【正文】 成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術(shù)。 為減小輸出信號中的諧波分量，一種有效的途 徑是將等脈寬的矩形波變成信號寬度按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制波，即 SPWM 調(diào)制波。而載波頻率的提高，受到逆變開關(guān)管最高工作頻率的限制。 SA4828 是 MITEL 公司推出的一種專用于三相 SPWM 信號發(fā)生和控制的集成芯片，可以和單片機接口，完成對交流電動機的變頻調(diào)速。 ：片選輸入該控制線可使 SA8282 與其他外圍接口芯片共享同一組總線，低電平有效。 RS：寄存器選擇端。其中和是兩個虛擬的寄存器，實際上并不存在。過高的直流電壓對 IGBT的安全構(gòu)成威脅，很可能超過 IGBT的最大耐壓值而將其擊穿，造成永久性損壞。當(dāng)取樣電壓高于設(shè)定值時 異常情況下 ，比較器輸出高電平，光器件導(dǎo)通，輸出低電平保護信號。 故障自診斷電路工作過程如下：單片機控制 口發(fā)出一高電平，經(jīng)非門整形后輸出低電平，光耦器件導(dǎo)通，有電流流過三極管的基極，三極管導(dǎo)通輸出低電平，輸出的低電平自診斷信號分別送至過壓、欠壓保護電路。 8051 是高性能的單片機，因受到引腳數(shù)目的限制，它屬于地址與數(shù)據(jù)復(fù)用的單片機，可以與 SA4828 直接接口。只要單片機從外部 RAM 讀取數(shù)據(jù)，就是讀取 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 5 變頻器軟件設(shè)計 流程圖 軟件設(shè)計的流程圖如圖 。調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字是由 FRS0～ FRS2 這三位組成。它等于實際輸出的最小脈寬加上延遲時間，即： 實際輸出的 最小脈寬 +[18]。幅值控制通過對 AC 位的設(shè)定來選擇控制寄存器中的幅值，以適應(yīng)平衡負(fù)載或不平 7 看門狗時間常數(shù)設(shè)定。當(dāng) 0 時，關(guān)斷所有的 SPWM 信號輸出。中斷，這時計算兩個 ZPPR 輸出脈沖下降沿的 時間間隔。載波頻率設(shè)定字為 001。所以，寄存器 R3 中的值為 02H。中斷的功能是計算 ZPPR 輸出的調(diào)制波頻率。 4 主回路采用交―直―交電壓型結(jié)構(gòu)，非常適用于中、小容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。 雖然本次設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，但以此為基礎(chǔ)將會研制出性能更加完善的。233。233。Y ??224。 μ′μ 2168。 μ233。177。 ?3? ?232。a?232。?226。 感謝在百忙之中評閱論文及參加答辯的專家和評委。但是真正使本設(shè)計產(chǎn)品化是不可能通過一次的研究就能夠完成的，因此本次研究僅僅是交直交變頻器的基本原理， 還有許多向題有待進(jìn)一步研究。各中斷程序如下： T0 中斷子程序 JA1: INC 10H ； T0 溢出次數(shù)加一 RET1 ② 中斷子程序 WDZ: MOV TL0 ,00H ； TL0 清 0 MOV 11H ,TH0 ；取 TH0 MOV TH0 ,00H ； TH0 清 0 PUSH ACC ；保持現(xiàn)場 PUSH B PUSH PSW SETB ；使用第一工作寄存器區(qū) MOV A ,11H ；檢查除數(shù)是否為 0 ORL A, 10H JZ ABC ；除數(shù)為 0 則退出 MOV R2, 00H MOV R3, 00H MOV R4, 0FH MOV R5, 42H MOV R6 ,10H ；輸入除數(shù) MOV R7, 11H LCALL NDIV ；調(diào)用雙字節(jié)除法子程序 MOV 12H ,R5 ； 調(diào)制波頻率整數(shù)部分存入 12H MOV R6 ,00H ；對余數(shù)（ R2R3）乘 100 MOV R7, 64H LCALL QMUL ；雙字節(jié)乘法，乘 100 MOV R2 ,0CH ；將積作為被除數(shù)，（ R4）比恒定控制，從而實現(xiàn)了恒磁通變頻調(diào)速即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 調(diào)速子程序就是要計算出和字，并將它送入 SA4828 的控制寄存器。 ④脈沖延遲時間的設(shè)定字 由式（ 54）得： 所以，脈沖延遲時間設(shè)定字為 2DH，即寄存器 R2 中的值是 2DH。方式 1 SETB EX0 ；開外中斷 SETB ET0 ；開定時中斷 SETB EA ；開總控制中斷 ? 下面計算 SA4828 初始化參數(shù)字。 程序設(shè)計 由可算出調(diào)制波頻率范圍為 0～ 50Hz，載波頻率為 5kHz，實際脈沖刪除時間為 12，死，系統(tǒng)采用高效波形，不使用看門狗功能。 正反轉(zhuǎn)選擇正反轉(zhuǎn)選擇位 控制三相 PWM 輸出的相序。根據(jù) WS、 WS1 可選擇純正弦波、增強型波、高效波三種調(diào)制波形。 圖 延遲前后的脈寬關(guān)系 實際輸出的脈寬 延遲前的脈寬 延遲時間。載波頻率的計算式為： 為時鐘頻率，的二進(jìn)制數(shù)即為載波頻率設(shè)定字。 SA4828 的引腳接一個發(fā)光二極管，當(dāng) SA4828 的輸出被封鎖時，發(fā)光二極管亮，用于指示封鎖狀態(tài)。因為它是唯一的，就沒有地址編號，也就不需要任何地址線或者地址譯碼線。它的性能的好壞及工作的正常與否對整個控制系統(tǒng)有著重要的影響。動作值整定為輸入電壓的 85% 2 圖表 3 圖 欠壓保護電路 本系統(tǒng)的故障自診斷是指在系統(tǒng)運行前，變頻器本身可以對過載、過壓、欠壓保護電路進(jìn)行診斷，檢測其保護電路是否正常。過壓設(shè)定值從電位器上取出。通常情況下，主回路直流環(huán)節(jié)的電壓與輸入電壓保持固定關(guān)系?？刂萍拇嫫魇窃诠ぷ鬟^程中控制輸出脈寬調(diào)制波的狀態(tài)，從而進(jìn)一步控制交流電動機的運行狀態(tài)，通常在工作時，該寄存器的內(nèi)容常被改寫，以實現(xiàn)實時對交流電動機的速度進(jìn)行控制。 ZPPR：零相位脈沖輸出端。 MUX ：總線選擇端。對于調(diào)速精度、調(diào)速方式要求較高的交流異步電動機，可以采用各項性能指標(biāo)都非常完善，但價格也比較昂貴的通用 變頻器；對一般交流電動機的變頻調(diào)速，可以直接采用三相 SPWM 調(diào)制信號專用芯片構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)。 雖然正弦脈寬調(diào)制波與等脈寬 PWM 信號相比，諧波成份大大減小，但它畢竟不是正弦波。 根據(jù)電機學(xué)原理，交流異步電動機變頻調(diào)速時，如果按照頻率與定子端電壓之比為定值的方式進(jìn)行控制，則機械特性的硬度變化較小，所以在變頻的同時，也要相應(yīng)改變定子的端電壓。主電路逆變電路設(shè)計中采用的電力電子器件是 IGBT，故稱為門極驅(qū)動電路 。過流檢測及保護電路根據(jù) IGBT 柵極驅(qū)動電平和集電極電壓之間的關(guān)系 ,檢測是否有過電流現(xiàn)象存在 ,如果有過電流 ,保護電路將迅速關(guān)斷 IGBT,防止過快的關(guān)斷時而引起因電路中電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢升高 ,使 IGBT 集電極電壓過高而損壞IGBT,電源電路將 20V 外部供電電源變成 15V 的開柵電壓和 5V 的關(guān)柵電壓。在雜散電感的作用下，過高的會產(chǎn)生過高的電壓尖峰，使 IGBT承受不住而損壞。在許多設(shè)備中， IGBT 與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系，而控制電路一般不希望如此。當(dāng) IGBT 高頻運行時，柵極驅(qū)動電流和驅(qū)動功率也是不小的，因此，驅(qū)動電路必須能提供足夠的驅(qū)動電流和功率。 IGBT 的柵極等效為一電容負(fù)載，所以驅(qū)動信號源的內(nèi)阻要小。要使器件導(dǎo)通，驅(qū)動信號必須大于其開啟電壓。 IGBT 是壓控器 件，柵極輸入阻抗高，所需要驅(qū)動功率小，驅(qū)動較為容易。 主電路參數(shù)計算 根據(jù)前面所給出的原始參數(shù)，主電路各部分的計算如下 [6]： （峰值電流） （有效值 ） （ ～ 2） Id/～ （ 2～ 3） （ 2～ 3） 380～ 電容系統(tǒng)采用三相不控整流，經(jīng)濾波后 ～～ 擊穿電壓：當(dāng)線電壓為 380V 時，根據(jù)經(jīng)驗值選 1000V。 當(dāng)、閉合時，為正；、閉合時，為負(fù)。本設(shè)計中采用了三相橋式不控整流電路，主要優(yōu)點是電路簡單，功率因數(shù)接近于 1，由于整流電路原理比較 簡單，設(shè)計中不再做詳細(xì)的介紹 [5]。電容，二極管組成緩沖電路，來保護逆變管。 電源指示燈 HL 除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。能實現(xiàn)這個功能的裝置稱為變頻器。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。雖然這種方法可以提高調(diào)速精度，但是它需要使用速度傳感器來求取轉(zhuǎn)差角頻率，還要針對具體電機的機械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而此方法的通用性較差。這是因為電動機繞組的絕緣強度限制了電源電壓不能超過電動機的額定電壓，所以，磁通量將隨著頻率的升高反比例下降。 帶定子壓降補償?shù)膲侯l比控制特性示于圖 中的 b 線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為 a 線。 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因可以如下 解釋：為了使電動機定子的磁通量保持恒定，調(diào)速時就要求感應(yīng)電動勢與電源頻率的比值不變，為了使控制容易實現(xiàn)，采用電源電壓≈來近似代替，這是以忽略定子阻抗壓降作為代價，當(dāng)然存在一定的誤差。 由式 210 可 知，要保持不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低 ,使 常值 只要保持為常數(shù)，就可以達(dá)到維持磁通恒定的目的。在變頻調(diào)速的過程中，當(dāng)電動機電源的頻率發(fā)生變化時，電動機的阻抗將隨之變化，從而引起勵磁電流的變化，使電動機出現(xiàn)勵磁不足或勵磁過強。電機磁場轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用表示： （ 27） 式中：為三相交流電源頻率，一般是 50Hz；為磁極對數(shù)。特別是研究變頻后的電動機機械特性，、就顯得尤其重要。對應(yīng)這一點的轉(zhuǎn)速＝ 0（ｓ＝ 1），電磁轉(zhuǎn)矩稱起動轉(zhuǎn)矩，起動是帶負(fù)載的能力一般用起動倍數(shù)來表示，即。 異步電動機的轉(zhuǎn)矩 （ 1）電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式 （ 22） 式中 的單位為 KW；的單位是；Ｔ的單位是。其有效值可計算如下： （ 21） 式中 : ―氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值； ―定子頻率； ―定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)； ―基波繞組系數(shù)； ―極氣隙磁通。 電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信號。 圖 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)各組成部分簡介： 供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220V，中大功率的采用三相 380V 電源。建立在電機統(tǒng)一理論和機電一體化理論基礎(chǔ)上的各種先進(jìn)控制方案，通過快速檢測電流實現(xiàn) PWM 控制的變頻技術(shù)，通過直接控制轉(zhuǎn)矩來快速控制轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速自調(diào)整技術(shù)，以及具有很強抗擾能力的變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)等等，都極大地豐富了 電機調(diào)速領(lǐng)域的內(nèi)容。它只需要滿足各種生產(chǎn)條件對它提出的起動和穩(wěn)速運行的要求就可以，調(diào)速的任務(wù)是由皮帶和齒輪來完成。但是由于直流電動機本身有機械換向器，給直流調(diào)速系統(tǒng)造成一些固有的、難于解決的問題。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交直交和交交。在本設(shè)計中 采用三相不可控整流。 選用電動機原始參數(shù) 在這次設(shè)計中，采用中等容量的電動機，具體數(shù)據(jù)如下： 額定功率：； 額定電壓：； 額定電流：； 額定轉(zhuǎn)速：； 效 率：； 功率因數(shù)： cosφ ； 過載系數(shù)：λ ； 電壓波動177。由于定子、轉(zhuǎn)子回路的頻率、繞組、匝數(shù)不同，故必須進(jìn)行折算。 異步電動機的機械特性 機械特性是指電動機在運行時，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即 ，它可由（ 23）所決定的曲線變換而來。電動機運行在Ｋ點時，電磁轉(zhuǎn)矩為臨界轉(zhuǎn)矩，它表示了電動機所有能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，此時的轉(zhuǎn)差率叫臨界轉(zhuǎn)差率，用表示。根據(jù)統(tǒng)計，我國異步電動機的使用容量約占拖動總?cè)萘康陌顺梢陨希虼肆私猱惒诫妱訖C的調(diào)速原理十分重要。綜合（ 27）和（ 28）式可以得出： （ 29） 由式（ 29）可以看出，對于成品電機，其極對數(shù)已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率的變化不大，則電機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機調(diào)速的目的。 由電機理論知道，電機定子的感應(yīng)電勢有效值是： 則 即 （ 210） 另外，電機的電磁轉(zhuǎn)矩為 : （ 211） 其中 ―與電動機有關(guān)的常數(shù)； Cos―轉(zhuǎn)子每相電路功率因數(shù)； ―轉(zhuǎn)子電壓與電流的 相位差； ―電機的電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)電機在額定運行情況下，電機定子電阻和漏阻抗的壓降較小，和可以看成近似相等，所以保持 常數(shù)即 可。此時如果仍以代替，將帶來很大的誤差。 圖 補償后的機械特性曲線 在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從額定頻率向上增高，但是電壓卻不能