【正文】 電源安全。正弦波輸出，可調(diào)輸出電壓及頻率的變頻電源為用電設(shè)備提供了所需要的交流電 。當(dāng)今的運動控制系統(tǒng)包含多 種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力 [1]。控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。 t1t2 T Z 圖 1 含有等脈寬載波的脈寬調(diào)制波形 如圖 1所示，每個脈沖寬度為 1 t ，相鄰脈沖的間隔為 2 t ， 1 t + 2 t =Tz （脈沖波周期）。通過控制電路，很容易實現(xiàn)對脈沖波的占空比和PWM頻率分別進(jìn)行調(diào)整。其中一種方法是將等寬的脈沖波變成寬度漸變的脈沖波，其寬度變化規(guī)律應(yīng)符合正弦變化規(guī)律，如圖 2所示。 SPWM的諧波成分大大減少，可以得到基本滿意的驅(qū)動效果。首先由同極性的三角波調(diào)制電壓 Δ u 與參考電壓 R u 比較（圖 3_a），產(chǎn)生單極性的 SPWM脈沖（圖 3_b）；然后將單極性的 SPWM脈沖信號與圖 3_c所示的倒相信號 l u 相乘，從而得到正負(fù)半波對稱的 SPWM脈沖信號 p u ，如圖 3_d所示。與單極性模式相比，雙極性 SPWM模式控制電路和主電路比較簡單，然而對比圖 3_d和圖 4_ b可看出，由于單極性 SPWM模式中沒有類似雙極性SPWM模式中與正負(fù)輸出電壓矩形脈沖相對應(yīng)的反相窄帶脈沖，因此單極性SPWM模式要比雙極性 SPWM模式輸出電壓中高次諧波分量小很多，這就是單極性模式的一個優(yōu)點。采用模擬電路元件實現(xiàn) SPWM控制的原理如圖 4，首先由模擬元件構(gòu)成的三角波和正弦波發(fā)生器分別產(chǎn)生三角載波信號 Δ u 和正弦參考信號R u ，然后送入電壓比較器，產(chǎn)生 SPWM脈沖序列。然而，這種方式的缺點是所需硬件較多，而且不夠靈活，改變參數(shù)和調(diào)試比較麻煩。其優(yōu)點是所需硬件少，靈活性好和智能性強。但是，隨著高速度、高精度的多功能處理器及 SPWM專用芯片的發(fā)展，采用微機控制的數(shù)字化 SPWM技術(shù)己經(jīng)占據(jù)了 PWM逆變器的主導(dǎo)地位。 其中逆變器是用來實現(xiàn) Dc— Ac變換的電力電子裝置。因此是一種電能變換裝置。理想的交流電源的特點是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波（無失真）。 變頻電源主要有二大種類：線性放大型和 PWM開關(guān)型 HY系列程控變頻電源，以微處理器為核心，以 MPWM方式制作 ,用主動元件 IGBT模塊設(shè)計，采用了數(shù)字分頻、 D/A轉(zhuǎn)換、瞬時值反饋、正弦脈寬調(diào)制等技術(shù) , 使單機容量可達(dá) 100kVA, 以隔離變壓器輸出來增加整機穩(wěn)定性 , 具有負(fù)載適應(yīng)性強、輸出波形品質(zhì)好、操作簡便、體積小、重量輕等特點，具有短路、過流、過載、過熱等保護(hù)功能，以保證電源可靠運行。器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲單元，可以滿足系統(tǒng)要求。功能強大 AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 全靜態(tài)操作： 0Hz—24MHz三級加密程序存儲器 2568字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個可變成 I/O口線 ， 3個 16位定時計數(shù)器 ， 8個中斷源 ， 可編程串行 UART通道 ， 低功耗空閑和掉電模式 。同時， AT89C52可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL邏輯門電路，對端口 P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 襄樊學(xué)院 wsb929 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 第 9 頁 在 Flash編程時， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。對端口 P1寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 ，此時可作輸入 口 。 與 AT89C51不同之處是， /計數(shù)器 2的外部技術(shù)輸入（ ）和輸入（ ）。 P2口： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻， 某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI指令）時， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 P3口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。對 P3口寫入 “1”時，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高可作為輸入端口。 P3口出了作為一般的 I/O線外，更重要的用途是它的第二功能，如下 ： 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外中斷 0） （外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 襄樊學(xué)院 wsb929 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 第 10 頁 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 此外， P3口還接收一些用于 Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 ， ， ， ：數(shù)碼管位選通口 。 RST：接復(fù)位電路 。 ： SA4828的片選 。 ：外部中斷 0 。此外，它還具備看門狗定時幅值獨立可調(diào)等功能。 SA4828工作原理 [12]: 來自單片 機的數(shù)據(jù)通過總線控制和譯碼進(jìn)入初始化寄存器或控制寄存器，它們對相控邏輯電路進(jìn)行控制。通過脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖，因為這樣的脈沖不起任何作用，只會增加開關(guān)管的損耗。 襄樊學(xué)院 wsb929 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 第 12 頁 5 變頻電源硬件電路設(shè)計 220v、 50HZ交流電經(jīng)整流濾波，變成直流電，通過逆變器將該直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率與負(fù)載 (或換能器 )諧振頻率一致的交變電壓。 其中逆變器是用來實現(xiàn) Dc— Ac 變換的電力電子裝置。因此是一種電能變換裝置。 為了提高通用性，系統(tǒng)選用 AC— DC— AC變換電路． DC— AC變換采用AT89C52單片機控制 SA4828芯片直接輸出 SPWM脈沖，從而使電路簡單、可靠、控制方便、體積?。孀冎麟娐凡捎脴蚴诫娐?，濾波后得到幅值和頻率可調(diào)的交流電壓穩(wěn)定輸出 [14]。 2)逆變電路選用 IGBT作為開關(guān)管組成橋式逆變電路。 整流電路用單相橋進(jìn)行整流，利用二極管 的單向?qū)щ娦?，?220 V交流電壓襄樊學(xué)院 wsb929 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 第 13 頁 變成直流，給逆變器提供直流母線電壓。在整流電路中輸出電壓是脈動的，另外，在逆變部分產(chǎn)生的脈動電流和負(fù)載變化也使得直流電壓產(chǎn)生脈動，為了將其中的交流成分盡可能的濾除掉，使之變成平滑的直流電，必須在其后加上一個低通濾波電路。 由于在交流輸入剛剛接通的一瞬間，輸入 220 V交流電壓經(jīng)整流后直接給直流電 容充電，而此時電容的端電壓為零，相當(dāng)于短路狀態(tài)，這樣會造成很大的充電電流，導(dǎo)致熔斷器和空氣開關(guān)動作，甚至?xí)p壞后級電路。在交流輸入電路中串聯(lián)一個合適的電阻，用以限制最大充電電流。 Sl～ s4組成逆變器。逆變器工作時， IGBT開關(guān)根據(jù)負(fù)載 (或換能器 )的諧振頻率進(jìn)行切換， s s4和 s S3分別組成兩組開關(guān)。當(dāng)逆變器工作頻率等于負(fù)載 (或換能器 )的諧振頻率時，電路輸出電壓為方波，輸出電流為正弦波。其開關(guān)損耗極小， du／ dt及 di／ dt應(yīng)力大為下降，與此相應(yīng)的電磁干擾可以消除。 SPWM 逆變器的設(shè)計 由于逆變開關(guān)管的開關(guān)時間要由載波與調(diào)制波的交點來決定。 不論哪一項發(fā)生變化時，都使得載波與調(diào)制波的交點發(fā)生變化。顯然，單片機的計算能力和速度不足以勝任這項任務(wù)。但即使這樣，單片機的負(fù)擔(dān)也很重。采用這樣的集成電路芯片，可以大大地減輕單片機的負(fù)擔(dān)，使單片機可以空出大量的機時用于檢測和監(jiān)控。 SA4828作為單片機的外設(shè)，通過對單片機編程，將 SPWM的初始化信息和控制信息寫入 SA4828的相關(guān)寄存器，即可產(chǎn)生精確全數(shù)字化的單相、三相 SPWM波形。 載波頻率 (開關(guān)頻率 )的選擇取決于所使用的功 率開關(guān)管器件，其設(shè)定公式為 ： ? ?1nC LKC A R R 2512 ??? ff 51 式中正 CLK為輸入時鐘頻率． n是分頻倍率系數(shù)，由一個 3位 CFS字決定．調(diào)制波頻率范圍確定電源的最大頻率，其設(shè)定公式為 ： ? ? 3 8 42 mC A R RR A N C E ?? ff 52 式中 m是倍率系數(shù)，由一個 3位的 FRS字決定．脈沖延時時間是為了防止直通而短路，其設(shè)定公式為 ： ? ? ? ?5 1 263 f C A R RP D YP D Y ??? nt 53 式中 nPDY的值由一個 6位的脈寬延時時間選擇字 PDY決定．為減少開關(guān)管頻繁開關(guān)引起的附加損耗，脈沖取消字設(shè)定公式為 ： ? ? ? ?512127 f C A R RP D YP D T ??? nt