【正文】 和頻率而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，與負載相一致，在轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。對于每一個控制對象，其產(chǎn)生的機械特性和性能要求是不同的，因此在設(shè)計變頻器時需考慮這些，做成專用的變頻器。圖4—9 AT89C51與ADC0809接口電路連接 存儲器EPROM2764和EEPROM2864的擴展技術(shù)EPROM2764和EEPROM2864是存儲器擴展芯片，其中EPROM2764為紫外線擦除存儲器，在本設(shè)計中可用來作為外部程序存儲器。 （2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。靜態(tài)顯示時，所有數(shù)碼管同時發(fā)亮，顯示字符清晰、穩(wěn)定，編程簡單，其缺點是需要的元件較多；動態(tài)顯示時，每一時刻只有一個LED發(fā)亮，多個LED按順序循環(huán)發(fā)亮，由于人的眼睛具有視覺暫留特性，只能分辨出時間大于40ms的變化，只要循環(huán)點亮數(shù)碼管一次的時間小于40ms，則可以給人所有LED都在發(fā)亮的感覺。當(dāng)有鍵閉合時，讀入的RL7—RL0不全為零，根椐RL7—RL0和SL2—SL0的狀態(tài)即可確定閉合鍵所在的位置。OUT A0～OUT A3：動態(tài)掃描顯示的輸出口（高四位）。 SL0～SL3：掃描按鍵開關(guān)或傳感器矩陣及顯示器，可以是編碼模式或解碼模式。A0=1時，讀取狀態(tài)標(biāo)志位或?qū)懭朊?；A0=0時，讀寫一般數(shù)據(jù)。另外，8279與單片機的接口簡單，顯示穩(wěn)定，工作可靠。因此，微機必須有一個輸出口與INHIBIT端相連，在接通電源后，微機將此輸出口置為高電平，封鎖輸出?？梢娝绤^(qū)時間決定于三個因素，即晶振頻率、可編程控制器的設(shè)置數(shù)值以及位移寄存器的設(shè)置數(shù)值(5)輸出級 在沒有死區(qū)時間的情況下，PHl/2的輸出信號與PHl/1的輸出信號是相反的；PH2/2的輸出信號與PH2/1的輸出信號是相反的；PH3/2的輸出信號與PH3/1的輸出信號也是相反的，均為低電平有效。一旦哪一相減1計數(shù)器減到零，則該相過零檢測器就發(fā)出信號，使該相輸出由高電平（無效）變?yōu)榈碗娖剑ㄓ行В?，形成一個脈沖。 ③CLK OUT(28腳)，為晶振頻率輸出端，接微機的時鐘信號輸入端，使微機系統(tǒng)的時鐘與SLE4520的時鐘保持同步。 ②RES(23腳)，為SLE4520的復(fù)位端，可與微機復(fù)位電路的輸出相連。 ③WR(24腳)，為來自微機的脈沖信號輸入端，與微機的WR相連。 SLE4520集成芯片產(chǎn)生三相SPWM波形的專用集成電路已有多種，近幾年來應(yīng)用較多的是HEF4752和SLE4520集成電路芯片，本系統(tǒng)使用的是SLE4520,現(xiàn)對SLE4520集成芯片作主要介紹。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。主電路中串聯(lián)的電阻R1在變頻器起動時限制起動電流。圖中速度指令與速度傳感器檢測到的實際速度相比較，速度誤差經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器給出了逆變器的電壓和頻率指令。實際控制系統(tǒng)中可對定子電流進行檢測，根據(jù)定子電流的大小來控制的增減，使得轉(zhuǎn)差頻率不至于過大。1. PWM電壓型逆變器轉(zhuǎn)速開環(huán)的V/f控制系統(tǒng)圖3—3所示為使用PWM電壓型逆變器的異步電機轉(zhuǎn)速開環(huán)V/f控制的框圖。 V/F曲線的選擇由模擬量進行頻率給定時，變頻器給定頻率與給定信號X之間的關(guān)系曲線,稱為頻率給定線。具體方法是，將載波頻率固定，而調(diào)制波頻率變化，這樣載波比就是變化的，所以稱為異步調(diào)制。于是就產(chǎn)生了方波。 6. 驅(qū)動電路驅(qū)動電路是中心控制單元和逆變電路之間的聯(lián)系紐帶。2. 中心控制單元中心控制單元是變頻器的核心器件，它通過輸入接口和通信接口取得外部控制信號，通過檢測電路取得電壓、電流、溫度等運行參數(shù)，根據(jù)設(shè)置的運行方式，進行恒壓頻比控制、矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，將控制命令傳送給PWM專用集成電路，通過驅(qū)動電路，觸發(fā)逆變器工作。逆變電路開關(guān)器件通斷的頻率很高，往往達到幾KHz甚至數(shù)十KHz。制動電路可由制動電阻或斬波制動單元構(gòu)成，圖2—11為制動電路的原理圖。為了得到所需的耐壓值和容量，往往需要根據(jù)變頻器容量的要求，將電容進行串并聯(lián)使用。供逆變電路使用，整流電路在變頻器當(dāng)中有不可控整流電路和可控整流電路兩種。正弦脈寬調(diào)制SPWM是現(xiàn)在變頻器普遍使用的控制技術(shù)。一般由單片機系統(tǒng)板或?qū)Ｓ糜嬎銠C系統(tǒng)和驅(qū)動電路組成，屬于弱電部分。變頻器使用時，通過控制端子實現(xiàn)控制功能。大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150%IN、60s或180%IN、。 通用變頻器中出現(xiàn)專用家族是近年來的事。由于脈寬調(diào)制PWM（Pulse Width Modulation）可以同時實現(xiàn)變頻變壓的特點，因此在交流傳動乃至其他能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。它是1972年德國伯拉斯切克（）等人首先提出，以直流電動機和交流電動機比較的方法闡述了這一原理，由此開創(chuàng)了交流電動機和等效直流電動機控制的先河。變頻器不僅在工業(yè)的各行業(yè)廣泛應(yīng)用，就連家庭也逐漸成為通用變頻器的應(yīng)用場所。交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、易維護、高性價比等諸多優(yōu)點，被普遍認為是最有前途的調(diào)速方式。此外，由于輸出波形由方波改進為PWM波，減少了低次諧波，從而解決了電動機在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動問題，也降低了電動機的諧波損耗和噪聲。以微處理器為核心的數(shù)字控制已經(jīng)成為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的主要特征之一。2. 脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能，為交流調(diào)速技術(shù)的普及發(fā)揮了重大作用。從此，交流調(diào)速理論及應(yīng)用技術(shù)得到了較快的發(fā)展，大致體現(xiàn)在以下幾個方面。③ 在易燃 、易爆、多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場合更不宜使用直流電動機。以交流電動機作為控制對象的電力傳動自動控制系統(tǒng)稱之為交流調(diào)速系統(tǒng)。為了解決這個問題,可以利用SLE4520這塊集成芯片,來生成滿足要求的SPWM波。在變頻調(diào)速中關(guān)鍵的一項就是控制端SPWM波的產(chǎn)生,它不僅要求電壓和頻率變化呈線性關(guān)系,而且要求輸出波形盡可能接近于正弦波,特別是對于一些性能指標(biāo)要求較高的全控型開關(guān)器件如IGBT等,其開關(guān)頻率很高,因此就要求SPWM波發(fā)生器要達到一定的開關(guān)頻率,基波頻率也要求相對較高。以直流電動機作為控制對象的電力傳動自動控制系統(tǒng)稱之為直流調(diào)速系統(tǒng)。② 機械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換，使得直流調(diào)速系統(tǒng)維修工作量大，維修費用高，也直接影響設(shè)備正常的生產(chǎn)。尤其是20世紀(jì)70年代以后，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。如:高壓IGBT、IGCT、IEGT、SGCT等。微機控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的應(yīng)用提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和操作、設(shè)置的多樣性和靈活性，降低了變頻調(diào)速裝置的成本和體積。SPWM變頻器調(diào)壓調(diào)頻一次完成，整流器無需控制，簡化了電路結(jié)構(gòu)，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了輸入端的功率因數(shù)，減小了高次諧波對電網(wǎng)的影響。2 變頻器應(yīng)用電路 變頻器的發(fā)展動向及技術(shù)指標(biāo)變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，主要應(yīng)用于交流電動機的調(diào)速。變頻器的發(fā)展情況可以從以下幾個方面來說明。 第二階段：矢量控制，也稱磁場定向控制。自從1991年INTEL公司推出8196MC系列以來，專門用于電動機控制的芯片在品種、速度、功能、性價比等方面都有很大的發(fā)展。小功率變頻器應(yīng)當(dāng)像接觸器、軟啟動器等電器元件一樣使用簡單、安裝方便、工作安全可靠。A） SN與UN和IN的關(guān)系為SN=UNIN（4）配用電動機容量PN（KW）（5）過載能力 變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。變頻器通常設(shè)置有多個控制端子，其電路形式和PLC差不多。控制電路的功能是接收控制命令，如起停、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速給定等，輸出控制信號到主電路，控制功率器件工作。交流電動機調(diào)速時要通過改變其輸入的交流電源頻率來進行，在改變頻率的同時，電源電壓也要同時改變，二者要協(xié)調(diào)一致。 圖2—3 圖2—4 圖2—5 單極控制方式 圖2—6 雙極控制方式2. 整流電路整流電路的功能是將交流轉(zhuǎn)換為直流。1）電容濾波：由于電容量比較大，所以常采用電解電容。圖2—10 電流型變頻器的主電路框圖（2）制動電路 利用設(shè)置在直流回路中的制動電阻吸收電動機的再生電能的方式稱為斬波制動或再生制動。這就要用SPWM的方法來控制逆變電路開關(guān)的通斷。4）模擬量輸出接口向外部提供變頻器的工作頻率、電機電流等信息。一般的變頻器為交直交電壓型，其濾波電容比較大，存有較多的電能，能夠在變頻器斷電后維持一段時間的電壓，這個特點對于控制電路很有用處，在突然停電時，中心控制單元可以利用電容存儲的電能完成停機的處理工作。圖中比較器的A端輸入正弦交流信號（前面講的調(diào)制波）；B端輸入三角波信號（如前所述的載波）；經(jīng)過比較器比較由采樣法則得出當(dāng)A＞B時輸出高電平的信號,如果A＜B,則輸出為低電平信號。1)異步調(diào)制：載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。由于異步電動機定子每相電壓為： （3—2）:定子相電壓 ：定子相電勢 :每相繞組匝數(shù) ：基本繞組系數(shù) :每極氣隙磁通當(dāng)定子電壓不變時，改變則勢必要發(fā)生變化，如果過大，會使磁路飽和，導(dǎo)致過大的勵磁電流，所以降低時必須同時降低，使得保持不變，這就是所謂的恒轉(zhuǎn)矩控制：即 =恒量，也就是通常說的恒磁通控制，又稱恒壓頻比控制方式。以下介紹兩個控制系統(tǒng)來說明v/f控制的系統(tǒng)構(gòu)成和原理。由于是轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制，因此在加速或減速的過程中不可使增減過快，因為轉(zhuǎn)差頻率WS1超過了最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率有可能造成失速。圖3—5為一個使用PWM電壓型逆變器的轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒壓頻比控制框圖。逆變部分采用三相橋式電路，在中小功率的變頻器電路中采用IGBT作為主要電力電子開關(guān)，逆變部分是主電路的核心和關(guān)鍵，為了保護6個電力電子開關(guān)IGBT，在每個IGBT兩端并聯(lián)RCD阻容吸收電路，考慮到變頻器的負載是電動機，因此在每個IGBT兩端并聯(lián)一個電力二極管續(xù)流，為了將電動機回饋制動的能量消耗而保護逆變電路的6個IGBT，在中間環(huán)節(jié)設(shè)計了泵升電壓泄放電路。 AT89C51單片機圖4—2如圖4—2所示，為AT89C51單片機引腳圖，管腳介紹如下UCC：供電電壓 GND：接地 RST: 復(fù)位電路接口 XTAL:晶振接口P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。其功能是將微機輸出的命令或數(shù)據(jù)送入SLE4520。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信號輸出端。 ②STATUS（20腳），為通斷狀態(tài)觸發(fā)器的輸出端，可接一個指示器，以指示SLE4520的狀態(tài)是在輸出驅(qū)動變頻器狀態(tài)還是在封鎖輸出狀態(tài)。在SYNC端輸入觸發(fā)脈沖信號后，三相的脈寬數(shù)據(jù)同步地裝入減法寄存器，并開始進行減1計算。延遲時鐘分頻比率只有兩種，或者是1:4，或者是1:6。這是因為只有晶振輸出已建立，并且在初始化程序執(zhí)行后，才能有正確的脈寬調(diào)制脈沖輸出。8279可以實現(xiàn)對鍵盤和顯示器的自動掃描，識別閉合鍵的鍵號，完成顯示器動態(tài)顯示，可以節(jié)省CPU處理鍵盤和顯示器的時間，提高CPU的工作效率。A0：區(qū)分信息的特征位。在傳感器工作方式中，傳感器矩陣無論哪里發(fā)生變化都會使IRQ為“1”。在選通輸入方式時，該信號的上升沿可把來自RL0∽RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO/RAM中；在傳感器方式下，該信號無效。16個按鍵接成矩陣形式，由RL7—RL0組成行線，外部譯碼器74LS138的輸出Y0和Y1組成列線（或掃描線）。兩種類型的LED顯示器各筆劃（段）的安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時相應(yīng)的筆劃發(fā)光（發(fā)亮），由發(fā)亮的筆劃組合顯示各種字符。8段共陰LED的段碼如表2所示表2 8段共陰極LED段碼（2） LED顯示器的顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種?！　OC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。ADC0809應(yīng)用說明 ：（1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51單片機直接相連。ADC0809的8位數(shù)據(jù)輸出具有輸出三態(tài)鎖存器功能，可直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 以速度為控制對象的變頻器調(diào)速電動機傳動的生產(chǎn)機械的控制對象中，有速度、位置、張力、流量、溫度、壓力等。輸入某一值的給定信號（頻率），變頻器就以在加減速時間給定的回路中所確定的時間特性控制U/f模式，向電動機輸出電壓和頻率。常用的速度傳感器有DCPG、ACPG、PLG。將SLE4520的RES(腳23)與單片機的給電復(fù)位電路的輸出相連,保證開機時以相同的狀態(tài)開始工作。2. 控制算法及軟件技術(shù)SLE4520把微機送來的三路8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成三路脈寬調(diào)制信號輸出。有一相過零。因為這樣既可以提高開關(guān)頻率,改善波形,又可以減少計算新脈沖寬度的數(shù)量,節(jié)省計算機計算時間。因此,脈沖周期T即為定時器T0的定時計數(shù)脈沖數(shù)。某一頻率有S個區(qū)段,就有S個相應(yīng)的函數(shù)值,可將S個函數(shù)值作一表格存入EPROM中每一頻率段有相應(yīng)的S值,本設(shè)計中,在頻率的變化范圍內(nèi),有六個不同的S取值,因此可作得六張函數(shù)表,存入EPROM中,以備查用。圖5—3 SPWM脈沖生成軟件流程圖 8279通用鍵盤和顯示電路軟件設(shè)計8279的編程可分為初始化、向顯示RAM中寫入數(shù)據(jù)和讀鍵盤數(shù)據(jù)三部分。例如：假定CLK為2MHz，為取得100kHz的內(nèi)部時鐘信號，則分頻系數(shù)=2MHz/100kHz=20，應(yīng)使D4D3D2D1D0=10100B，即十進制數(shù)