【正文】 畢業(yè)設(shè)計對我們來說是一件相對龐大而瑣碎的工作 ,要綜合運用各種學(xué)過和沒學(xué)過的東西。 系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。在本系統(tǒng)中用 。該中斷源的優(yōu)先級最高。同時根據(jù) PID運算結(jié)果進(jìn)行運算 ， 直到 壓力與給定值相同。當(dāng)交流電壓信號由負(fù)到正，過零時 ， 外部響應(yīng)中斷 ， 執(zhí)行 INT0中斷服務(wù)程序 ， 啟動 T0計數(shù)。 第 五 章 系統(tǒng)的軟件設(shè) 計 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體方案是：在運行中，為使調(diào)速系統(tǒng)安全可靠地工作，采取了啟動前故障檢測和啟動以后繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視與檢測。 圖 8051 與光耦接口電路 人機(jī)接口電路 人機(jī)接口電路主要指 8051 芯片 輸入、輸出電路，如 8051 的鍵盤輸入、輸出顯示和 8051 芯片 與計算機(jī)的通訊等。 圖 過壓、欠壓保護(hù)電 路 電壓檢測信號取自直流母線電壓 DCU ，即圖中 P、 N 兩點之間的電壓。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔(dān)濾 波的任務(wù)。 圖 電流檢測電路 濾波電路的設(shè)計 交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝?qiáng)度）還是處在不斷地變化之中。 綜上所述，本系統(tǒng)電路選取 Cl= F? ，且耐壓大于 35V 的鉭電容。 圖 IR2132 驅(qū)動三相逆變橋 光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但存在共模抑制能力差，傳輸速度不是很快，一般快速光耦的速度可達(dá)幾十 KHz。 通過二極管的峰值電流為： Im =2 =2= （ ） 流過二極管電流的有效值： )(* 21 200 wtdIfId m? （ ） 二極管電流定額： In =()Id/= （ ） 考慮濾波電容充電電流的影響，需要留有較大的電流余量，選用 IN=2A，整流 二 極 管 電 壓 定 額 ： Ud =(2or3)Um =(2or3)220=622or933V （ ） 根據(jù)上面計算的電壓和電流以及市場價格和供貨情況，實際選用的整流二極管為 5A、 1000V。在中斷服務(wù)程序中，首先根據(jù) CCFn 的值來判斷發(fā)生匹配的捕捉 /比較模塊，然后根據(jù)該模塊 CEX 引腳上的電平狀態(tài)判斷是將SPWM 波形的高電平脈寬值還是低電平脈寬值累加到捕 捉 /比較模塊寄存器上；同時，根據(jù)脈寬數(shù)據(jù)指針與 max 是否相等來確定一個 SPWM 周期的結(jié)束和下一個周期的開始，以便正確載入對應(yīng)數(shù)據(jù)。本文中，產(chǎn)生頻率可變的 SPWM 波形是使用了捕捉 /比較模塊的高速輸出工作方式， 其原理如下： 當(dāng) PCA 的 16 位計數(shù)器 /定時器 PCA0H（高 8 位）和 PCA0L（低 8 位）與16 位捕捉 /比較模塊寄存器 PCA0CPHn（高 8 位）和 PCA0CPLn（低 8 位）發(fā)生匹配時，模塊的 CEXn 引腳上的邏輯電平將發(fā)生跳變，并產(chǎn)生一個中斷請求，即將控制寄存器 PCA0CN 中相應(yīng)的 CCFn 位置位，當(dāng) CCF 中斷被允許時， CPU 將轉(zhuǎn)向 CCF 中斷服務(wù)程序。典型的單 極性對稱規(guī)則采樣法， 在三角波的峰值時刻采樣正弦調(diào)制 波并將采樣值保持，分別取保持值和三角波交點作為脈沖寬度時間?；魻栯娏?、電壓傳感器將檢測到的逆變模塊的三相輸出電流、電壓信號，經(jīng)采樣保持后進(jìn)入單片機(jī)，完成 A/D 轉(zhuǎn)換后，由 CPU 進(jìn)行處理。雖然硬件電路較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的 PWM 控制方法的不足，適用于各種脈寬調(diào)制軟開關(guān)逆變器，具有反應(yīng) 快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點 。 但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實踐上的不足。此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時提高 15%，諧波電流有效值之和接近最小。 預(yù)測電流控制法 預(yù)測電流控制是在每個調(diào)節(jié)周期開始時，根據(jù)實際電流誤差，負(fù)載參數(shù)及其它負(fù)載變量，來預(yù)測電流誤差矢量趨勢，因此，下一個調(diào)節(jié)周期由 PWM 產(chǎn)生的電壓矢量必將減小所預(yù)測的誤差。 電流控制 PWM 電流控制 PWM 的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號，把實際的電流波形作為反饋信號，通過兩者瞬時值的比較來決定各開關(guān)器件的通斷，使實際輸出隨指令信號的改變而改變。對于某一線電壓例如 Uuv，半個周期兩邊 60176。 線電壓控制 PWM 前面所介紹的各種 PWM 控制方法用于三相逆變電路時，都是對三相輸出相電壓分別進(jìn)行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對于像三相異步電動機(jī)這樣的三相無中線對稱負(fù)載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦。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有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限 ,結(jié)合 現(xiàn)代控制理論 思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會 成為PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一 。 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(jìn)行調(diào)制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。而變頻調(diào)速的關(guān)鍵設(shè)備就是變頻器它決定整個調(diào)速系統(tǒng)的性能。而 6個 SKIIP模塊組成二組 ,三相橋式交流電路，其中一組為變頻器輸出逆變器；另一組為 向 發(fā)電電網(wǎng)反饋的逆變橋。對于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。要求完成任務(wù)主要有： 變頻器及其工作原理 變頻調(diào)速基本原理 控制方案確定 軟件與硬件設(shè)計 第 二 章 異步電動機(jī)變頻調(diào)速 變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。該控制系統(tǒng)成本低及其結(jié)構(gòu)簡單，所以多用于風(fēng)機(jī)等的節(jié)能調(diào)速上面。對中、小容量變頻器，主要采取提高開關(guān)頻率的 PWM 控制；對大容量變頻器，主要采取在常規(guī)的開關(guān)頻率下，改變主電路結(jié)構(gòu)和控制方式這兩條途徑。它分為功率級和控制級兩大部分。 在大功率 交 交、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化 及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當(dāng)差距。在大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利 ABB 公司提供了單機(jī)容量為 6 萬 kW 的設(shè)備用于抽水蓄能電站。很多先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口，在我國運行良好，滿足了國內(nèi)生產(chǎn)和生活需要。 (6) 必須有專用的變頻電源，目前造價較高。變頻調(diào)速是以 變頻器向交流電動機(jī)供電，并可以構(gòu)成開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)由于采用模擬控制，設(shè)備復(fù)雜、調(diào)整困難，且控制精度低，可靠性差，因而限制了這種系統(tǒng)的應(yīng)用。要求完成內(nèi)容主要有： 變頻調(diào)速技術(shù)基本原理 變頻調(diào)速基本原理 控制方案確定 軟件與硬件設(shè)計。用單片 機(jī)實現(xiàn) （ PWM） 來控制可使調(diào)節(jié)靈活，電路簡化。s efficiency is low. SCM using puter control the exchange of asynchronous motor Frequency Control System that has greatly simplified control circuit, the use of SPWM (SPWM) drive, the system has improved efficiency. Induction Motor Frequency Control, in the actual use of pulse width modulation (PWM), and pleted FM Surge two functions. To achieve singlechip microprocessor (PWM) to control can adjust flexibly, to simplify circuit. This design by the MCS51 series of singlechip microprocessor achives PWM control。 (3) 起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)間效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式 ，成為 當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。 (3) 控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。 (3) 相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后?；诂F(xiàn)代理論 的有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微奈奎斯特陣列設(shè)計方法等；基于自能控制思想上網(wǎng)模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。 有關(guān)資料表明，采用變頻調(diào)速技術(shù)確實能夠取得非常明顯的節(jié)能、增產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果，節(jié)電率一般在 10%~30%，有的高達(dá) 40%，更重要的是生產(chǎn)中一些技術(shù)難點也得到解決。其次，對于新型器件的應(yīng)用做了說明，根據(jù)新型功率器件的特點和應(yīng)用要求，設(shè)計出了逆變器的驅(qū)動電路和保護(hù)電路，使得新型功率器件的應(yīng)用更加安全。 (2)變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。 (6)對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容， 變頻器容量要放大一擋。 變頻調(diào)速基本原 理 變頻調(diào)速的工作原理 p—— 磁極對數(shù) 異步電動機(jī)是依靠旋轉(zhuǎn)磁場的作用而轉(zhuǎn)動的，根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論，有下列關(guān)系n1 = 60f / p 式中 n1—— 定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，也叫異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速（ r / min）； f—— 電源頻率（ Hz）； p—— 電動機(jī)的磁極對數(shù)。 頻率的下降會導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降， 鐵心和線圈過熱。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì) 80 年代以前一直未能實現(xiàn)。 隨機(jī) PWM 其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲 (在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的 )，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點時刻控制開關(guān)器件的通斷實現(xiàn) PWM 控制。這是因為，經(jīng)過 PWM 調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的 3 倍頻于正弦波信號 的諧波，但在合成線電壓時，各相電壓中的這些諧波將互相抵消，從而使線電壓仍為正弦波。區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定，線電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一 的確定了。 三角波比較法 該方法與 SPWM 法中的三角波比較方式不同，這里是把指令電流與實際輸出電流進(jìn)行比較，求出偏差電流，通過放大器放大后再和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM 波。此法從電動機(jī)的角度出發(fā)，把逆變器和電機(jī)看作一個整體，以內(nèi)切多邊 形逼近圓的方式進(jìn)行控制，使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場 (正弦磁通 )。 矢量控制 PWM 矢量控制也稱磁場定向控制，其原理是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia， Ib 及 Ic，通過三相 /二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1及 Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及 It1(Im1 相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流； It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流 )，然后模仿對直流電動機(jī)的控制方法，實現(xiàn)對交流電動機(jī)的控制。該技術(shù)同時具有調(diào)制和控制的雙重性，通過復(fù)位開關(guān)、積分器、觸發(fā)電路、比較器達(dá)到跟蹤指令信號的目的。單片機(jī)、時鐘電路、通訊接口、鍵盤與顯示電路、光電耦合、 IPM 逆變器、整流模塊、轉(zhuǎn)速檢測和故障檢測、報警電路等組成。 SPWM 技術(shù)原理 SPWM 技術(shù)的基本原理是利用一個三角波載波和一個正弦波進(jìn)行比較，得到一個寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，用它們來驅(qū)動逆變器 開關(guān)管的開關(guān)轉(zhuǎn)換。 C8051 實現(xiàn) SPWM 波形的原理及算法 (1) C8051F 系列單片機(jī) PCA 簡介 C8051F 系列單片機(jī)都具有一個可編程計數(shù)器陣列 PCA，以 C8051F040 為例，PCA 包含 1 個專用的 16 位計數(shù)器 /定時器和 6 個 16 位捕捉 /比較模塊，可以輸出 6 路 PWM 波形。這樣，周而復(fù)始 ， CEX0 引腳上不斷產(chǎn)生交替的高低電平，從而在其所對應(yīng)的端口 I/O 上得到準(zhǔn)確的 SPWM 波形。對輸出 SPWM 波的最小脈沖問題進(jìn)行了處理，采用匯編語言對中斷服務(wù)子程序進(jìn)行編程，使得 SPWM 波形中最小脈沖的寬度達(dá)到了3μs，這個寬度 （時間）基本達(dá)到實驗中所用 GTR 的最小開關(guān)周期。 逆變驅(qū)動電路的設(shè)計 一個理想的 GTR 驅(qū)動器應(yīng)具有以下基本性能： (1)動態(tài)驅(qū)動能力強(qiáng)，能為 GTR 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動脈沖； (2)有足夠的輸入輸出電隔離能力； (3)具有柵壓限幅電路，保護(hù)柵極不被擊穿； (4)輸入輸出信號傳輸無延時； (5)在出現(xiàn)短路、過流的情況下， 迅速發(fā)出過流保護(hù)信號，供控制回路進(jìn)行處理。它內(nèi)部設(shè)計有過流、過壓及欠壓保護(hù)、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)