 41 主程序流程圖 余積卿： 基于單片機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī) PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 、 中斷入口 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 發(fā)停止命令給 SA4828 根據(jù)讀入內(nèi)容判斷故障來(lái)源并做相應(yīng)處理 顯示故障原因、報(bào)警 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回 圖 43 故障保護(hù)中斷子程序流程圖 系統(tǒng)初始化 設(shè)定定時(shí)器、 SPWM、 系統(tǒng)工作方式 設(shè)定 I/O、通信接口及鍵盤(pán)、顯示工作方式 參數(shù)及變量 返回 圖 42 初始化子程序流程圖 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 5 總結(jié) 通過(guò)這次的 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) ，讓我 收獲很多 。第四部分主要講的是軟件設(shè)計(jì)；第五部分進(jìn)行了總結(jié)。謝謝大家！ 。當(dāng)然，我覺(jué)得最應(yīng)該感謝的還是我的爸媽?zhuān)悄銈円恢毙燎诮虒?dǎo)我，讓我一直的成長(zhǎng)，謝謝你們。 除了學(xué)會(huì)了單片機(jī)的基本知識(shí)，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(duì) PID控制技術(shù)的理解。在硬件上我們通過(guò)電路把反饋的量接到 SET TRIP 端口上，任何一個(gè)故障的出現(xiàn)，該端口就會(huì)出現(xiàn)高電平，而SA4828 芯片只要檢測(cè)到這個(gè) 電平變回立即作出響應(yīng)，把所有的輸出脈沖信號(hào)關(guān)斷，而且拉低反饋端信號(hào)，這樣的變化就對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生了一個(gè)中斷請(qǐng)求，單片機(jī)接到這個(gè)請(qǐng)求后進(jìn)行相應(yīng)的操作。對(duì)于一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，需要不斷的反饋結(jié)果去單片機(jī)，把 SA4828 的輸出控制信號(hào)進(jìn)行反饋，在單片機(jī)中進(jìn)行判斷，看是否是正常的。 （ 2）在對(duì)脈沖發(fā)生芯片編程時(shí)，因?yàn)閷?shí)際電路上存在 “死區(qū)時(shí)間”和“窄脈沖”寬度等等問(wèn)題，這些東西可以保護(hù)開(kāi)關(guān)管，仿真上下橋臂在同一時(shí)刻同時(shí)開(kāi)通，燒壞整個(gè)系統(tǒng)，而且這也可以減少開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，損耗減小。 2. 隔離電源 驅(qū)動(dòng) 的三個(gè)橋臂的主電路開(kāi)關(guān)管 ,給予每個(gè)輸出隔離 25 v 電源 ,和三個(gè)橋臂下可以共享權(quán)力。 1. 電平轉(zhuǎn)換 IGBT 一般為集成電路芯片作為驅(qū)動(dòng)， 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(diào)制波幅值選擇是借助于改變八位幅值選擇字 (RAMP、 YAMP、 RAMP)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 （ 5） 波形選擇字 由 WS0 和 WS1 共同構(gòu)成一個(gè)波形選擇字，對(duì)應(yīng)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