【正文】 作為發(fā)展趨勢，通用變頻器從模擬式、數字式、智能化、多功能向集中型發(fā)展。A） SN與UN和IN的關系為SN=UNIN（4）配用電動機容量PN（KW）（5）過載能力 變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。（3）頻率分辨率 指變頻器輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩檔頻率之間的最小差值。變頻器通常設置有多個控制端子，其電路形式和PLC差不多。（4） 開關量輸出（DO）變頻器的運行、故障等信號由此輸出?？刂齐娐返墓δ苁墙邮湛刂泼?，如起停、正反轉、轉速給定等，輸出控制信號到主電路，控制功率器件工作。 變頻器主電路結構及功能 變頻器主電路原理圖如圖2—1所示，它由3部分構成：整流電路、中間電路和逆變電路。交流電動機調速時要通過改變其輸入的交流電源頻率來進行，在改變頻率的同時，電源電壓也要同時改變，二者要協(xié)調一致。改變由模擬電路或微機產生的正弦波的頻率和幅值，三角波維持固定的頻率和幅值，二者比較后就可獲得基波為正弦波的脈寬調制波形。 圖2—3 圖2—4 圖2—5 單極控制方式 圖2—6 雙極控制方式2. 整流電路整流電路的功能是將交流轉換為直流。對單相整流電路，通過計算可得到負載RL上的平均電壓為 對三相整流電路： 式中為相電壓的有效值（2）可控整流電路 在變頻器中，為了控制整流電壓，采用晶閘管整流橋，三相橋式可控整流電路有三相橋式全控整流和三相橋式半控整流兩種，如圖2—8所示。1）電容濾波：由于電容量比較大，所以常采用電解電容。該變頻器電源類似于電壓源，因而稱為電壓型變頻器。圖2—10 電流型變頻器的主電路框圖（2）制動電路 利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電動機的再生電能的方式稱為斬波制動或再生制動。在制動時能量經逆變器回饋到直流側，使直流側濾波電容上的電壓升高，也就是通常所說的“泵升電壓”，當該值超過設定值時，控制電路即自動給VB基極施加占空比可變的斬波信號，使之高頻的導通關斷，則存儲于電容C中的再生能量經RB消耗掉。這就要用SPWM的方法來控制逆變電路開關的通斷。1. 信號輸入輸出部分變頻器的信號輸入輸出部分，包括模擬量的輸入輸出和開關量的輸入輸出，用于變頻器和外圍控制電路的聯系。4）模擬量輸出接口向外部提供變頻器的工作頻率、電機電流等信息。3. 檢測保護電路變頻器內部有一系列檢測元件，將檢測到的信號送給中心控制單元，為其提供控制和保護信息。一般的變頻器為交直交電壓型，其濾波電容比較大，存有較多的電能，能夠在變頻器斷電后維持一段時間的電壓，這個特點對于控制電路很有用處，在突然停電時，中心控制單元可以利用電容存儲的電能完成停機的處理工作。7. 散熱控制電路變頻器的散熱是由安裝在散熱器上的風扇來解決的。圖中比較器的A端輸入正弦交流信號（前面講的調制波）；B端輸入三角波信號（如前所述的載波）；經過比較器比較由采樣法則得出當A＞B時輸出高電平的信號,如果A＜B,則輸出為低電平信號。3. 調制方法 通過改變調制波的頻率和幅值，來改變輸出的頻率和幅值。1)異步調制：載波信號和調制信號不同步的調制方式。具體方法是:保持載波比不變而改變調制波頻率，于是為了保持載波比需要將載波頻率改變，信號波一個周期內輸出的脈沖個數是固定的。由于異步電動機定子每相電壓為： （3—2）:定子相電壓 ：定子相電勢 :每相繞組匝數 ：基本繞組系數 :每極氣隙磁通當定子電壓不變時，改變則勢必要發(fā)生變化，如果過大，會使磁路飽和，導致過大的勵磁電流，所以降低時必須同時降低，使得保持不變，這就是所謂的恒轉矩控制：即 =恒量，也就是通常說的恒磁通控制，又稱恒壓頻比控制方式。在圖3—1中，曲線1是=50Hz時的基本U/f線；曲線2和曲線3分別是=60Hz和=75Hz時的基本U/f線。以下介紹兩個控制系統(tǒng)來說明v/f控制的系統(tǒng)構成和原理?？紤]到低速時定子電阻壓降對磁通的影響，要在低頻時對恒壓頻比產生的定子電壓進行補償，圖中U0就是這個電壓補償量。由于是轉速的開環(huán)控制，因此在加速或減速的過程中不可使增減過快，因為轉差頻率WS1超過了最大轉矩對應的轉差頻率有可能造成失速。圖3—4 電流型逆變器的異步電機轉速開環(huán)V/f控制 圖3—4中有控制直流環(huán)節(jié)的電流內環(huán)，檢測到的直流環(huán)節(jié)電流與指令進行比較，其誤差經過電流調節(jié)器產生控制相控整流器的相控信號。圖3—5為一個使用PWM電壓型逆變器的轉速閉環(huán)恒壓頻比控制框圖。電機在電流限制的控制下以恒轉矩加速，直至到達設定的速度。逆變部分采用三相橋式電路，在中小功率的變頻器電路中采用IGBT作為主要電力電子開關，逆變部分是主電路的核心和關鍵，為了保護6個電力電子開關IGBT，在每個IGBT兩端并聯RCD阻容吸收電路，考慮到變頻器的負載是電動機，因此在每個IGBT兩端并聯一個電力二極管續(xù)流，為了將電動機回饋制動的能量消耗而保護逆變電路的6個IGBT，在中間環(huán)節(jié)設計了泵升電壓泄放電路。實際應用中有專門用于IGBT驅動的集成模塊元件EXB841,它可以方便的控制驅動逆變橋電路上的6個IGBT，并具有過壓過流保護功能，使用很方便。 AT89C51單片機圖4—2如圖4—2所示，為AT89C51單片機引腳圖，管腳介紹如下UCC：供電電壓 GND：接地 RST: 復位電路接口 XTAL:晶振接口P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。1. SLE4520的管腳功能 　 SLE4520為雙列直插式28腳芯片，如圖4—3所示。其功能是將微機輸出的命令或數據送入SLE4520。它與來自微機的WR信號一起根據程序中設定的地址信號對SLE4520內部的3個8位數據寄存器，2個4位控制寄存器進行選擇。清零端有效則開通SLE4520的SPWM信號輸出端；置位端有效則關斷SPWM信號輸出端。該端為高電平時，SLE4520芯片被選通工作；為低電平時，該芯片不工作。 ②STATUS（20腳），為通斷狀態(tài)觸發(fā)器的輸出端，可接一個指示器，以指示SLE4520的狀態(tài)是在輸出驅動變頻器狀態(tài)還是在封鎖輸出狀態(tài)。2. SLE4520內部結構框圖及工作原理　 (1)內部結構 SLE4520內部結構框圖如圖4—4所示，共包括17個單元電路：三個（對應于U、V、W三相的）8位數據鎖存器，三個可預置數的8位計數器，三個過零檢測器，一個4分頻鎖存器，一個可編程l:n預置分頻器，一個4位死區(qū)時間寄存器，一個1:4地址譯碼鎖存器，一個通斷控制觸發(fā)器，一個振蕩器，以及一個脈沖放大器。在SYNC端輸入觸發(fā)脈沖信號后，三相的脈寬數據同步地裝入減法寄存器，并開始進行減1計算。這樣，可以通過編程方便地改變開關頻率，實現輸出頻率的微調。延遲時鐘分頻比率只有兩種，或者是1:4，或者是1:6。 　輸出級可以動態(tài)或靜態(tài)封鎖。這是因為只有晶振輸出已建立，并且在初始化程序執(zhí)行后，才能有正確的脈寬調制脈沖輸出。這種方法可用于各種故障保護。8279可以實現對鍵盤和顯示器的自動掃描，識別閉合鍵的鍵號，完成顯示器動態(tài)顯示，可以節(jié)省CPU處理鍵盤和顯示器的時間，提高CPU的工作效率。在CPU與8279間做數據與命令的傳送。A0：區(qū)分信息的特征位。：寫入控制線。在傳感器工作方式中，傳感器矩陣無論哪里發(fā)生變化都會使IRQ為“1”。通常用來擴充鍵開關的功能，可以用作鍵盤上、下檔功能鍵。在選通輸入方式時，該信號的上升沿可把來自RL0∽RL7的數據存入FIFO/RAM中；在傳感器方式下，該信號無效。2. 基于8279 的通用鍵盤和顯示電路硬件設計如圖4—6所示，為基于8279通用鍵盤和顯示電路與51單片機的接口電路硬件圖，圖中的顯示器為8位共陰極LED顯示器，74LS138譯碼器輸出的8條線用于對顯示器進行位掃描， 75451和7407用于對LED進行段驅動和位驅動。16個按鍵接成矩陣形式，由RL7—RL0組成行線，外部譯碼器74LS138的輸出Y0和Y1組成列線（或掃描線）。通過不同的發(fā)光管的組合可以顯示數字0—A—F、小數點“.”以及一些特殊的字樣。兩種類型的LED顯示器各筆劃（段）的安排位置是相同的，當二極管導通時相應的筆劃發(fā)光（發(fā)亮），由發(fā)亮的筆劃組合顯示各種字符。 為了顯示字符，必須給LED的a、b、c、d、e、f、g和dp端一個確定的電平，如對于共陰極LED，為了顯示‘039。8段共陰LED的段碼如表2所示表2 8段共陰極LED段碼（2） LED顯示器的顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作?！　OC： A／D轉換結束信號，輸出，當A／D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。要求時鐘頻率不高于640KHZ GND：接地　　REF（+）、REF（）：基準電壓 Vcc：電源，＋5V CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7　　 圖4—8 ADC0809引腳圖 表3ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。ADC0809應用說明 ：（1）ADC0809內部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51單片機直接相連。 （5）是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。ADC0809的8位數據輸出具有輸出三態(tài)鎖存器功能，可直接與系統(tǒng)數據總線相連。圖4—10 2764和2864芯片引腳圖引腳功能引腳功能A0A15地址輸入線Vcc主電源輸入線，一般為+5VO0O7三態(tài)數據總線，讀或編程校驗時為數據輸出線，編程時為輸入線Vpp編程電源輸入線，其值因芯片型號和制造商不同而變化片選信號輸入線，低電平有效讀選通信號輸入線，低電平有效編程脈沖輸入線GND接地表4 2764芯片主要引腳功能介紹2864芯片也是28腳封裝，各管腳功能如下：I/O0I/O7:雙向數據線 :輸入，寫允許線，低電平有效。 以速度為控制對象的變頻器調速電動機傳動的生產機械的控制對象中，有速度、位置、張力、流量、溫度、壓力等。輸入某一值的給定信號（頻率），變頻器就以在加減速時間給定的回路中所確定的時間特性控制U/f模式，向電動機輸出電壓和頻率。為了對此進行補償，可以檢出電動機電流，在頻率、電壓控制電路進行修正。常用的速度傳感器有DCPG、ACPG、PLG。總體來說，可以認為本系統(tǒng)采用分時輪轉的系統(tǒng)運作模式。將SLE4520的RES(腳23)與單片機的給電復位電路的輸出相連,保證開機時以相同的狀態(tài)開始工作。(4)SLE4520的SET STATUS接至外部故障電路的輸出端,一旦故障電路中任一故障出現時,通過該端將對SLE4520的六路輸出進行封鎖。2. 控制算法及軟件技術SLE4520把微機送來的三路8位數字量轉換成三路脈寬調制信號輸出。用這種雙極性調制等面積法生成SPWM波,這種方法概要如下: (1) 將一個正弦周期等分成若干區(qū)段。有一相過零。為了有較好的正弦波形,常常需要有更多的區(qū)段。因為這樣既可以提高開關頻率,改善波形,又可以減少計算新脈沖寬度的數量,節(jié)省計算機計算時間。輸出頻率、區(qū)段數和每個區(qū)段的脈沖數及脈沖周期(單位：us)之間有如下關系： (5—6)輸出頻率的變化范圍可以這樣來確定，例如，開關頻率取8Kz，則脈沖周期T=125us，如S最大取240，N最大取255，則可得逆變器輸出最低頻率Fmin=，若S最小取6，N最小取1，則可得逆變器輸出最高頻率Fmax=。因此,脈沖周期T即為定時器T0的定時計數脈沖數。脈沖寬度由SLE4520中的8位減法計數器來定時。某一頻率有S個區(qū)段,就有S個相應的函數值,可將S個函數值作一表格存入EPROM中每一頻率段有相應的S值,本設計中,在頻率的變化范圍內,有六個不同的S取值,因此可作得六張函數表,存入EPROM中,以備查用。位移寄存器的時鐘,即延遲時間的頻率是由在可編程分頻器的分頻控制器中設置的數值來決定的。圖5—3 SPWM脈沖生成軟件流程圖 8279通用鍵盤和顯示電路軟件設計8279的編程可分為初始化、向顯示RAM中寫入數據和讀鍵盤數據三部分。1. 8279的命令及格式8279共有8條命令，均為8位，各命令的格式及功能分述如下： （1）鍵盤/顯示器方式設置命令此命令用于設置鍵盤與顯示器的工作方式，其各位定義為：D7 D6 D5=000 為此命令的特征位或稱命令碼。例如：假定CLK為2MHz，為取得100kHz的內部時鐘信號，則分頻系數=2MHz/100kHz=20，應使D4D3D2D1D0=10100B，即十進制數20D。D3位沒有定義，可