畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機控制的交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單片機轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計摘 要單片機控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計思想是用轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行控制。通過改變程序來達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。由于設(shè)計中電動機功率不大，所以整流器采用不可控電路，電容器濾波；逆變器采用電力晶體管三相逆變器。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由主回路，驅(qū)動電路，光電隔離電路，sa8282大規(guī)模集成電路，保護(hù)電路，at89c51單片機， 8255可編程接口芯片，i/o接口芯片，測速發(fā)電機等組成。回路中有了檢測保護(hù)電路就可以使整個系統(tǒng)運行的可靠性有了保障。關(guān)鍵詞:at89c51單片機；sa8282；轉(zhuǎn)差頻率；交流調(diào)速；三相異步電動機abstractfrequency conversion t

2、hat one-chip computer control transfer speed systematic design philosophy with transfer to difference frequency control. achieve the goal of controlling rotational speed through changing the procedure . because the motor is not big in power in the design, the rectifier can not adopt controlledly the

3、 circuit, the condenser strains waves; going against the becoming device adopts three phases of the electric transistor to go against the becoming device. the systematic ensemble architecture is by the main return circuit mainly, drive the circuit, the photo electricity isolates the circuit,sa8282 l

4、arge scale integrated circuit, protects the circuit, the at89c51intel series one-chip computer, intel8255 programmable interface chip, i/o interface chip, and tests the speed such composition as the generator ,etc. have the dependability that can make the whole system operate of measuring and protec

5、ting the circuit to have guarantee in the return circuitkey words:the at89c51 scm；sa8282；frequency；ac variale speed；three phase eletromotor of asynchronism 目錄前言1第1章 交流調(diào)速系統(tǒng)的概述41.1交流調(diào)速的基本原理41.2 交流調(diào)速的特點5第2章 交流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計72. 1 轉(zhuǎn)差頻率控制原理：72. 2 系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)72.3 用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計72.3.1調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計72.3.2 元器件的選用92.3.3

6、 系統(tǒng)主回路的設(shè)計以及參數(shù)計算122.3.4 spwm控制信號的產(chǎn)生152.3.5 光電隔離及驅(qū)動電路設(shè)計172.3.6 故障檢測及保護(hù)電路設(shè)計182.3.7 模擬量輸入通道的設(shè)計18第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計193.1 主程序的設(shè)計193.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序193.3 增量式pi運算子程序203.4故障處理程序213.5 部分子程序223.5.1 ad0809的編程223.5.2 8255的編程23結(jié) 論23謝 辭23參考文獻(xiàn)24前 言自上個世紀(jì)90年代以來，近代交流調(diào)速步入了以變頻調(diào)速為主導(dǎo)的發(fā)展階段。其間，由于各種新型電力電子器件的支持，使變頻調(diào)速在低壓（380 v）、中小容量（200 kw以

7、下）方面取得了較大的進(jìn)展。但是面對高壓（610 kv）中大容量領(lǐng)域，由于電力電子器件自身規(guī)律的限制，變頻調(diào)速在技術(shù)上遇到了很大困難，無論是“高-低”“、高-低-高”以及“多電平串聯(lián)”等方案，都在實踐中暴露出技術(shù)復(fù)雜、價格昂貴、效率降低、可靠性較差等缺點。從理論上看，高壓變頻所面臨的問題是違反電力電子器件客觀規(guī)律的結(jié)果，因為目前幾乎所有的電力電子器件，其材料、工藝機理都決定了其屬性是低壓大電流的。盡管如此，高壓變頻的勢頭仍有增無減，除了客觀市場需求的拉動以外（諸如高壓中大容量的風(fēng)機泵類節(jié)能），主要是“變頻調(diào)速是唯一的最佳交流調(diào)速”理論導(dǎo)向的結(jié)果。根據(jù)近代交流調(diào)速理論，交流調(diào)速被劃分為變頻、變極和

8、變轉(zhuǎn)差率三種方案，在缺乏科學(xué)分析的條件下，認(rèn)定變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是低效率的，而變極調(diào)速又屬于有級調(diào)速，因此惟有變頻調(diào)速最佳。而變頻調(diào)速方法與變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法有本質(zhì)不同，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能?？梢哉J(rèn)為，變頻調(diào)速是交流電動機的一種比較合理和理想的調(diào)速方法?！彪S著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)也有了日新月異的變化?？烧{(diào)速的高性能交流電力拖動系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用也越來越廣。進(jìn)入21世紀(jì)交流調(diào)速技術(shù)也進(jìn)入了現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)時代，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)也成為人類社會的重大技術(shù)進(jìn)步之一。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用覆蓋范圍之廣都是前所未有的

9、。而且應(yīng)用實踐表明，采用現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)極大的提高了傳動系統(tǒng)的運行質(zhì)量，同時，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。第1章 交流調(diào)速系統(tǒng)的概述1.1 交流調(diào)速的基本原理本文以地毯背涂機為例敘述在地毯制造業(yè)上的應(yīng)用。圖1-1三相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖1機座；2定子鐵心；3定子繞組；4轉(zhuǎn)子鐵心；5轉(zhuǎn)子繞組;變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。常用三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)為圖1所示。定子由鐵心及繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子繞組做成籠型（見圖1-2），俗稱鼠籠型電動機。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對運動，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流

10、，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)動起來。電機磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用n1表示 (1-1)式中：f三相交流電源頻率，一般為50hz。p磁極對數(shù)。當(dāng)p=1時，=3000r/min；p=2時，=1500r/min?？梢姶艠O對數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速越慢。轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速n比磁場的同步轉(zhuǎn)速n1要慢一點，所以稱為異步電機，這個差別用轉(zhuǎn)差率s表示： （1-2）當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間，n=0，這時s=1；起動后的極端情況n=，則s=0，即s在01之間變化。一般異步電機在額定負(fù)載下的s=（16）。綜合式（1-1）和式（1-2）可以得出 （1-3）由式（1-3）可以看出，對于成品電機，其磁極對數(shù)p

11、已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機調(diào)速的目的。1.2 交流調(diào)速的特點對于可調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)，工程上往往把它分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩類。這主要是根據(jù)采用什么電流制型式的電動機來進(jìn)行電能與機械能的轉(zhuǎn)換而劃分的，所謂交流調(diào)速系統(tǒng)，就是以交流電動機作為電能機械能的轉(zhuǎn)換裝置，并對其進(jìn)行控制以產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)速。交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)相比較，具有如下特點：1. 容量大 這是電動機本身的容量所決定的。直流電動機的單機容量能達(dá)到1214mw，而交流電動機的容量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高與此數(shù)值。2. 轉(zhuǎn)速高，而且耐壓 直流

12、電動機受到換向器的限制，最高電壓只能達(dá)到1000多伏，而交流電動機容量可達(dá)到610kv，甚至更高。一般直流電動機最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到3000轉(zhuǎn)/min左右，而交流電動機則可以高達(dá)每分鐘幾萬轉(zhuǎn)。這使得交流電動機的調(diào)速系統(tǒng)具有耐高壓，轉(zhuǎn)速高的特點。 3. 交流電動機本身的體積，重量，價格比同等容量的直流電動機要小，且交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，經(jīng)濟(jì)可靠，慣性小成了交流調(diào)速系統(tǒng)的一大優(yōu)點。4. 交流電動機的調(diào)速裝置環(huán)境適應(yīng)性廣。直流電動機由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換向器工作要求高，使用中受到很多限制，如工廠里的酸洗車間，由于腐蝕嚴(yán)重，使用直流電動機每周都要檢查碳刷，維修起來比較困難，而交流電動機卻可以用在十分惡劣

13、的環(huán)境下不至于損壞。5. 由于高性能，高精度，新型調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，交流拖動系統(tǒng)已達(dá)到同直流拖動系統(tǒng)一樣的性能指標(biāo)，越來越廣泛的應(yīng)用于 國民經(jīng)濟(jì)的各個生產(chǎn)領(lǐng)域。 6. 交流調(diào)速裝置能顯著的節(jié)能。工業(yè)上大量使用的風(fēng)機，水泵，壓縮機類負(fù)載都是靠交流電動機拖動的，這類裝置的用電量占工業(yè)用電量的50%，以往都不對電動機調(diào)速，而僅采用擋板，節(jié)流閥來控制風(fēng)量或流量。大量的電能被白白的浪費掉，如果采用交流電動機調(diào)速系統(tǒng)來改變風(fēng)量或流量的話，效率就會大大的提高，從各方面來看，改造恒速交流電動機為交流調(diào)速電動機，有著可觀的能源效益。交流電動機因其結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，價格低廉，維修方便，故而應(yīng)用面很廣，幾

14、乎所有的調(diào)速傳動都采用交流電動機。盡管從1930年開始，人們就致力于交流調(diào)速系統(tǒng)的研究，然而主要局限于利用開關(guān)設(shè)備來切換主回路達(dá)到控制電動機啟動，制動和有級調(diào)速的目的。變極對調(diào)速，電抗或自藕降壓啟動以及繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻的有級調(diào)速都還處于開發(fā)的階段。交流調(diào)速緩慢的主要原因是決定電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要因素的交流電源頻率的改變和電動機的轉(zhuǎn)距控制都是非常困難的，使交流調(diào)速的穩(wěn)定性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性以及效率均不能滿足生產(chǎn)要求 。后來發(fā)展起來的調(diào)壓，調(diào)頻控制只控制了電動機的氣隙磁通，而不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)距。轉(zhuǎn)差頻率控制在一定程度上能控制電動機的轉(zhuǎn)距。第2章 交流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制原理：

15、當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時異步電機的機械特性參數(shù)表達(dá)式為： (2-1)當(dāng)實際轉(zhuǎn)差額定空載轉(zhuǎn)速相比很小時（），,可以從式中約去，這樣式(2-1)可以簡化為：其中 (2-2)從式(2-2)中可得，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率較小且磁通恒定時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩t與成正比。這時只要控制轉(zhuǎn)差頻率就能控制轉(zhuǎn)矩t，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。若要使轉(zhuǎn)差頻率較小，只要有提供異步電動機的實際轉(zhuǎn)速反饋即可實現(xiàn)。若要保持為恒值，即保持勵磁電流恒定，而勵磁電流與定子電流有如下關(guān)系， （2-3）因此若，按照上述規(guī)律變化，則恒定，即恒定。轉(zhuǎn)差頻率控制策略是：利用測速環(huán)節(jié)得到轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速給定、比較，限制輸出頻率，使轉(zhuǎn)差率 (即)不太大；控制定子電流，使得勵

16、磁電流保持恒定；這時控制實現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)原理圖如圖2-l所示。 圖2-l 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖從圖2-1可知系統(tǒng)由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、函數(shù)發(fā)生器、加法器，整流與逆變電路，pwm控制電路，異步電動機及測量電路等組成，其中異步電動機由spwm控制逆變器供電。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出是轉(zhuǎn)差頻率給定值,表轉(zhuǎn)矩給定。函數(shù)發(fā)生器輸入轉(zhuǎn)差頻率產(chǎn)生。信號，并控制定子電流。以保持為恒值；加法器對轉(zhuǎn)差頻率和轉(zhuǎn)速信號求和得到變頻器的輸出頻率。從而實現(xiàn)三相異步電機變頻調(diào)速。2.2 系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)對一臺三相異步電動機調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。異步電動機的參數(shù)： ,接法, 采用轉(zhuǎn)差頻率控制方法，由單片機組成核心。調(diào)速范

17、圍（2.251hz），無級調(diào)速，靜差率。根據(jù)對象參數(shù)，完成各功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計，參數(shù)計算。2.3 用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2.31 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)簡單，異步電動機在不同頻率小都能獲得較硬的機械特性但不能保證必要的調(diào)速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉(zhuǎn)速，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)速系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能要求不高的場合。如果異步電動機能象直流電動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)矩，那么就可能得到和直流電動機一樣的較為理想的靜，動態(tài)特性。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩控制問題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流

18、電動機 恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相似的性能。調(diào)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖見圖2-2所示。 圖2-2 調(diào)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示，系統(tǒng)主電路由二極管整流電路、spwm逆變器和中間直流電路等組成，都是電壓源型的，采用大電容c1濾波，同時兼具無功功率交換大的作用。為了避免大電容在合上電源開關(guān)后通電的瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入電抗，剛通上電源時，由l1限制充電電流，然后經(jīng)過一段時間延時，l失去限流作用，使電路正常供電。2.32元器件的選用1. 8255的資料8255是可編程的并行i/o接口芯片，它具有3個8位的并行i/o口，三種工作方式，可通過編程改變其功能，因而使用方便，通用性強

19、，可作為單片機與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。8255的引腳圖如圖2-3所示。由圖可知，8255共有40個引腳，各引腳功能如下：圖2-3 8255引腳圖2. adc0809的資料adc0809是一種逐次逼近式8路模擬輸入，8位數(shù)字量輸出的a/d轉(zhuǎn)換器。其引腳如圖2-4所示。由引腳可見，adc0809共有28個引腳，采用雙插直列示封裝圖2-4 adc0809 引腳圖3. sa8282的資料sa8282是mitel公司推出的一種用于三相spwm波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內(nèi)置波形rom及相應(yīng)的控制邏輯，設(shè)置完成后可以獨立產(chǎn)生三相pwm波形，只有當(dāng)輸出頻率或幅值等需要改變時才需

20、微處理器的干預(yù)，微處理器只用很少的時間控制它，因而有能力進(jìn)行整個系統(tǒng)的檢測、保護(hù)和控制等?；趕a8282和89c51的變頻器具有電路簡單、功能齊全、性能價格比高、可靠性好等優(yōu)點。圖2-5 sa8282的引腳排列圖4. at89c51的資料at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密

21、度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2-6所示 圖2-6 at89c51的管腳排列圖2.33 系統(tǒng)主回路的設(shè)計以及參數(shù)計算1. 主回路的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)主回路是交直交電壓型變頻電路，其圖2-7如下所示：圖2-7 系統(tǒng)主回路電路圖整流采用三相橋式不可控整流器，l、c1、c2組成濾波電路，rb用來吸收制動能量。整流逆變電路采用的是grt三相橋

22、式pwm逆變器。2. 參數(shù)計算和元件選擇（1） 大功率開關(guān)管 spwm正弦脈寬調(diào)制方法的直流利用率為0.866，即。為了使逆變器輸出380v的線電壓，要求直流側(cè)的電源電壓： , 考慮到大功率的晶體管的管壓降等，取，則大功率晶體管的參數(shù)為 , 。選擇晶體管模塊qca50a100a三塊，作為大功率開關(guān)管。qca50a100a為兩單元組件，c-e極帶反向續(xù)流二極管，絕緣式結(jié)構(gòu)，其極限參數(shù)為：,，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-8所示。圖2-8 qca50a100模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2） 三相整流橋 整流橋輸入側(cè)電壓為：，直流側(cè)功率可估算如下： 取電動機的效率為0.82，則電動機的輸入功率為。取逆變器的效率為0.93

23、，則 直流側(cè)的功率為：，故直流側(cè)電流：。整流二極管最高反壓：?；谝陨蠑?shù)據(jù)，選用mds型三相整流橋模塊，其最大輸出電流為40a，最高耐壓為1000v。（3） lc濾波器 取，其最大耐壓。選擇兩只2200uf，耐壓在500v以上的電容器并聯(lián)使用。濾波電感在這里主要用來限制電流脈動（pwm變頻調(diào)速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問題）和短路電流上升率，按照晶體管三相橋式整流電路限制電流脈動的電感量算式估計如下（?。┛紤]到電動機和整流變壓器存在一定的電感量，取實際的電感為100mh。選擇一臺電感量為100mh，額定電流不小于6.4a的電抗器l。3. 調(diào)節(jié)器的設(shè)計本系統(tǒng)采用增量式轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式，轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器設(shè)計為

24、帶有死區(qū)的調(diào)節(jié)器，即： （2-4）因，所以與之和反映了頻率，即為頻率指令信號?？刂平Y(jié)構(gòu)框圖和控制曲線如下圖2-9所示。為死區(qū)，它是為了避免因量化誤差，舍入誤差引起系統(tǒng)運行不平衡而引起的。為線性調(diào)節(jié)區(qū)，當(dāng)時，輸出限幅，用以現(xiàn)在轉(zhuǎn)差頻率的最大增量，亦即限制的最大增量，亦即限制的最大增量，防止系統(tǒng)過沖，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。決定系統(tǒng)的積分系數(shù),它由電位器給定，通過a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入。當(dāng)確定后，通過調(diào)節(jié)電位器，就能改變積分系數(shù)，整定方便。的值根據(jù)靜態(tài)精度要求和實際系統(tǒng)工作時的最低轉(zhuǎn)速來確定，,通過實驗確定。a) 控制結(jié)構(gòu)框圖 b） 控制曲線圖2-9 控制結(jié)構(gòu)框圖和曲線圖2.34 spwm控制信號的產(chǎn)生

25、在本系統(tǒng)中，控制信號用sa8282大規(guī)模集成塊來產(chǎn)生。電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過調(diào)頻，調(diào)壓實現(xiàn)的。以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。如圖2-11為其調(diào)制原理圖。按照波形面積相等的原則，每一個矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。正弦調(diào)制波在半個周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變

26、化，則spwm波也在正負(fù)之間變化，也稱為雙極性控制方式。將三相電壓和幅值為頻率為的三角載波分別送到三個獨立的比較器，比較器的輸出一方面接到相應(yīng)的上橋臂開關(guān)作為驅(qū)動信號，另一方面經(jīng)過反相后接到相應(yīng)的下橋臂開關(guān)作為驅(qū)動信號，在系統(tǒng)主回路電路圖圖2-10中參考波是u相，則其直接輸出將驅(qū)動v1開關(guān)，反相輸出驅(qū)動v4開關(guān)。將三相參考波和載波放在同一個坐標(biāo)系上，則如圖2-11所示，以為例，當(dāng)時，為高電平，則驅(qū)動v1導(dǎo)通，v4截止，圖2-10 spwm調(diào)制原理圖圖2-11 spwm逆變器電壓波圖形；當(dāng)時，為低電平，v1截止，v4導(dǎo)通，輸出都波形為雙極性。更為實際的是spwm逆變器往往加上調(diào)節(jié)器，加上調(diào)節(jié)器后

27、，實際的是輸出電壓與參考電壓或指令電壓比較后作為調(diào)節(jié)器的輸入，其輸出形成相應(yīng)的,，這樣輸出總是跟隨者指令電壓變化。在模擬電子電路中，采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來實現(xiàn)spwm的雙極性控制；改成數(shù)字控制后，開始時只是把同樣的方法數(shù)字化，稱做“自然采樣法”而在工程上，采用的是簡化后的“規(guī)則采樣法”。在本設(shè)計中，sa8282控制脈沖波的輸出采用數(shù)字方法，數(shù)字方法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點并將其存入內(nèi)存 然后通過查表及必要的計算生成波，從而實現(xiàn)以軟件方式控制的，在sa8282的rom中儲存有脈沖表，sa8282可通過查表得知應(yīng)該輸出的脈沖的頻率與幅值，從而可以控制電機的轉(zhuǎn)速與輸

28、出轉(zhuǎn)矩。at89c51則通過檢測電路檢測的圖2-12 at89c51與sa8282連接電路圖數(shù)據(jù)通過p0口向sa8282的ad口傳送數(shù)據(jù)，使sa8282輸出相應(yīng)的脈沖波，從而達(dá)到轉(zhuǎn)差頻率控制電動機的交流調(diào)速。2.35光電隔離及驅(qū)動電路設(shè)計sa8282輸出的pwm控制信號功率很小，無法直接驅(qū)動gtr，要經(jīng)過脈沖功率放大才能驅(qū)動gtr，脈沖功率放大電路選用模塊ex359。該模塊是一圖2-13 ex359驅(qū)動模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)個帶有光隔離的功率放大電路，其電源電壓為12v，輸入信號5v，輸出電壓（對應(yīng)gtr導(dǎo)通）和-2v（對應(yīng)gtr關(guān)斷），工作頻率為2.5，可驅(qū)動50a以下的逆變器，其內(nèi)部電路如圖2-13

29、所示。2.36故障檢測及保護(hù)電路設(shè)計故障檢測及保護(hù)電路如圖2-14所示，該電路采用電阻取樣的電壓、電流保護(hù)電路，通過調(diào)節(jié)電位器rp1、rp2來設(shè)定最大的允許電壓、電流值。電路中c1、c2接8255的c 口中的pc2、pc3，o端接sa8282的clk。圖2-14 過電流，過電壓保護(hù)電路控制端這樣保護(hù)電路可通過門1輸出控制信號的封鎖sa8282輸出的pwm控制信號，斷開主回路電源。a1、a2接8255的c 口中的pc4、pc5，通過pc4、pc5輸入故障信號，用以檢測故障類型。2.37 模擬量輸入通道的設(shè)計由于本次設(shè)計中選用的at89c51單片機沒有模數(shù)轉(zhuǎn)換器所以需要在外部電路中加上模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

30、。經(jīng)過考慮選用的是adc0809芯片。它能完成8路模擬量的轉(zhuǎn)換，為了削弱反饋信號中的交流分量，在需在反饋信號輸入前加一rc濾波電路，取，對應(yīng)的時間常數(shù)為。第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計3.1 主程序的設(shè)計主程序框圖如圖3-1所示。先進(jìn)行芯片初始化，然后，清系統(tǒng)工作區(qū)，開放89c51外部中斷，啟動軟件定時器10ms(采樣周期)。所以，系統(tǒng)初始化完畢，進(jìn)入控制循環(huán)：測速中斷服務(wù)（,和,運算，查表求出）可逆切換程序輸出控制量測速。 圖3-1 系統(tǒng)主程序框圖3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序即為軟件定時器o的中斷服務(wù)程序，其程序框圖如圖3-2所示。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序中，完成轉(zhuǎn)速、的采樣，進(jìn)行pi運算，求出頻率指令信

31、號，然后查表求得分頻系數(shù)。圖3-2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖3.3 增量式pi運算子程序增量式pi運算子程序框圖如圖3-3所示，它包括按圖所示控制曲線計算轉(zhuǎn)差頻率增量, 由求出轉(zhuǎn)差頻率控制量，再由求出頻率指令信號,再由at89c51單片機向sa8282發(fā)出調(diào)頻指令。 圖3-3 增量式pi運算子程序框圖3.4故障處理程序故障處理程序即為89c51外部中斷服務(wù)程序，其程序框圖如圖3-4所示。 圖3-4 故障處理程序3.5 部分子程序3.51 ad0809的編程對0809的編程，采用延時的方法main: mov r1, #data mov dptr, #7ff8h mov r7, #08hloop: mov

32、x dptr, a mov r6, #0ahdlay: nop nop nop djnz r6,dlay movx a,dptrmov r1,a inc dptrinc r1djnz r7,loop3.52 8255的編程工作在方式0，c口作為輸出 。mov a,#90hmov dptr,#0ff7fhmovx dptr, amov dptr,#0ff7chmovx a,dptrmov dptr,#0ff7dhmov a,#data1movx dptr,#0ff7ehmov a,#data2movx dptr,a結(jié) 論變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè)，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時這也是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。 在畢業(yè)設(shè)計這段時間中,通過多次的修改，終于圓滿完成了此次畢業(yè)設(shè)計。此次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到并掌握pwm技術(shù)的主體思路和方法。同時，也鍛煉了我的學(xué)習(xí)能力、工作能力，并培養(yǎng)了我的吃苦精神、合作精神，為我即將走向工作