【正文】 .....................25 參考文獻 ............................................................................................26 致 謝 ...............................................................................................27 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 引言 變頻電源顧名思義就是能夠提供可調(diào)頻率輸出的電源，變頻電源是這樣一種設(shè)備，能夠?qū)⒔涣麟娸斎朕D(zhuǎn)換為用戶所需要的電壓和頻率的正弦波輸出的變換器。 傳統(tǒng)的變頻電源采用不控整流和變壓變頻逆變兩級結(jié)構(gòu)，只關(guān)注輸出正弦波形的質(zhì)量，電壓和頻率精度以及可靠性，基本上不會考慮系統(tǒng)輸入端的電流是否會對電網(wǎng)造成諧波污染，是否向電網(wǎng)注入大量高頻諧波電流。只要用電就離不開電源。 MOSFET 和 IGBT 的相繼問世是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。在不遠的將來，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實用，實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。變頻電源自問世以來引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。目前，隨著變頻電源的廣泛應(yīng)用，變頻電源顯示除了強大的生命力，其具有高集成度、高性能比、最簡的外圍電路、最佳的性能指標(biāo)等特點。 變頻器的現(xiàn)狀與發(fā)展方向 現(xiàn)在，變頻技術(shù)在發(fā)達國家己經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。其中日本，歐美品牌占據(jù)主導(dǎo)地位，國內(nèi)生產(chǎn)商經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，業(yè)已占領(lǐng)了很大一部分低端市場。 2）數(shù)字化。 數(shù)字控制是當(dāng)今電力電子技術(shù)發(fā)展的方向，與模擬控制相比，大大簡化了硬件電路的復(fù)雜度，只需要很少的外圍電路，便能構(gòu)成功能完善的控制電路且性能優(yōu)越。 高速數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，迅速提高了數(shù)字控制的實時性和智能化。 3） 綠色化。 主要內(nèi)容 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中， 變頻器廣泛的應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、市政 、中央空調(diào)、水處理等行業(yè)中，因此現(xiàn)在變頻器在我們生活中是不可缺少的東西了。設(shè)計中由 STC系列單片機產(chǎn)生 SPWM 波形，通過編程的方法控制其脈沖寬度，從而達到對 頻率控制的目的，還能根據(jù)對輸出電壓的檢測結(jié)果調(diào)整 SPWM 信號的幅度，從而控制輸出的電壓。以上拓撲結(jié)構(gòu)又有其各自特點，所以在逆變電源主電路設(shè)計中充分考慮電路自身結(jié)構(gòu)特點和使用場所，只有如此根據(jù)上述情況，才能更好的選擇相應(yīng)的逆變電 路來滿足使用要求。在單端正激變換電路中，當(dāng)功率開關(guān)器件 VT 導(dǎo)通時，則通過變壓器 T 向負載傳遞能量。因在單端變壓器原邊線圈流過的是脈動激磁電流，如果在每個脈動工作磁通周期不采取去磁措施，則磁芯剩磁通的累加會迅速使變壓器出現(xiàn)飽和。 推挽式變換電路如圖 22 所示。對于輸出相同的功率開關(guān)損耗小多了。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i onS i z eBD a t e : 4 J un 201 0 S h e e t o f F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E 漢化版 \ E X A M P L E S \ M yD e s i gn bD r a w n B y : C D1LT V T 2 D2 D3+EUoN 1 1N 1 2 N 2 2 D4V T 1 N 2 1 圖 推挽式變換電路 推挽電路中開關(guān)器件的耐壓是輸入電壓的 2 倍，工作是隨著開關(guān)管的開通和關(guān)斷、變壓器原邊繞組交替工作，與半橋和全橋變換電路相比變壓器利用率低，而且輸出電壓隨輸入電壓和負載變換而變化。在半橋式變換電路輸入端串接電容 C C2且 C1=C2 以便當(dāng)兩個開關(guān)器件 VT VT2 均截止時， VC1=VC2=1/2E。開關(guān)管關(guān)斷過程中，變壓器漏感引起的電壓尖峰被二極管鉗位，因此開關(guān)管的最高電壓不會超 過輸入電壓。全橋式變換電路是目前逆變電路中使用最為常見的一種，該變換電路共有四個橋臂，可以看成兩個半橋電路組合而成。由于變壓器原邊繞組電阻小，在多個循環(huán)之后，即可造成磁飽和。其作用是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件 (如 SCR， GTO， GTR， IGBT 和功率 MOSFET 模塊等 )的開通和關(guān)斷作用 ,把直流電能變換成交流電能。 主電路設(shè)計 電源系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)如圖 31所示． 圖 31 主電路 1)整流電路采用整流橋塊，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。 Dl為整流橋。因此，必須對電容的充電電流進行限制。 S1～ s4采用 IGBT功率模塊，工作頻率高、功率容量大。電路中采用零電流開關(guān)模式。在調(diào)制波的頻率、幅值和載波的頻率這 3項參數(shù)中 。過去通常的作法是：對計算作一些簡化，并事先計算出交點坐標(biāo)．將其制成表格，使用時進行查表調(diào)用。這里詳細介紹 SA4828三相 SPWM波控制芯片的主要特點、原理和編程。 本系統(tǒng)中，通過改變 m、 n和調(diào)整 nA的取值改變輸出頻率，而通過調(diào)整 nA的值可以改變輸出幅值．讓 m和 n的設(shè)定值比例變化，可以在保持輸出幅值和頻率不變的情況下改變載波頻率 [15]。為實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能，采用平均值反饋 PI調(diào)節(jié)。 為能保存用戶調(diào)節(jié)結(jié)果，用戶調(diào)節(jié)后，將電壓、頻率給定值存入帶看門 狗、欠壓保護的串行 E2ROMX25045中，下次開機時，從中調(diào)出電壓和頻率給定值。無需擴展可直接用 于小功率的變換器中，使電路更加緊湊。但 AD637 輸入電壓有效值范圍為 07V，不適合直接測量逆變器輸出電壓。 電壓測量電路如下圖 34： 圖 34 電壓測量電路 電流測量 采用電流互感器測量電流有效值。 電壓有效值測量方案電壓輸出型電流互感器將輸出交流電流轉(zhuǎn)換為交流電壓； AD637 將交流電壓轉(zhuǎn)換為有效值輸出，并經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器 TCL549 將測量數(shù)據(jù)送至單片機處理?，F(xiàn)將待測正弦波整形成方波，然后用單片機內(nèi)部計數(shù)器在方波的兩個上跳沿期間計數(shù)，若計數(shù)值為 N,技術(shù)周期為 t，則待測信號頻率為Ntf 1? 。 HD7279A內(nèi)部含有譯碼器可直接接受 BCD碼或 16進制碼并同時具有 2種譯碼方式。當(dāng)片選信號變?yōu)榈碗娖胶螅?DATA 引腳上的數(shù)據(jù)在 CLK 引腳的上升沿被寫入 HD7279A 的緩沖寄存器。數(shù)碼管的尺寸，亦不宜選的過大，一般字符高度不宜超過 1 英寸，如果使用大型的數(shù)碼管，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路。 HD7279 的 RESET 復(fù)位端在一般應(yīng)用情況下，可以直接與正電源連接，在需要較高可靠性的情況下，可以連接一外部的復(fù)位電路，或直接由 MCU（單片機）控制。 程序中，盡可能地減少 CPU 對 HD7279A 的訪問次數(shù)，可以使得程序更有天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 效率。 （ 1） 程序流程圖 單片機作為主控器件，負責(zé)變頻電源輸出端的信號采集，鍵盤輸入處理，顯示界面 的顯示。寄存器大小為 8Bit，地址用 3Bit 的二進制碼表示。它控制輸出的PWM 合成 的正弦波的頻率，三相波形的頻率是相同的，通過此寄存器進行選擇。它控制輸出的 PWM合成的正弦波的幅度，三相波形的幅度是相同的，通過此寄存器進行選擇。 PWM的開關(guān)頻率是后級大功率管或大功率模塊的重要參數(shù)之一，它往往取決于后級功率電路的開關(guān)時間、工作效率等要求。 窄脈沖刪除功能是指在 PWM 波中，由于后級電路的開關(guān)時間問題，小于 tpd寬度的脈沖不能引起后級電路的動作，可以被刪除去。如果設(shè)置不當(dāng)，會導(dǎo)致功率電路燒毀或諧波失真增加，死區(qū)時間設(shè)置參見圖 43。 （ 3） SM20xx 的 使用 三線 同步串行接口 SM20xx 的寄存器是通過一個三線同步串行接口進行設(shè)置的。 RST 接低電平時，芯片進 入復(fù)位狀態(tài)。在芯片工作中時復(fù)位，芯片將以初始化 條件輸出 PWM 波形，所以應(yīng)配合使用 OE 的功能，首先關(guān)閉 SPWM 輸出（ OE=0），復(fù)位電路（ RST上加入一個負脈沖），在設(shè)置好需要的參數(shù)后，再開啟 OE，才能正常的輸出波形。 顯示中斷程序 在正常運行中，頻率的顯示是依靠定時中斷實現(xiàn)，定時器每隔一定的時間進入顯示中斷服務(wù)程序。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 顯 示 中 斷 服 務(wù) 程保 護 現(xiàn) 場故 障 標(biāo) 志 頻 率 顯 示停 車 場 對 應(yīng) 故 障 顯 示停 車 標(biāo) 志中 斷 返 回 圖 44 顯示中斷 程序 顯示子程序及鍵盤服務(wù)程序流程圖 系統(tǒng)中通過鍵盤設(shè)置運行（ RUN），停止（ STOP），電動（ JOG），復(fù)位（ RST）等功能鍵盤的使用方法及有關(guān)設(shè)計說明： (1)鍵盤完成的功能為：系統(tǒng)啟動，當(dāng)按下啟動鍵后，單片機才能執(zhí)行指令，程序運行。 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0FF 時，顯示器高兩位表示正反轉(zhuǎn)，顯示頻率表示輸出頻率。由于在系統(tǒng)主電路中，選擇的是 IGBT 功率開關(guān)元件，它具有通態(tài)壓降低、導(dǎo)通速度快、開關(guān)頻率高等特性，這就要求設(shè)計的觸發(fā) 控制電路必須滿足 IGBT 的工作特性，為此，系統(tǒng)觸發(fā)電路設(shè)計為數(shù)字化電路，利用單片機和脈寬調(diào)制器，通過脈寬調(diào)制（ PWM）方式，產(chǎn)生 SPWM 觸發(fā)脈沖，驅(qū)動 IGBT 工作；該電路具有靈活簡便、控制精確、現(xiàn)場可編程等優(yōu)點，使系統(tǒng)設(shè)計具有較高的實用價值。專業(yè)與非專業(yè)知識的綜合、理論與實踐的結(jié)合，不僅僅讓我對專業(yè)的重要性和工作的重要性了深刻的理解，對人生也是一種感悟。我在設(shè)計中得到了老師的悉心指導(dǎo)，老師的博學(xué)以及強烈的責(zé)任心給我很深的影響。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第五章 結(jié)論 在設(shè)計過程中，調(diào)速控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)控制電路的設(shè)計是本設(shè)計的重點和難點。 (3)能方便地對兩個模擬調(diào)節(jié)參數(shù)修改或顯示。 狀態(tài)顯示優(yōu)先次序為： 故障顯示， 停車顯示和頻率顯示。（注意：在芯片的 OE 不為高，或 MCU 未發(fā)送開始命令時， U、 V、 W端口并沒有實際的 SPWM 輸出） 當(dāng)芯片首次上電時，也將自動復(fù)位所有的寄存器為內(nèi)部初始值，且芯片的輸出端保持高電平（ 不輸出時的缺省狀態(tài)）。 表 復(fù)位狀態(tài)時各寄存器內(nèi)容 寄存器 窄脈沖選擇和PWM頻率寄存器 幅度控制 寄存器 頻率控制 寄存器 死區(qū)時間控制 寄存器 寄存器復(fù)位值 11111111 11001100 00111110 XX111111 VV MfDCclk 60