【正文】 ，使用戶可方便的用來(lái)保護(hù)被驅(qū)動(dòng)的 MOS 門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對(duì)同一橋臂上下 2 個(gè)功率器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生 互鎖延時(shí)時(shí)間。設(shè)采樣時(shí)間為 Tc，光電碼盤的脈沖數(shù)為 Pn，在采樣時(shí)間內(nèi)所測(cè)到的脈沖數(shù)為 m，則 , 電機(jī)轉(zhuǎn)速 N (r/min) 為 ： N=60m/TcPn （ ） 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司的旋轉(zhuǎn)編碼器，型號(hào)是 E6B2CWZ6C， 1200P/R，它由 5～ 24V 供電，有三路輸出，分別為 A 相、 B 相、 Z 相 。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來(lái)。若這樣直接接 IR2132 半橋電路時(shí)，會(huì)使上、下橋臂 IGBT 同時(shí)導(dǎo)通，即直通，因此在光耦輸出后面接有 CD4049 反相器， 使初始輸出狀態(tài)為低電平。為此，設(shè)計(jì)了 4 位的 LED 顯示電路，配合 8279 的鍵盤設(shè)置，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)進(jìn)行顯示和監(jiān)視。本地操作人員可根據(jù)負(fù)載情況通過(guò)按鍵來(lái)選擇不同的 U/f 曲線，設(shè)定電動(dòng)機(jī)的期望轉(zhuǎn)速以及控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、停止等操作。 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 其程序主要包括主 程序 ， PID計(jì)算子程序和中斷處理程序。 VG1產(chǎn)生半個(gè)周期后 ， 產(chǎn) 生 VG2， 從而 VT2導(dǎo)通。狀態(tài)顯示優(yōu)先次序?yàn)椋汗收巷@示，停車顯示和頻 率顯示。 (2)系統(tǒng)的復(fù)位，通過(guò)手動(dòng)執(zhí)行中斷，程序運(yùn)行結(jié)束，停止運(yùn)行常用做故障檢測(cè)停機(jī)使用。 對(duì)于 C8051 單片機(jī)，它的 PCA 所能輸出的最小脈沖取決于其中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間，所以其最小脈沖問(wèn)題不容忽視。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)測(cè)試，它是教學(xué)計(jì)劃中學(xué)生必修的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、工程實(shí)踐結(jié)合的重要結(jié)合點(diǎn)。這些都為我以后的工作奠定了良好 的基石，因此我感到收獲很大。 (2) 大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必需把我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個(gè)新水平，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，提高自主開(kāi)發(fā)能力，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程建設(shè)和市場(chǎng)的需求。從而控制電源頻率的大小。 圖 故障中斷服務(wù)程序程序 顯示子程序及鍵盤服務(wù)程序流程圖 圖 顯示子程序 圖 鍵盤服務(wù)程序 系統(tǒng)中通過(guò)鍵盤設(shè)置運(yùn)行 （ RUN） ，停止 （ STOP） ，電動(dòng) （ JOG） ，復(fù)位（ RST）等功能 。 圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖 顯示中斷程序 在正常運(yùn)行中，頻率的顯示是依靠定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)，定時(shí)器每隔一定的時(shí)間進(jìn)初始化 片內(nèi) RAM 初始化 SLE4520 初始化 時(shí)間控制→ 8255， 8253， 8279 T0， T1 開(kāi)中斷置時(shí)間常數(shù) 返回 開(kāi)始 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 啟動(dòng) A ∕ D 轉(zhuǎn)換器，采樣Un*.Un 調(diào) PI子程序求頻率信 號(hào) 置命令時(shí)間常數(shù)，啟動(dòng)定時(shí)器T0，定時(shí)25ms 由 Uf1 查 表 得 Xf Zf 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回 入顯示中斷服務(wù)程序。因此 ， 這個(gè)程序依據(jù) PID算法的結(jié)果直接關(guān)系到供給電動(dòng)機(jī)的電源頻率的大小。運(yùn)行控制循環(huán)，主要完成轉(zhuǎn)速和故障監(jiān)控及顯示， 8051 在初始化后置 PC2為 1，低電流繼電器得電、接觸器吸合，使主電路與電源接通。由于 TMS320LF2407 帶有 SCI 通訊接口因此可以方便的實(shí)現(xiàn) RS232 通訊，計(jì)算機(jī)與 8051 芯片 之間通過(guò)計(jì)算機(jī)的通用串行總線 (USB)接口與 8051 芯片 的串行通訊接口 (SCI)相連。 8051 控制電路 8051 控制電路 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選用 28F256 芯片對(duì)外部程序存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展，使片外存儲(chǔ)容量達(dá)到了 32K；由于采用了 FLASH 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速在線修改。 光電隔離電路 為了使控制電路和主電路可靠隔離，系統(tǒng)又另外采用了快速光耦 6N137 進(jìn)行主電路和控制電路的進(jìn)一步隔離。 換句話說(shuō)，濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中 的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。二是速度估計(jì)算法，不同的速度估計(jì)算法可以得到 不同的速度檢測(cè)性能。而且最大占空比受到限制。 通態(tài)峰值電流： Im=2In=2= （ ） 考慮 ～ 2 倍安全系數(shù)，取電流定額為 5A。 SPWM 脈沖計(jì)算程序 SPWM 輸出程序 輸出頻率變化否 中斷服務(wù)子程序 初始化 鍵盤子程序 開(kāi)始 主電路的設(shè)計(jì) 主電路為單相全橋逆變電路，主開(kāi)關(guān)管采用 GTR，輸出 100V， 50400Hz頻率可調(diào)的交流電壓。 (2) SPWM 波形生成方法 利用 C8051 的 PCA 計(jì)數(shù)器產(chǎn)生 SPWM 波形的基本原理是：在高速輸出并且允許 CCF 中斷方式下，不斷在 CCF 中斷服務(wù)程序中將事先計(jì)算好的 SPWM 波形的脈沖寬度累加到捕捉 /比較模塊寄存器 PCA0CPn（高 8 位 PCA0CPHn 和低 8位 PCA0CPLn）中，這樣在捕捉 /比較模塊寄存器和計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器相匹配時(shí)就得到相應(yīng)的 SPWM 波形不斷交替的高低電平。則脈沖寬度為 wtMTT SPM sin? ， 采樣點(diǎn)時(shí)刻 t只與載波比 N 有關(guān)。本系統(tǒng)采用 TI 公司的 TMS320LF2407A 為控制核心，逆變驅(qū)動(dòng)電路芯片采用美國(guó)國(guó)際整流公司的 IR2I32。利用單片機(jī)組成的變頻調(diào)速控制器可以實(shí)現(xiàn)從低頻 (1～2Hz) 起動(dòng)到 50Hz ,可以消除以往工頻 50Hz 直接起動(dòng)對(duì)電機(jī)的沖擊 , 延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命 ,同時(shí)由于變頻器的輸出電壓可以自適應(yīng)調(diào)節(jié) , 使負(fù)載 電機(jī)可以工作在額定電壓以下 ,不僅節(jié)能且可延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。 但直接轉(zhuǎn)矩控制也存在缺點(diǎn)，如逆變器開(kāi)關(guān)頻率的提高有限制。這種方法克服了磁通開(kāi)環(huán)法的不足，解決了電機(jī)低速時(shí)，定子電阻影響大的問(wèn)題，減小了電機(jī)的脈動(dòng)和噪音。 空間電壓矢量控制 PWM 空間電壓矢量控制 PWM(SVPWM)也叫磁通正弦 PWM 法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量。區(qū)間的兩種波形形狀，并且有正有負(fù)。在三相無(wú)中線系統(tǒng)中，由于三次諧波電流無(wú)通路，所以三個(gè)線電壓和線電流中均不含三次諧波。 ⒈ 等面積法 ⒉ 硬件調(diào)制法 ⒊ 軟件生成法 ⒋ 低次諧波消去法 梯形波與三角波比較法 前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的，從而忽視了直流電壓的利用率，如 SPWM 法，其直流電壓利用率僅為 %。等脈寬 PWM 法正是為了克服 PAM 法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的，是 PWM 法中最為簡(jiǎn)單的一種。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波 或其他所需要的波形。 通過(guò)電工理論分析可知，轉(zhuǎn)矩與磁通量（最大值）成正比，在轉(zhuǎn)子參數(shù)值一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比。 圖 變頻器原理圖 首先是將單相或三相交流電流電源通過(guò)整流器并經(jīng)電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型 。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 設(shè)計(jì)本課題的總思路 本文對(duì)于逆變器供電的變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了一 種以 MCS51系列單片機(jī)為基礎(chǔ)生成的 SPWM 來(lái)控制逆變器的控制系統(tǒng)。與之配套的功率器件冷卻方式的改變（如冷水、蒸發(fā)冷卻和熱管），也有利于整機(jī)體積的減小。鑒于這兩方面，未來(lái)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下幾點(diǎn)： （ 1） 各種控制方法的深入研究和實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步提高變頻調(diào)速性能。國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下 : (1) 變頻器的整機(jī)技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。 國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點(diǎn) ： (1) 市場(chǎng)的大量需求。 在我們現(xiàn)在日常生活中，高速電力機(jī)車、汽車、電梯、音樂(lè)噴泉、冰箱、洗衣機(jī)、印刷設(shè)備、空調(diào)等，接近我們生活的一些用具以及生活用品對(duì)變頻控制的采用也是越來(lái)越多了。變頻調(diào) 速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。低速時(shí)，特性靜關(guān)率較高，相對(duì)穩(wěn)定性好。 【 關(guān)鍵詞 】 電壓型三相 PWM整流器； 變頻調(diào)速；單片機(jī)； 交流電機(jī) 【 A B S T R A C T 】 Focus is Studying SPWM threephase voltagetype AC inverter with the fundamental principles in this paper, and designing the methods and software and hardware, and plete system software and hardware. The main pletion on: basic principles of VVVF technology 2. the basic principles of Frequency Control, control scheme for the and hardware design. The main relevant knowledge: power electronics and motion control, puter control. Under normal circumstances in exchange for motor asynchronous speed machine, it39。采用單片機(jī)微機(jī)控制的交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)使起控制電路大為簡(jiǎn)化，使用正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM） 驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)效率 也有所提高。在通常情況下交流異步電動(dòng)機(jī)用作調(diào)速機(jī)時(shí)，它的控制電路復(fù)雜，系統(tǒng)的效率較低。以單片機(jī) 8031CPU 為核心的全數(shù) 字控制．電路簡(jiǎn)單，調(diào)整迅速，進(jìn)一步提高了控制精度。 交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性： (1) 調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高。 近 年來(lái) 交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，我國(guó)雖然取得了很大成績(jī)，但應(yīng)看到由于國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對(duì)國(guó)外公司的依賴性仍較嚴(yán)重。在小功率交流變頻調(diào)速技術(shù) 方 面，日本富士 BJT 變頻器最大單 機(jī)容量可達(dá) 700 kVA， IGBT 變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。在中小功率變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/f 控制，僅有少量的樣機(jī)采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市場(chǎng)需要，每年大量進(jìn)口?？刂萍?jí)部分是要解決數(shù)字化控制的硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題。今后變頻器中的功率器件和控制元件將具有 更高的集成度，入智能化的功率模塊、高頻率的開(kāi)關(guān)電源以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。 、磁鏈雙閉環(huán)矢量控制的電流滯環(huán)型 PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng) 應(yīng)用矢量控制理論，對(duì)轉(zhuǎn)速、磁鏈進(jìn)行分別控制，采用了滯環(huán)電流跟蹤型PWM 逆變器，所以其動(dòng)態(tài)性能很好，還配有精確的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，則系統(tǒng)都達(dá)到與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成。 (4)在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。如果在改變 f的同時(shí)同步改變電源電壓 u即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩T不變的調(diào)速性能其原理圖如圖 。變頻器就是在調(diào)整頻率的同時(shí)還要調(diào)整電壓，故簡(jiǎn)稱 VVVF（裝置）。 采樣控制理論中有一個(gè)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(shí)，其效果基本相同。 相電壓控制 PWM 等脈寬 PWM 法 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用 PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓。該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案。 馬鞍形波與三角 波比較法 馬鞍形波與三角波比較法也就是諧波注入 PWM 方式 (HIPWM)，其原理是在正弦波中加入一定比例的三次諧波，調(diào)制信號(hào)便呈現(xiàn)出馬鞍形，而且幅值明顯降低，于是在調(diào)制信號(hào)的幅值不超過(guò)載波幅值的情況下，可以使基波幅值超過(guò)三角波幅值，提高了直流電壓利用率。區(qū)間用 (Uvw+Uwu)表示，當(dāng)將 Uvw和 Uwu 作同樣處理時(shí)，就可以得到三相線電壓波形只有半周內(nèi)兩邊 60176。 滯環(huán)比較法 這是一種帶反饋的 PW