【正文】 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(lái)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器開(kāi)關(guān)管的開(kāi)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 所以 其中， M=Uc/Ur 為調(diào)制比， t 為采樣點(diǎn)（這里為頂點(diǎn)采樣）的時(shí)刻。對(duì)于圖 1 情況有 t=kTS+θ ，其中 k=0，1， 2，?， N1，θ =180/N 度。 圖 8 為 SPWM 波形生成原理圖。設(shè)定字由 CFS0～ CFS2這 3位組成。式中 CLKf 為時(shí)鐘頻率， n值的二進(jìn)制數(shù)即為載波頻率設(shè)定字 。調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字是由 CFS0～ CFS2三位組成。 單片機(jī) 80C51 單片機(jī)介紹 單片機(jī)的 40個(gè)引腳大致可分為 4類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 ⒊ 控制線 : 控制線共有 4 根， ⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖 ① ALE 功能：用來(lái)鎖存 P0 口送出的低 8 位地址 ② PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 ① RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 （ 4） EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 ② Vpp功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。在該控制電路中，由 外圍電路芯片 產(chǎn)生推遲時(shí)鐘（ OCT）和參考時(shí)鐘（ RCT）、頻率控制時(shí)鐘（ FCT）和電壓控制時(shí)鐘（ VCT）3 路時(shí)鐘信號(hào)供給 HEF4752。原因有兩個(gè)：① IGBT 需要的開(kāi)關(guān)信號(hào)幅值約為177。因此驅(qū)動(dòng)電路的任務(wù)有兩個(gè)：電平轉(zhuǎn)換和隔離。這里介紹一種東芝公司的產(chǎn)品TLP250，電路非常簡(jiǎn)單。它采用單電源供電，使用時(shí)須外接一個(gè)電阻和一個(gè) 10V的穩(wěn)壓管，把 25V 的隔離電源變?yōu)?+15V的導(dǎo)通電壓和－10V的關(guān)斷電壓。此外， HEF4752 及單片機(jī)系統(tǒng)還需要 +5V電源以及異步通訊所需的177。 該電源可以采用線性電源，也可采用開(kāi)關(guān)電源。后者則輕便、小巧，電路相對(duì)較復(fù)雜。 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心和靈魂，只有通過(guò)主程序才能有機(jī)地調(diào)用系統(tǒng)中各個(gè)子程序，使它們形成一個(gè)聯(lián)系緊密的整體，有條不紊的完成各種各樣的操作命令。單片機(jī)首先初始 HEF4752，打開(kāi)中斷系統(tǒng)。工作過(guò)程中，單片機(jī)不斷的處理檢測(cè)反饋回來(lái)的信號(hào)，控制 HEF4752 調(diào)整輸出的 SPWM 控制信號(hào)，控制系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，以滿足系統(tǒng)的性能要求。防止其溢出而中斷 SPWM控制信號(hào)的輸出。 故障保護(hù)中斷子程序 ：中斷程序處理的都是需要立即處理的故障，比如過(guò)壓、欠壓、 IGBT故障等。 開(kāi)始 單片機(jī)初始化 開(kāi)中斷 送初始化數(shù)據(jù)至 HEF4752 送控制數(shù)據(jù)至 HEF4752 允許輸出 更新看門狗 HEF4752 工作是否正常？ 延時(shí) N 過(guò)載否？ 停機(jī) 結(jié)束 Y Y 調(diào)整控制數(shù)據(jù) N 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 20 中斷入口 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 發(fā)停止命令給 HEF4752 根據(jù)讀入內(nèi)容判斷故障來(lái)源并做相應(yīng)處理 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回 系統(tǒng)初始化 設(shè)定定時(shí)器、 SPWM、 系統(tǒng)工作方式 設(shè)定 I/O、通信接口及鍵盤、顯示工作方式 參數(shù)及變量 返回 圖 8 初始化子程序流程圖 顯示故障原因，報(bào)警 圖 9故障保護(hù)中斷子程序流程圖 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 21 結(jié) 論 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于 :利用單片微機(jī)和集成芯片配合產(chǎn)生 SPWM 波形控制逆變開(kāi)關(guān)的通斷，控制算法容易編程實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn) 了全數(shù)字化控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與采用模擬器件相比，減少了生產(chǎn)成本，性能良好；具有易于改變控制算法、程序易于移植、控制精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，采用變頻技術(shù)后，可以節(jié)省大量的能源，有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保效果。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，真正的學(xué)習(xí)到了不少東西，讓自己知道了工科學(xué)生扎實(shí)的基本功是必不可少的，對(duì)于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和加強(qiáng)得引起高度的重視，光課堂的學(xué)習(xí)是不夠的，通過(guò)自學(xué)是提高的一個(gè)途徑，能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識(shí)和自學(xué)的新知識(shí)柔和在一起已證明了我們具有一定的能力。楊老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，耐心細(xì)心的作風(fēng)和實(shí)事求是的精神使我印象深刻，受益匪淺。 在此謹(jǐn)向我的導(dǎo)師致以由衷的敬意和真誠(chéng)的感謝！ 在此，我也衷心感謝授課的老師們，感謝他們悉心付出的辛勞，讓我們順利完成我們的學(xué)業(yè)，成為社會(huì)的有用之才。 基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 22 參考文獻(xiàn) [1]. 王曉明 .電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021. 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