【正文】 0 時(shí)，該處的脈沖變寬； sinθ0 時(shí)，該處的脈沖變窄。參考時(shí)鐘（ RCT）是一個(gè)固定時(shí)鐘，它決定逆變器的最高開關(guān)頻率 fs(max)， fRCT=280fs(max)，一旦 fRCT 確定，則 HEF4752 輸出脈沖的調(diào)制頻率就在 (max)～ fs(max)之間變化， 且逆變器的開關(guān)頻率是輸出頻率的嚴(yán)格整數(shù)倍 fs=Nfout， N 為頻率比，其 N 值為 15， 21， 30， 42， 60， 84， 120， 168； 7）輸出推遲時(shí)鐘（ OCT）控制 HEF4752 每對(duì)輸出信號(hào)互鎖推遲間隔時(shí)間 τd（對(duì)晶體管模式）以防逆變器同一橋臂上、下兩只開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通引起直通，推遲間隔時(shí)間的選擇端（ K）一起決定 τd的長(zhǎng)短，其關(guān)系式為 : 一般情況 K 保持為高電平，通?？扇?fRCT=fOCT。 L 除起停電路外，還可方便地用于過流保護(hù)； 5）控制輸入 A、 B、 C 供制造過程試驗(yàn)用。各管腳功能描述如表 1 所列 HEF4752 工作原理 HEF4752 是一種基于同步式雙緣調(diào)制原理產(chǎn)生 SPWM 信號(hào)的專用集成電路 ,其原理框圖如圖 2所示 。調(diào)制頻率的可調(diào)范圍為 0～ 100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)。下面詳細(xì)介紹各單元電路。 IGBT集成式驅(qū)動(dòng)電路 IGBT的分立式驅(qū)動(dòng)電路中分立元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保護(hù)功能比較完善的分立電路就更加復(fù)雜，可靠性和性能都比較差，因此實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用集成式驅(qū)動(dòng)電路。前者的缺陷是將增加等效輸入電容 Cin，從而影響開關(guān)速度，后者的缺陷是將減小輸入阻抗，增大驅(qū)動(dòng)電流，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要取舍。它又分為電壓源型和電流源型兩種，電壓源型采用較大電容量的電容器進(jìn)行濾波，直流電路電壓波形平直，輸出阻抗小，電壓不易變化，相當(dāng)于直流恒壓源，它在當(dāng)前中小功率變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。經(jīng)變換器逆變，可將直流電源變成穩(wěn)定的或可變的交流電源。三相交流電經(jīng)橋式整流后，得到脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)電容器濾波后供給逆變器。確定主電路模塊之后，本課程設(shè)計(jì)將采用 HEF4752 芯片構(gòu)成 SPWM 波形生成電路，實(shí)現(xiàn) PWM 波的調(diào)制。共同決定的，如果保持 E1 和 1f 之比不變，就可以保持主磁通不變。主磁通大了，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的磁路飽和，并導(dǎo)致勵(lì)磁電流畸變，勵(lì)磁電流過大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使繞組過熱損壞電機(jī)。 pn 為 磁 極 對(duì)數(shù)。 當(dāng)前 逆變電源的控制技術(shù)中，滯環(huán)控制技術(shù)和 SPWM 控制技術(shù)是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。 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）。 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 。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)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(hào)波，正弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。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(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的變壓變頻器都已采用這種技術(shù)。 （ 3）無零點(diǎn)漂移，控制精度高。 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(jiǎn)稱 PWM 技術(shù)）也日趨成熟。從目前情況看，這些系列電動(dòng)機(jī)能基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。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(jiǎn)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。自 90 年代中期以來，我國(guó)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。 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(duì)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。 （ 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。 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。 PWM脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）對(duì)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。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)。 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。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形， 也稱為 SPWM（ Sinusoidal PWM） 波形。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 pnfn /60 11 ? 其中 1n 為同步轉(zhuǎn)速 (r/min) 1f 為 定 子 頻率，也就是電源頻率 (Hz)。任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是磁通和電流相互作用的結(jié)果，主磁通小了，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降 。由上式可見主磁通中 .是由 E1 和 1f 。 IGBT 為場(chǎng)控輸入器件，輸入功率小。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 5 圖 1 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)總流程圖 第 3 章 主電路設(shè)計(jì) 主電路功能說明 主電路為 AC/DC/AC 逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成?？赡?PWM 變換器主電路系采用 IGBT 所構(gòu)成的， IGBT (V V V V V V6）和六個(gè)續(xù)流二極管（ VD VD VD VD VD VD6）組成的雙極式 PWM 可逆變換器。 在整流器整流后的直流電壓中，含有 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。 主電路 第 4 章 控制電路設(shè)計(jì) 主電路采用了交 — 直 — 交變頻器，工作原理即：先將工頻交流電源通過整流器變換成直流電，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電，由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直溜環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式變頻器。20V左右，因此驅(qū)動(dòng)電路輸出端要給柵極加電壓保護(hù)，通常的做法是在柵極并聯(lián)穩(wěn)壓二極管或者電阻。 ③ 為可靠關(guān)閉 IGBT， 防止擎住現(xiàn)象，要給柵極加一負(fù)偏壓，因此最好采用雙電源供電?？刂齐娐酚梢韵码娐?，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測(cè)回路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)回路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大隔離的“驅(qū)動(dòng)電 路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。 的互補(bǔ) SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器； 2）采用數(shù)控方式不僅能提高系統(tǒng)控制精度，也易于與微機(jī)聯(lián)機(jī)； 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 9 3）采用多載波 比自動(dòng)切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級(jí)地自動(dòng)增加載波比，從而抑制低頻輸出時(shí)因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。其外部管腳排列如圖 1 所示。 L 為高電平時(shí)解除封鎖。電壓控制時(shí)鐘（ VCT）控制 PWM 信號(hào)的基波電壓幅值，使輸出電壓自動(dòng)地正比于其輸出頻率，在給定的輸出頻率下，平均逆變輸出電壓的幅度由 fVCT 控制。 圖中假定載波在一個(gè)周期內(nèi)有 9 個(gè)脈沖（這個(gè)脈沖數(shù)被稱為頻率比），載波脈沖的兩個(gè)邊沿都用一個(gè)可變的時(shí)間間隔量 δ 加以調(diào)制，而且使 δ∝ sinθ（ θ 為未被調(diào)制時(shí)載波脈沖邊沿所處的時(shí)間，或稱角相位）。圖 3 中的 VRY是 R相和 Y 相間的線電壓波形。 輸出電壓模擬信號(hào) VAV 為一數(shù)字信號(hào)，它模擬逆