【正文】 0 時，該處的脈沖變寬； sinθ0 時，該處的脈沖變窄。參考時鐘（ RCT）是一個固定時鐘，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）輸出推遲時鐘（ OCT）控制 HEF4752 每對輸出信號互鎖推遲間隔時間 τd（對晶體管模式）以防逆變器同一橋臂上、下兩只開關(guān)器件同時導(dǎo)通引起直通，推遲間隔時間的選擇端（ K）一起決定 τd的長短，其關(guān)系式為 : 一般情況 K 保持為高電平，通常可取 fRCT=fOCT。 L 除起停電路外，還可方便地用于過流保護； 5）控制輸入 A、 B、 C 供制造過程試驗用。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)。下面詳細介紹各單元電路。 IGBT集成式驅(qū)動電路 IGBT的分立式驅(qū)動電路中分立元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保護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，因此實際應(yīng)用中大多數(shù)采用集成式驅(qū)動電路。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)動電流，使用時應(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，采用電感和電容吸收脈動電壓（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)計將采用 HEF4752 芯片構(gòu)成 SPWM 波形生成電路，實現(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，會使電動機的磁路飽和，并導(dǎo)致勵磁電流畸變，勵磁電流過大，嚴重時會使繞組過熱損壞電機。 pn 為 磁 極 對數(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控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 3 有慣性的環(huán)節(jié)上時 ,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)畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調(diào)制信號，但決不是最優(yōu)信號。為了改善交流電動機變壓變頻調(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 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）無零點漂移，控制精度高。 在電氣傳動領(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)（簡稱 PWM 技術(shù)）也日趨成熟。從目前情況看，這些系列電動機能基本滿足國內(nèi)市場的需求?；?80C51 單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計 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)計總方案的確定 ........................... 4 第 3章 主電路 設(shè)計 ................................. 5 ................................. 5 主電路設(shè)計 .................................... 7 主電路電路圖 .................................. 6 第 4章 控制電路設(shè)計 ............................... 9 控制電路設(shè)計總思路 ............................. 9 SPWM 波形產(chǎn)生電路 .............................. 9 第 5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................. 19 結(jié)論 .............................................. 22 致謝語 ............................................ 22 參考文獻 .......................................... 23 基于單片機控制的交流變頻調(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)簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。自 90 年代中期以來，我國有眾多電動機生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計、研制和生產(chǎn) 適用于不同應(yīng)用的各種系列變頻調(diào)速三相異步電動機，例如：通用變頻調(diào)速電動機系列、起重冶金變頻調(diào)速電動機系列、隔爆變頻調(diào)速電動機系列、電梯變頻調(diào)速電動機系列、輥道變頻調(diào)速電動機系列、牽引變頻調(diào)速電動機系列等。 變頻器供電電源會存電動機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，如果不對絕緣系統(tǒng)采用增強措施．將會使繞組存高電壓應(yīng)力作用下過早失效，從而引起絕緣擊穿故障。 （ 2）單片機具有更強的邏輯功能，運算速度快，精度高，有大容量的存儲單元，可以實現(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，這是因為當(dāng)時逆變器只能采用半控式的晶閘管，會有較 大的低次諧波， 使電動機輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。 PWM脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號波（調(diào)制波）對三角載波進行調(diào)制，以達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。本課題設(shè)計主要介紹正弦波 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。 基于單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(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)。任何電動機的電磁轉(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，電動機的負載能力下降 。由上式可見主磁通中 .是由 E1 和 1f 。 IGBT 為場控輸入器件，輸入功率小。 基于單片機控制的交流變頻調(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 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。可逆 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 倍頻率的脈動電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。 主電路 第 4 章 控制電路設(shè)計 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“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)動電路輸出端要給柵極加電壓保護，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“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測回路”，電動機的“速度檢測回路”，將運算電路的控制信號進行放大隔離的“驅(qū)動電 路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。 的互補 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，也易于與微機聯(lián)機； 基于單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 9 3）采用多載波 比自動切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級地自動增加載波比，從而抑制低頻輸出時因高次諧波產(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 為高電平時解除封鎖。電壓控制時鐘（ VCT）控制 PWM 信號的基波電壓幅值，使輸出電壓自動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周期內(nèi)有 9 個脈沖（這個脈沖數(shù)被稱為頻率比），載波脈沖的兩個邊沿都用一個可變的時間間隔量 δ 加以調(diào)制，而且使 δ∝ sinθ（ θ 為未被調(diào)制時載波脈沖邊沿所處的時間，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 VAV 為一數(shù)字信號，它模擬逆