【正文】 further enhance the control accuracy. 【 Key words】 ThreePhase PWM voltage rectifier, Frequency Control, SCM, AC motor, puter control 目錄 摘要 ………………………………………………………………………………………… ..1 ABSTRACT………………………………………………………………………………… ..2 第一章 緒論 ……………………………………………………………………………… ..4 當前變頻調速的發(fā)展狀況及其趨勢 ……………………… ………………………… ...4 設計本課題的總思路 ………………………………………………………………… ...8 設計任務及要求 ……………………………………………………………………… ...8 第二章 異步電動機變頻調速 …………………………………………………………… ..9 變頻器 …………………………………………………………………………………. ..9 變頻調速基本原理 …………………………………………………………………… ..10 第三章 脈寬調制技術 ……………………………………… …………………………… .12 相電壓控制 PWM………………………………………………………………… ........12 線電壓控制 PWM……………………………………………………………………… 14 電流控制 PWM………………………………………………………………………… 15 空間電壓矢量控制 PWM……………………………………………………………… 16 矢量控制 PWM……………………………………………………………………… ...16 直接轉矩控制 PWM…………………… …………………………………………… ...17 非線性控制 PWM……………………………………………………………………… 17 第四章 系統(tǒng)的硬件設計 ………………………………………………………………… ..18 系統(tǒng)工作原理 ………………………………………………………………………… ...18 主電路的設計 ………………………………………………………………………… ...22 光電隔離電路 ………………………………………………………………………… ...26 過電壓保護電路 …………… ………………………………………………………… ...27 8051 控制電路 ………………………………………………………………………… ...28 第五章 系統(tǒng)的軟件設計 ………………………………………………………………… ..30 單片機程序設計 ……………………………………………………………………… ...30 控制電路 ……………………………………………………………………………… ...35 最小脈沖問題分析 …………………………………………………………………… ...35 總結 …………… …………………………………………………………………………… ..36 參考文獻 ...………………………………………………………………………………… ...37 第一章 緒論 當前變頻調速的發(fā)展狀況及趨 勢 在交流調速中，交流電動機的調速方法有三種 :變極調速、改變轉差率調速和變頻調速。本設計采用的 MCS51系列的單片微機控制 PWM。 基于單片機的交流電機變頻調速系統(tǒng)的設計 【 摘要 】 本課題主要是研究電壓型三相交流 SPWM 變頻技術的基本原理、實現方法及軟硬件設計，完成系統(tǒng)的軟硬件設計。 傳統(tǒng)的交流變頻調速系統(tǒng)由正弦波和鋸齒波相交產生所需的脈寬調制波實現恒壓額比的變頻調速控制。其中變頻調速具有絕對的優(yōu)勢，并且他的調速性能和可靠性不斷完善，價格不斷降低。 (5) 易于實現過程自動化。隨著改革開放，經濟高速發(fā)展，變頻調速產品形成了一個巨大的市場，它既對國內企業(yè)，也對外國公司敞開。 國內外技術現狀對比 國外現狀 在大功率交 交變頻（循環(huán)變流器）調速技術方面，法國阿爾斯通已能提供單機容量達 3 萬 kW 的電氣傳動設備用于船舶推進系統(tǒng)。 國內現狀 從總體上看我國電氣傳動的技術水平較國際先進水平差距 10 ~ 15 年。 變頻調速技術的發(fā)展方向 交流變頻調速技術是強、弱電混合，機電一體化的綜合性技術。 （ 2） 進一步提高變頻器的功率因素，降低網側和負載側的諧波，以減少對電網的污染和電動機的轉矩脈動。 變頻調速的主要類型 目前，應用較為廣泛的變頻調速系統(tǒng)主要有以下幾種： 所謂轉速開環(huán)變頻調速就是采用開環(huán)、恒壓頻比，并且?guī)У皖l電壓補償的控制方式。 設計任務及要求 本課題 主要是研究電壓型三相交流 SPWM 變頻技術的基本原理、實現方法及軟硬件設計，完成系統(tǒng)的軟硬件設計。 ② 電流匹 配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。電源裝置變頻調速的主裝置的主回路由充電接觸器、進線電抗器、充電電容、平波電容絹和 6組 SKIIP模塊組成。如果連續(xù)地改變供電電源的頻率就可以調節(jié)電動機的轉速，這就是變頻調速的工作原理。在變頻調速中，前者主要應用于 PWM 斬波（ DC－ DC 變換），后者主要應用于PWM 逆變（ DC－ AC 變換）。 PWM 控制技術 以其控制簡單 ,靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為 電力電子技術 最廣泛應用的控制方式 ,也是人們研究的熱點。 SPWM 法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的 PWM 法。但由于梯形波本身含有低次諧波，所以輸出波形中含有 5 次、 7 次等低次諧波?，F在把一個周期等分為 6 個區(qū)間，每區(qū)間60176。 該方法不僅能抑制較多的低次諧波，還可減小開關損耗和加寬線性控制區(qū)，同時還能帶來用微機控制的方便，但該方法只適用于異步電 動機，應用范圍較小。但是，這種方式電流響應不如滯環(huán)比較法快。磁通開環(huán)法用兩個非零矢量和一個零矢量合成一個等效的電壓矢量，若采樣時間足夠小，可合成任意電壓矢量。通過控 制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。單周控制在控制電路中不需要誤差綜合 ,它能在一個周期內自動消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會帶到下一周期。 圖 基于 8051 的變頻調速系統(tǒng)原理方框圖 系統(tǒng)的工作原理為 ： 電機的轉速由轉速傳感器轉換成矩形脈沖信號，經光電隔離 后進入單片機計數器，由計數器值獲得電機的實際轉速，與設定轉速比較，人機接口電路 光電隔離 相電流檢測測 轉速檢測 計算機 8051 整流電路 檢測電路 濾 波 電 路 逆變及驅動電路 M 經 FuzzyPID 控制 器調節(jié)后，單片機產生的 PWM 波經 6N137 線性光耦進行電氣隔離后作用于逆變模塊 IPM（ intelligent power module），實現電機的閉環(huán)變頻調速。采用實時計算法要有數學模型，其中一種較為常用的是采樣型 SPWM 法，它分為自然采樣法、對稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)則采樣法。每個捕捉 /比較模塊有自己的 I/O 線 CEXn，可通過配制交叉開關寄存器 （ XBR0） 將每個模塊的 I/O 線連接到端口 I/O；每個模塊都可配制為獨立工作，有四種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時器、高速輸出或脈寬調制器。在 SPWM 輸出程序中，對 PCA 特殊功能寄存器進行設置并啟動計數器運行，開始輸出 SPWM 波形。 圖 電壓型交 直 交變頻主電路 整流電路設計 采用三相橋式不可控整流電路將交流電整流為直流電，電路如圖 左半部分由 6 個二極管組成。電磁隔離 可分為 光 隔離驅動 和 電隔離兩 種方式 。如圖 所示。本來光電脈沖編碼器的 A、 B 輸出可以直接接到 TMS320F2407 的 QEP1， QEP2 上，但為了保護起見，還是加上光電隔 離電路，電路如圖 所示 。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。過壓、欠壓保護電路如圖 所示。由于 8051 芯片的 SPWM 的輸出電平范圍～ ，而 CMOS 的 輸入高、低電平的門限值分別為 、 ，因此當8051 芯片的 SPWM 口直接接 74LS04 反相器時，反相器無法正常工作。所 有按鍵經可編程邏輯器件 GAL16V8 處理后輸出四路信號，其中一路給了 8051 芯片 的外部中斷 1 引腳，當有按鍵按下時，將產生一個下降沿送給該引腳，告訴 8051 芯片 外部有一個按鍵按下，應對其進行相應的處理；其余三路信號給了 8051 芯片 的三個通用 I/O 口，通過編碼設定的方法給每一個按鍵分配一個獨立的代碼，以便于 8051 芯片 分辨用戶按下了哪個按鍵，不致于引起誤操作。 (2)INT0中斷程序該程序主要用于啟動定時器。 (4) 于修改 T1初始值的問題：變頻電源的頻率 f與 T1初始值 Xi的設定有重要的聯系 ， 因為變頻電源的頻率由壓力與給定壓力的信號差決定。 圖 顯示中斷程序 故障中斷服務程序 主電路的過流送至 8051 并發(fā)出信號，封鎖 HEF4752V 脈沖輸出，切斷主電路電源， 8051 通過 8255 的 PC4 得到故障記憶，并置相應的故障位為“ 1”，以便進行故障碼顯示。 單片機完成信息的讀取、運算、傳送和控制功能。 總結 本設計是基于 C8051 系列單片機控制的交流變頻調速系統(tǒng)的設計 ,主要介紹了變頻調速技術，脈寬調制技術、單片機程序設計等問題，這是一個非常實用的控制系統(tǒng)。通過畢業(yè)設計，進行工程知識和工程技能的綜合訓練，使學生一走上工作崗位就具有較強的應用生產現場正在使用和近期可能推廣使用的技術去解決工程實際問題的能力。通 過此次畢業(yè)設計，我學習了很多新知識、新方法、新觀點，更是對我 大學學習的一個很好的總結。 頻調速技術作為高新技術、基礎技術、和節(jié)能技術，已經滲透到經濟領域的所有技術部門中。把INT0()做為外部中斷源的請求信號 , 用于計數器的復位。將八路故障輸出信號送到 8031 的 P1口，讀入 P1 口的狀態(tài)于 A 中，并判 斷，判斷時采用了循環(huán)右移位，并設置標志位 8031 是低電平，移位后，判斷 CY 是否為零，若為零則有故障并同時計數，計數值為相對應的故障值，輸出字形碼給 8279 顯示相應的故障，直到八路故障顯示完后，在重新開始檢測。 圖 主程序框圖 初始化程序 初始化程序除完成 8051 的中斷源， 825 825初始化外，還需要對 8031片內 RAM 中的某些單元和 SLE4520 本身進行初始化為進行件故障檢測，設置故障位和故障計數器，初始化應清零，為實現可變斜率升降頻設置斜率寄存器，初始化時應放入最低斜率值， SLE4520 的初始化成對于保護系統(tǒng)完全可靠地啟動是開始 系統(tǒng) 初始化 啟動 A∕D轉換器 數字濾波 PID 運算 中斷 響應 允許 INT0 中斷 修改 T1 初值 運算結果等于給定值 必要的。 T0中斷程序該程序用于控制整流電路中可控硅晶閘管的移相角 α變化由于整流電路的整流輸出電壓 V0=(α≤60)， 所以改變 α可改變直流電壓的大小。 在軟件設計上，采取啟動 /運行雙循環(huán)檢測、控制方案；故障的檢測與保護主要是利用了中斷方式對連續(xù)故障與極限故障進行監(jiān)視；頻率控制的方法： ADC0809 將得到頻率設定的數字量輸送給 8051，則 8051 以該數量作為地址指針，對預先設置在內存儲器中的電壓頻率函數表進行查表，計算求出 8253 中 0通道和 1通道的分頻值，從中得到相應的時鐘頻率信號且通過 F/V 函數表的設置保證了輸出壓 /頻比為線性關系，為防止頻率突變對系統(tǒng)造成損壞， 8051 根據所設置的升降頻繁控制進行頻率變化，軟件規(guī)定：頻率穩(wěn)定后， 8253 的輸出狀態(tài)不變， 8051 只從事系統(tǒng)的檢測，保護和顯示等管理工作。通訊主要是指計算機 (PC)與 8051 芯片 的系統(tǒng)通信，主要用來傳遞各種指令和參數。根據所選IGBT 的規(guī)格和用戶對系統(tǒng)的性能要求，來設定過壓與欠壓的限值，然后選擇 R R R3 的阻值來獲得適當的采樣電壓信號，再經 T 型濾波器分別送入兩比較器的同相端和反相端。 整流電路輸出的直流電壓的脈動成分較大，此外逆變器部分產生的脈動電流及負載變化也使直流電壓脈動，因此要加入大電容濾波環(huán)節(jié)。這種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。 轉速檢測電路