基于80c51單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-01-13 03:59本頁面
【正文】 5 圖 1 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)總流程圖 第 3 章 主電路設(shè)計(jì) 主電路功能說明 主電路為 AC/DC/AC 逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。 二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，電?R1 為起動(dòng)限流電阻，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形，可以用來觀察波形。可逆 PWM 變換器主電路系采用 IGBT 所構(gòu)成的， IGBT (V V V V V V6）和六個(gè)續(xù)流二極管（ VD VD VD VD VD VD6）組成的雙極式 PWM 可逆變換器。 平波回路 隔離保護(hù) HEF4752 波形控制電路 電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制電路 檢測(cè)電路 保 護(hù) 電 路 整流電路 逆變電路 驅(qū)動(dòng)電路 M 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 6 主電路設(shè)計(jì) 本課題中的整流器是使用六個(gè)二極管組成，如圖 2 所示，它把工頻電源變換為直流電源。 在整流器整流后的直流電壓中，含有 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。在濾波電容選擇時(shí)， 1C 一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取 2020 F? 以上 . 逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。 主電路 第 4 章 控制電路設(shè)計(jì) 主電路采用了交 — 直 — 交變頻器，工作原理即：先將工頻交流電源通過整流器變換成直流電，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電，由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直溜環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式變頻器。如下：圖 2 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 7 圖 2 交 直 交變頻電源 整流部分原理圖如圖 3，其中 A， B， C是交流電輸入端，接有熔絲，當(dāng)出現(xiàn)電流過大時(shí)熔絲會(huì)自動(dòng)熔斷，起到保護(hù)整個(gè)電路的作用，在整流電路入口還接有電容和電阻，能夠起到抗干擾的作用，使得系統(tǒng)的性能更加的穩(wěn)定。20V左右，因此驅(qū)動(dòng)電路輸出端要給柵極加電壓保護(hù)，通常的做法是在柵極并聯(lián)穩(wěn)壓二極管或者電阻。 ② 盡管 IGBT所需驅(qū)動(dòng)功率很小，但由于 MOSFET存在輸入電容 Cin，開關(guān)過程中需要對(duì)電容充放電，因此驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流應(yīng)足夠大。 ③ 為可靠關(guān)閉 IGBT， 防止擎住現(xiàn)象，要給柵極加一負(fù)偏壓，因此最好采用雙電源供電。日本富士公司的 EXB系列集成電路、法國湯姆森公司的 UA4002集成電路等應(yīng)用都很廣泛。控制電路由以下電路，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測(cè)回路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)回路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大隔離的“驅(qū)動(dòng)電 路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。 SPWM 波形產(chǎn)生電路 HEF4752 芯片介紹 HEF4752簡(jiǎn)介 HEF4752是采用 LOCMOS工藝制造的大規(guī)模集成電路，專門用來產(chǎn)生三相 PWM信號(hào)。 的互補(bǔ) SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器； 2）采用數(shù)控方式不僅能提高系統(tǒng)控制精度，也易于與微機(jī)聯(lián)機(jī)； 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 9 3）采用多載波 比自動(dòng)切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級(jí)地自動(dòng)增加載波比，從而抑制低頻輸出時(shí)因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。 4）為防止逆變器上下橋臂器件直通，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔，間隔時(shí)間連續(xù)可調(diào)。其外部管腳排列如圖 1 所示。 輸入功能 1）輸入 I 用來決定逆變器驅(qū)動(dòng)輸出模式的選擇，當(dāng) I為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶體管，當(dāng) I 為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶閘管 圖 HEF4752 引腳圖 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 10 2）輸入控制信號(hào) K 和時(shí)鐘輸入 OCT 共同決定逆變器每對(duì)輸出信號(hào)的互鎖推遲間隔時(shí)間； 3）相序輸入 CW 用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。 L 為高電平時(shí)解除封鎖。工作時(shí)必須接到 Vss（低電平）。電壓控制時(shí)鐘（ VCT）控制 PWM 信號(hào)的基波電壓幅值，使輸出電壓自動(dòng)地正比于其輸出頻率，在給定的輸出頻率下，平均逆變輸出電壓的幅度由 fVCT 控制。 輸出功能 1）逆變驅(qū)動(dòng)輸出 HEF4752 有六個(gè)主驅(qū)動(dòng)輸出組成三個(gè)互補(bǔ)對(duì)，還有和每一主輸出相關(guān)聯(lián)的輔助輸出。圖中假定載波在一個(gè)周期內(nèi)有 9 個(gè)脈沖（這個(gè)脈沖數(shù)被稱為頻率比），載波脈沖的兩個(gè)邊沿都用一個(gè)可變的時(shí)間間隔量 δ 加以調(diào)制，而且使 δ∝ sinθ（ θ 為未被調(diào)制時(shí)載波脈沖邊沿所處的時(shí)間，或稱角相位）。三相輸出的調(diào)制脈沖波相位互差 120176。圖 3 中的 VRY是 R相和 Y 相間的線電壓波形。顯然，頻率比N 的值越大，線電壓平均值的波形就越接近正弦波，而良好的正弦波輸出，正是交流電機(jī)所要求的。 輸出電壓模擬信號(hào) VAV 為一數(shù)字信號(hào)，它模擬逆變器輸出線電壓的平均值。逆變器開關(guān)輸出 CSP 是一脈沖串，不受 L 狀態(tài)的影響，其頻率為逆變器開關(guān)頻率的 2 倍，其中每一脈沖的下降沿發(fā)生在主輸出的零調(diào)制點(diǎn)。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8個(gè)單斷模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)由 MCS5 825 HEF4752 及其它支持芯片組成，如圖所示： 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 13 系統(tǒng)中 HEF4752 所需的頻率控制時(shí)鐘 f 由 8253 的通道 2 提供， 該通道的分頻系數(shù)取固定值，通道 2 的時(shí)鐘信號(hào) f 由比例乘法器提供，比例乘法器由兩只 MC14527 串聯(lián)構(gòu)成，它的數(shù)據(jù)輸入 D0~D7 由 MCS51 的 PB0~PB7 提供。8253 的通道 1 提供 VCT 時(shí)鐘信號(hào)，分頻系數(shù)由 P0 口寫入8253， RCT、 OCT 時(shí)鐘脈沖直接使用系統(tǒng)時(shí)鐘Φ經(jīng) 8253 的 0 通道分頻產(chǎn)生。 SPWM 波形產(chǎn)生 技術(shù)原理 SPWM 技術(shù)的基本原理是利用一個(gè)三角波載波和一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，得到一個(gè)寬度 按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，用它們來驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管的開關(guān)轉(zhuǎn)換。 采用實(shí)時(shí)計(jì)算法要有數(shù)學(xué)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(duì)稱規(guī)則采樣法和不對(duì)稱規(guī)則采樣法。圖 4 是典型的單 極性對(duì)稱規(guī)則采樣法，它只在三角波的峰值時(shí)刻采樣正弦調(diào)制波并將采樣值保持，分別 取保持值和三角波FLT CLK FCT 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 14 交點(diǎn)作為脈沖寬度時(shí)間。根據(jù)三角形相似關(guān)系，得到
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