【正文】 術(shù)，研究用 8031 實(shí)現(xiàn)的方法，并確定由 8031單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)控制系統(tǒng)程序流程，畫出主程序和中斷服務(wù)程序流程圖； （ 6） 編制、調(diào)試主程序和中斷服務(wù)程序； （ 7） 應(yīng)用 AUTOCAD和 SCH繪制硬件電路和程序流程圖； ４ （ 8） 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 ３ 設(shè)計課題介紹 采用 SLE4520集成電路的三相 SPWM異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。 主回路 由三相橋整流后，接入 IPM 的 P， N 兩端，整個部分包括濾波電容，電源指示及整流變壓器，三相異步電機(jī)接在 IPM 的產(chǎn) U， V， W 三腳輸出端。 功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，微電子技術(shù)和微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為交流傳動系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了有利的條件。 交流電機(jī)無換向片，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、易于維修、工作可靠，且能在惡劣的環(huán)境下工作。 由于本人知識水平的限制，更兼時間倉促，設(shè)計中出現(xiàn)的錯誤及漏洞，敬請批評指正。 T0 的中斷服務(wù)程序首先是保護(hù)現(xiàn)場，送 T0 初值，然后 T0 定時啟 ,交數(shù)送向SLE4520， 判斷有沒有算完，若算完則取新的 Tw 值，沒算完則取原來的 Tw，恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。 SLE4520 是全數(shù)字化的三相 SPWM 波生成集成電路。 近年來，由于微電子技術(shù)，微機(jī)技術(shù)和自關(guān)斷功率開關(guān)器件的進(jìn)步，使得變頻調(diào)速中的核心技術(shù) — －脈沖寬度調(diào)制技術(shù)和矢量控制技術(shù)已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用。 如利用單片機(jī)和 SLE4520集成電路的三相 SPWM異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，是 一個典型的調(diào)速系統(tǒng)。 由變頻器供電的調(diào)速系統(tǒng)是一個快速系統(tǒng)，在使用數(shù)字控制時要求的采樣頻率較高，通常高于 1KHZ，常需要完成復(fù)雜的操作控制，數(shù)字運(yùn)算和邏輯判斷，所以要求單片機(jī)具有 較大的存儲容量和較強(qiáng)的實(shí)時處理能力。 單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個逆變 器中，只有一個器 件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷地工作，另一個完全截止；而在另半個周期內(nèi)，兩個器件的工作情況正好相反，流經(jīng)負(fù)載 ZL的便是正負(fù)交替的交變電流。 為克服上述缺點(diǎn)，通常都采用分段同頻調(diào)制的方法，即把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個頻段，每個段內(nèi)都保持載波比 N為恒定，不同頻段的載波比不同，在輸出頻率的高頻段采用較低的載波比，以使載波 F不致過高，在功率開關(guān)器件所允許的頻率范圍內(nèi)，在輸出頻率的低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對負(fù)載產(chǎn)生不利影響，各頻率的載波比都取 3的倍數(shù)且為奇數(shù)。如圖所示，三角波的尖峰時刻 TD對正弦調(diào)制采樣而得到 D點(diǎn)，過 D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于 A、 B兩點(diǎn)，在 A點(diǎn)的時刻 TA和 B點(diǎn)的時刻 TB控制功率開關(guān)器件的通斷，可以看出，用這種規(guī)則采樣法所得到的脈沖寬度δ和用自然采樣法所得到的脈沖寬度非常接近。然 １１ 而，只調(diào)節(jié) F１是不行的，因為 E1＝ m≈ U1 當(dāng)定子電壓 U1不變時，Φ m與 F1成反比， F1的升高或降低，會導(dǎo)致磁通Φ m的減小或增大，從而使電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩減小，嚴(yán)重時將導(dǎo)致電動機(jī)堵轉(zhuǎn)，或者使磁路飽和，鐵耗急聚增加。隨著頻率的升高，氣隙磁通會小于額定磁通，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小，但頻率升高，速度增加，由 P=Tn/975可知，當(dāng) T減小的倍數(shù)和 n增加的倍數(shù)相等時， P維持不變，故稱這種方式為恒功率控制方式，不過 T和 n不是嚴(yán)格的等比例增減，所以這只能說是一種近似的恒功率控制方式。 三 . 控制方式的選擇 為了使異步電動機(jī)變頻調(diào)速取得最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果，不同類型的負(fù)載根據(jù)具體要求應(yīng)選擇不同的控制方式，控制方式應(yīng)滿足的條件是： （ 1） 電動機(jī)的過載能力不低于額定值，以防堵轉(zhuǎn)。 (1) 轉(zhuǎn)速平方型負(fù)載： 這類負(fù)載的性質(zhì)是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的平方成正比。采用恒磁通控制方式，顯然可使電動機(jī)鐵心獲得充分利用，另外，恒功率負(fù)載隨著轉(zhuǎn)速的增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，電流也隨之減小，電流和轉(zhuǎn)速成反比。 在額定頻率以上，負(fù)載皆為恒功率負(fù)載，一般采用恒壓控制方式（即近似恒功率控制方式）。通過矢量變換控制，能使交流電動機(jī)和直流電動機(jī)一樣的調(diào)速性能。通過控制 IGBT的 通斷和截止，從而使電機(jī)得電，開始起動。 １８ 圖5－2 　交－直－交變頻的工作原理圖L 變頻電源的選擇 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的負(fù)載通常是異步電動機(jī)，無論它處于電動還是發(fā)電狀態(tài)，功率因數(shù)都不會等于 1。因此，整流元件 D1與 D4受 URS正向陽極電壓作用而串聯(lián)導(dǎo)通，其通路為： A－ VD1－ VD4－ B，其它整流元件受反向電壓作用而不導(dǎo)通，整流輸出電壓為線電壓 URS，在 WT2－ WT3范圍內(nèi)， R相仍然為最大值，而 T相電壓變?yōu)樨?fù)相最大值，線電壓 ２０ UR7最大，因此，整流元件 VD1與 VD6串聯(lián)導(dǎo)通，其通路為： A－ VD1－ RFZ－ D6－ C，其它整流元件受反向電壓作用不導(dǎo)通，整流輸出電壓為線電壓 URT同理，在 各期間內(nèi)整流元件導(dǎo)通情況歸納如下： WT1－ WT2 URS最大 VD1與 VD4導(dǎo)通 WT2－ WT3 URT最大 VD1與 VD6導(dǎo)通 WT3－ WT4 UST最大 VD3與 VD6導(dǎo)通 WT4－ WT5 USR最大 VD3與 VD2導(dǎo)通 WT5－ WT6 UTR最大 VD5與 VD2導(dǎo)通 WT6－ WT7 UTS最大 VD5與 VD4導(dǎo)通 在整流的 WT1－ WT2其間，由上圖可知，二極管 VD1與 VD4 導(dǎo)通，而 VD2不導(dǎo)通，承受反向電壓，此時 VD2的陰極接在 A點(diǎn)， VD2的陽極通過 VD4接到 B點(diǎn)，在 VD4正向?qū)〞r，內(nèi)壓降很小，所以加在 VD2上的反向電壓基本上等于 R，S 間的電壓 URS，同理分析出其他范圍內(nèi)不導(dǎo)通元件承受的反缶壓降均為兩相間的線電壓，其反向峰值電壓為： UDMAX＝ UUMAX＝ 取 UDMAX＝ 540V 但是從富士公司 R系列 IPM的資料及我們選用的 IPM來看， *220*=618V的UDMAX對于 6MBP015RA060來說是太大了，因為其最高主電壓不能超過 400V，但是考慮到我們所做的系統(tǒng)容量并不大，為節(jié)約成本（ 600V 與 1200V 的 IPM 從價格上來說是差 得比較大的，且 1200V 檔的無容量很小的模塊――最小的也是 75A 級的，這樣價格就差得更大了，且 75A的用在我們的設(shè)計中無疑是非常浪費(fèi)的），故采用單相橋式整流電路。反之，如給門極施加反向門極電壓，溝道消失，流過反向基極電流，使 IGBT關(guān)斷。 目前小容量變頻器中較常用以 IGBT 為主開關(guān)器件的 IPM，如日本三菱公司的 IPM模塊。 誤導(dǎo)通防止 關(guān)斷時，由于設(shè)計為低阻抗接地方式，防止因噪聲等使 VGE 升高而產(chǎn)生的誤導(dǎo)通。 動作延遲時間（保護(hù)不動 作時間） 如電流超越 Ioc 的持續(xù)時間不到 tDOC則保護(hù)動作不起作用，因此瞬間過電流及噪聲不會導(dǎo)致誤動作。 ２５ 6. 管芯溫度過熱保護(hù)功能（ TjOH） 采用與 IGBT 管芯在一起的測溫元件檢測 IGBT 管 芯溫度，當(dāng)檢出溫度超越保護(hù)溫度值（ TjOH）持續(xù)一段時間（約 1ms） 后， TjOH過熱保護(hù)動作。經(jīng)過 2ms的閉鎖期后，如輸入信號為 OFF，則保護(hù)動作解除。（管殼溫度 過 熱保護(hù) TCOH ）。 ② 光耦與 IPM間布線 為使光耦和 IPM 控制端子間布線阻抗最小，布線應(yīng)最短；由于初，次級間常加有大的dv/dt，初，次級的布線不要 太靠近，以減少其間的耦合電容。 2．注意事項 控制電源 如圖 7， 8 所示，控制電源必須是上橋臂側(cè) 3 組 ，下橋臂側(cè) 1組，總計 4 組獨(dú)立電源。 此外，由于從 10μ F 及 F 電容到控制電路的線路阻抗可能引起過渡過程，應(yīng)盡可能靠近 IPM端子安裝。制動動作電壓 : 600V 系列 400V 以下 1200V系列 800V以下。 來自裝置外的噪聲 VUV+VH~~VUV 控制電路能正常工作，但由于驅(qū)動電壓不足使損耗增大，另外，由于保護(hù)特性的偏移，保護(hù)不充分，可能導(dǎo)致破壞。 制作控制電源時，應(yīng)盡量降低紋波電壓，另外，還要使電源的附加噪聲降到最小。由于 IPM 的保護(hù)動作能自動復(fù)位，僅靠 IPM 的保護(hù)動作是不能保護(hù) IPM 和機(jī)器的，應(yīng)在排除故障后再啟動。 但過大的電流通過上臂時， IGBT 軟關(guān)斷，無報警輸出。 FWD 的過電流 OC， SC 保護(hù)功能是以檢測到的 IGBT集極電流而動作的，但并不檢測 FWD 的陽極電流，因而對 FWD的 異常電流沒法保護(hù)。穩(wěn)壓電源如圖 5－ 11所示。 T0計數(shù)到后才開始中斷， 8031給 T0重新置初值，并逐相把脈沖寬度送入 SLE4520的減法計數(shù)器中，然后開放 SLE4520中， SLE4520里面的計數(shù)器開始計數(shù)，單片機(jī)重新去采樣給定轉(zhuǎn)速，如給定轉(zhuǎn)速沒有變化，則重新開始計算，又開始重復(fù)前面的過程。 1). XTAL1（ 2 腳）、 XTAL2（ 3 腳），為外接晶振輸入端，可外接 12MHZ 晶，為SLE4520內(nèi)部各單元電路提供一個外接參考時鐘。清零端有效則開通 SLE4520 的 SPWM 信號輸出端；置位 端有效則關(guān)斷 SPWM 信號LWBMUMD 。 3． 8個輸出端 1). PH1/1（ 18 腳）、 PH1/2（ 17 腳）， PH2/1（ 16 腳）、 PH2/2（ 14 腳）， PH3/1（ 13腳）、 PH3/2（ 12腳），為別為逆變器 U、 V、 W三相上、下橋臂開關(guān)器件的控制信號輸出端，接三相逆變器驅(qū)動電路的輸入端，提供驅(qū)動三相逆變器的SPWM信號。該端為高電平時，使 SLE4520內(nèi)部各狀態(tài)鎖存器、計數(shù)器等復(fù)位，保證開機(jī)時從相同狀態(tài)開始工作。其功能是將微機(jī)輸出的命令或數(shù)據(jù)送入 SLE4520 3). WR非（ 24腳），為來自微機(jī)的地址鎖存允許脈沖信號輸入端，與微 機(jī)的 ALE相連。 由于 變流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制較困難，但是在本設(shè)計中對轉(zhuǎn)速的精度要求并不是很高，采用開環(huán)控制就可達(dá)到控制要求，故本設(shè)計采用的是開環(huán)控制，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 其中整流二極管可采用 ZCZ54B 型，其最高反向峰值電壓為 50V，額定正向電流為，正向壓降為≤ 。 當(dāng) 1~2 個 IGBT 的電流集中過流時，管芯溫度急劇上升，但管殼溫度沒能達(dá)到保護(hù)值TcOH 。 一般來說， AC 輸入相位 10ms后反相，短路電流將在下臂流動，此時將有報警信號輸出。 2) 負(fù)載短路 當(dāng)馬達(dá)短路或 IPM 輸出短路時，由 SC 保護(hù)動作，限制 Ic峰值，不會有過大的電流流過，經(jīng) tDOC 后如短路依舊，則 IGBT 軟關(guān)斷，如為下臂側(cè)，則報警輸出。 電源上電，停電時的報警 控制電源上電時，低于 VUV+VH 時報警輸出。 ２９ IPM正常工作范圍。在每相的輸入信號與地 (GND)間加 1000pF的吸收電容 . 裝置內(nèi)部的噪聲 變頻器主電源保護(hù)動作電壓 400V 以下 ,包括保護(hù)動作延遲時間內(nèi)的上升應(yīng)在 450V 以內(nèi) .(1200V系列分別為 800V,900V 以下 )。 信號輸入端子的上拉連接 控制輸入應(yīng)接 20KΩ的上拉電阻連于 Vcc，另外，在內(nèi)置制動單元的 IPM中，當(dāng)不使用 ２８ 制動時，也應(yīng)將 DB輸入端 子接 20KΩ的上拉電阻連于 Vcc，否則， dv/dt可能引起誤動作。 若將輸出側(cè)的 GND 接成輸出的 +或 — 端，電源輸入端的接地端互連，可能出現(xiàn)誤動作。 100%lt。 與 TCOH相比， TjOH對于 IGBT 管芯異常發(fā)熱的保護(hù)動作時間更短。 驅(qū)動電路 IGBT 間的連線縮短，驅(qū)動回路的阻抗變低，所以無須反向偏置電源。 OH滯環(huán)為防止產(chǎn)生振蕩 TjOH也設(shè)置了滯環(huán) TjH， TjOH 動作 2ms 后，管芯溫度 Tj下降到 TjOHTjH后，保護(hù)動作解除。 4. 控制電壓低下保護(hù)功能（ UV） UV 保護(hù)功能，當(dāng)控制電源電壓 Vcc下降到 VUV 時，如輸入信號為 ON，則 IGBT 軟關(guān)斷。但是，如在不到 tDOC的時間內(nèi)，電流已下降到 Ioc 以下時；或在 tDOC時間內(nèi)有 OFF 關(guān)斷信號輸入時， OC 保護(hù)功能就不動作。 IPM的結(jié)構(gòu)： 以富士公司 R 系列 IPM為例，介紹其結(jié)構(gòu)及功能： 6MBP015RA060 智能電力模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖所示 過熱保護(hù)電路富士R系 列IP M內(nèi)部 結(jié)構(gòu)圖 IPM的端子功能 ２３ 端子標(biāo)號 內(nèi) 容 P 變頻器的整流變換平滑濾波后的主電源 VD的輸入端子 P： +端 N： 端 N B 制動輸出端子：減速時再生制動電阻電流的輸出端子。而且還具有不用緩沖電路，開關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。 一般情況下，濾波電容 C越大，放電時間常數(shù) RFC就越大，脈動成分就越小，但也不能將 C 取太大，這容易導(dǎo)致調(diào)速動態(tài)響應(yīng)變慢