交流異步電動機變頻調(diào)速設計畢業(yè)設計論文

1、畢業(yè)設計說明書課題名稱：交流異步電動機變頻調(diào)速設計學生姓名張明_專業(yè)_班 級1103班_時間2013.10-2014.4指導教師李漢成_電子工程學院目錄摘要 .3第一章 緒論 .41.1變頻調(diào)速技術(shù)簡介 .41.2本次設計方案簡介 .51.2.1變頻器主電路方案的選定 .51.2.2系統(tǒng)原理框圖及各部分簡介 .6第二章 交流異步電動機變頻調(diào)速原理及方法 .72.1三相異步電機工作的基本原理.72.1.1異步電機的等效電路 .72.1.2異步電機變頻調(diào)速原理.82.2變頻調(diào)速的控制方式及選定 .92.2.1 V/F比恒定控制 .92.2.2其它控制方式 .12第三章 變頻器主電路設計 .145.

2、2主電路的工作原理 .141.1變頻器主電路設計的基本工作原理 .145.3 IGBT及驅(qū)動模塊介紹 .161.2.1IGBT簡介及驅(qū)動要求 .16第四章 控制回路設計 .181.驅(qū)動電路設計 .182.1.1.SPWM調(diào)制技術(shù)簡介 .182.1.2SPWM波生成芯片特點和引腳功能.192.1.3SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 .212.保護電路 .22b.過、欠壓保護電路設計.22c.過流保護設計 .243.控制系統(tǒng)的實現(xiàn) .24第五章 變頻器軟件設計 .275.1流程圖.272.2.2.SA4828的編程.275.2.1初始化寄存器編程 .27參考文獻 .31摘要近年來，交流電機變頻調(diào)速及

3、其相關技術(shù)的研究己成為現(xiàn)代電氣傳動領域的 一個重要課題，并且隨著新的電力電子器件和微處理器的推出以及交流電機控制 理論的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)還將會取得巨大進步。本文對變頻調(diào)速理論，逆變技術(shù)，SPWM產(chǎn)生原理進行了研究，在此基礎 上設計了一種新型數(shù)字化三相SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)，以8051控制專用集成芯片SA4828為控制核心，采用IGBT作為主功率器件，同時采用EXB840構(gòu)成IGBT的驅(qū)動電路，整流電路采用二極管，可使功率因數(shù)接近1,并且只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)比較簡單。本文在控制上采用恒Vf控制，同時，軟件程序使得參數(shù)的輸入和變頻器運 行方式的改變極為方便，新型集成元件的采用也使得

4、它的開發(fā)周期短。另外，本文對SA482三相SPW波發(fā)生器的使用和編程進行了詳細介紹， 完成 了整個系統(tǒng)控制部分的軟硬件設計。關鍵字：變頻調(diào)速，正弦脈寬調(diào)制，Vf控制，SA482波形發(fā)生器第4頁 共32頁第一章 緒論1.變頻調(diào)速技術(shù)簡介變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調(diào)速 目的的技術(shù)。大家都知道，目前，無論哪種機械調(diào)速，都是通過電機來實現(xiàn)的。 從大的范圍來分， 電機有直流電機和交流電機。 由于直流機調(diào)速容易實現(xiàn)， 性能 好，因此過去生產(chǎn)機械的調(diào)速多用直流電動機。 但直流機固有的缺點： 由于采用 直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來太大 的

5、麻煩。因此人們希望， 讓簡單可靠廉價的籠式交流電機也像直流電動機那樣調(diào) 速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速 等交流調(diào)速方式。當然也出現(xiàn)了滑差電機、繞線式電機、同步式交流電機。隨著 電力電子技術(shù)、 微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)， 它一出現(xiàn) 就以其優(yōu)異的性能逐步取代其它交流電機調(diào)速方式， 乃至直流電機調(diào)速， 而成為 電氣傳動的中樞1。變頻調(diào)速被認為是一種理想的交流調(diào)速方法。 但如何得到一個單獨向異步電 動機供電的經(jīng)濟可靠的變頻電源，一直是交流變頻調(diào)速的主要課題。20世紀60年代中期，隨著普通的晶閘管、小功率管的實用化，出現(xiàn)了靜止變頻裝置，它是

6、 將三相的工頻電源經(jīng)變換后， 得到頻率可調(diào)的交流電。 這個時期的變頻裝置， 多 為分立元件，它體積大、造價高，大多是為特定的控制對象而研制的，容量普遍 偏小，控制方式也很不完善，調(diào)速后電動機的靜、動態(tài)性能還有待提高，特別是 低速的性能不理想，因此僅用于紡織、磨床等特定場合。所謂變頻就是利用電力電子器件（如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT）將50Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。它分為直接變頻（又稱交-交變頻），即把市電直接變成比它頻率低的交流電， 大量用在大功率的交 流調(diào)速中;間接變頻（又稱交-直-交變頻），即先將市電整流成直流，再變換為要求 頻率的交流。 它又分為諧振

7、變頻和方波變頻。 前者主要用于中頻加熱， 方波變頻 又分為等幅等寬和SPWM變頻。常用的方法有正弦波（調(diào)制波）與三角波（載波）比較的SPWM法、磁場跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等。本設計所設計的題目屬于間接變頻調(diào)速技術(shù)。 它主要包括整流部分、 逆變部 分、控制部分及保護部分等。逆變環(huán)節(jié)為三相SPWM逆變方式。2.本次設計方案簡介3.1.1變頻器主電路方案的選定變頻器最早的形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機組作為可變頻率電源，供給交流電動機。 隨著電力半導體器件的發(fā)展， 靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式。 靜止 式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交-直-交變頻器和交-交變頻器。(2)交-交型變第5頁 共

8、32頁頻器：它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可 調(diào)電壓的交流電（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同） ，又稱直接式變頻器。由于中間不經(jīng)過 直流環(huán)節(jié)，不需換流，故效率很高。因而多用于低速大功率系統(tǒng)中，如回轉(zhuǎn)窯、 軋鋼機等。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達到電源頻率的1/31/2,所以不能高速運行。(3)交-直-交型變頻器： 交-直-交變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流， 然后再直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交-直-交變頻器是目前廣泛應用的通用變頻器。 它根據(jù)直流部分電流、 電壓的不同形式， 又可分為電 壓型和電流型兩種：（1）電流型變頻器 電流型變頻器的特點是中間直流環(huán)

9、節(jié)采用大電感器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波， 由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大， 故稱電流源型變頻器。（2）電壓型變頻器 電壓型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率， 直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)， 直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較小， 相當于電壓源， 故稱電壓型變頻器。由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動機提供交流電功率， 所以其主要 優(yōu)點是運行幾乎不受負載的功率因數(shù)或換流的影響， 它主要適用于中、 小容量的 交流傳動系統(tǒng)。 與之相比，電流型變頻器施加于負載上的電流值穩(wěn)定不變， 其特 性類似于電流源， 它主要應用在大容量的電機傳動系統(tǒng)以及大容量風機、

10、 泵類節(jié) 能調(diào)速中。由于交-直-交型變頻器是目前廣泛應用的通用變頻器，所以本次設計中選用 此種間接變頻器，在交-直-交變頻器的設計中，雖然電流型變頻器可以彌補電壓 型變頻器在再生制動時必須加入附加電阻的缺點， 并有著無須附加任何設備即可 以實現(xiàn)負載的四象限運行的優(yōu)點，但是考慮到電壓型變頻器的通用性及其優(yōu)點， 在本次設計中采用電壓型變頻器。第6頁共32頁122系統(tǒng)原理框圖及各部分簡介本文設計的交直交變頻器由以下幾部分組成，如圖1.1所示圖1.1系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)各組成部分簡介：供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220V，中大功率的采用三相380V電源。因為本設計中采

11、用中等容量的電動機， 所以采用三相380V電源。整流電路：整流部分將交流電變?yōu)槊}動的直流電，必須加以濾波。在本設計中采用三相不可控整流。它可以使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1。濾波電路：因在本設計中采用電壓型變頻器， 所以采用電容濾波，中間的電 容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設計中采用三相橋逆變，開關器件選用全控型開關管IGBT。電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信 號。控制電路：采用8051單片機和SPWM波生成芯片SA4828，控制電路的主 要功能是接受各種設定信息和指令，根據(jù)這些

12、指令和設定信息形成驅(qū)動逆變器工 作的信號。這些信號經(jīng)過光電隔離后去驅(qū)動開關管的關斷。供電源整流電路濾波-電路主電路控制電路主電電路電流2檢測8051單片機隔驅(qū)鬲離甌ASPWM波生成芯片吸收電路第7頁共32頁第二章交流異步電動機變頻調(diào)速原理及方法2.1 三相異步電機工作的基本原理3.2異步電機的等效電路異步電動機的轉(zhuǎn)子能量是通過電磁感應而得來的。 沒有任何聯(lián)系，其電路可用圖2.1來表示3。圖2.1異步電動機的定、轉(zhuǎn)子圖圖2.1中:錯誤！未找到引用源。一一定子每相繞組的電阻和漏抗；E2s、I2S、X2S分別是轉(zhuǎn)子電路產(chǎn)生的電動勢、電流、漏電抗;錯誤！未找到引用源。一一每相定子繞組反電動勢，它是定子

13、繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生的。其有效值可計算如下:Er=4.44f1N1KN1m式中：E1氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值；f1定子頻率；N1定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)；KN1基波繞組系數(shù)；m極氣隙磁通。由電動機的基礎知識可知：轉(zhuǎn)子回路的頻率f2二sf,，與轉(zhuǎn)差率成正比，所定子和轉(zhuǎn)子之間在電路上錯誤！未找到引用源定子的相電壓;錯誤！未找到引用源定子的相電流;(2-1)第8頁共32頁以轉(zhuǎn)子回路中的各電量也都與轉(zhuǎn)差率成正比。為了方便定量分析定、轉(zhuǎn)子之間的各種數(shù)量關系，應將定子、轉(zhuǎn)子放在一個 電路中。由于定子、轉(zhuǎn)子回路的頻率、繞組、匝數(shù)不同，故必須進行折算。根據(jù) 電機學原理，在下列假定條件下：a忽略空間

14、和時間諧波，各繞組的自感和互感都是線性的；(1)忽略磁飽和；(2)忽略鐵損?？梢缘玫诫妱訖C的T形等效電路圖，由于交流異步電動機三相對稱，所以 現(xiàn)只取A相進行計算分析。A相的T形等效電路如圖2.2所示?？煽蓡軉苓哼簣D2.2電動機的T形等效電路圖圖2.2中：rm勵磁電阻，是表征異步電動機鐵心損耗的等效電阻；Xm勵磁電抗，是表征鐵心磁化能力的一個參數(shù)；勵磁電流；1 SRL機械負載的等效電阻，在RL=,D在RL上消耗的功率就相當S于異步電動機輸出的機械功率；I2、E；、r；、X；等參數(shù)經(jīng)過折算后的轉(zhuǎn)子參數(shù)。3.3異步電機變頻調(diào)速原理交流異步電動機是電氣傳動中使用最為廣泛的電動機類型。根據(jù)統(tǒng)計，我國異步

15、電動機的使用容量約占拖動總?cè)萘康陌顺梢陨?，因此了解異步電動機的調(diào)速原理十分重要。交流異步電動機是電氣傳動中使用最為廣泛的電動機類型。根據(jù)統(tǒng)計，我國異步電動機的使用容量約占拖動總?cè)萘康陌顺梢陨?，因此了解異步電動機的調(diào)速原理十分重要。交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調(diào)速的目的的，但定子第9頁共32頁繞組上接入三相交流電時，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，它第10頁共32頁與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電動勢，出現(xiàn)感應電流，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)起來。電機磁場轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用n0表示：60 fP式中：f為三相交流電源頻率，一般是50Hz p為磁極對數(shù)。當

16、p=1是，no=3000r/min；p =2時，n=1500r/min。由上式可知磁極對數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速n。就越慢，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速n比磁場的同步轉(zhuǎn)速n。要慢一點，所以稱為異步電動機，這個差別用轉(zhuǎn)差率s表示：錯誤！未找到引用源。n。（2-8）在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間，n= 0，這時s=1;啟動后的極端情況n=n， 則s=0，即s在01之間變化，一般異步電動機在額定負載下的s=1%-6%綜 合（2-7）和（2-8）式可以得出：由式（2-9）可以看出，對于成品電機，其極對數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s的變化不大，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，進而達到異步

17、電機調(diào)速的目的。2.2 變頻調(diào)速的控制方式及選定2.2.1V/F比恒定控制V/F比恒定控制是異步電動機變頻調(diào)速中最基本的控制方式。 它是在改變變 頻器輸出電壓頻率的同時改變輸出電壓的幅值， 以維護電機磁通基本恒定，從而 在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動機的效率、功率因數(shù)不下降。V/F控制是目前通用 變頻器中廣泛采用的控制方式。三相交流異步電動機在工作過程中鐵心磁通接近飽和狀態(tài)， 從而使鐵心材料 得到充分的利用。在變頻調(diào)速的過程中，當電動機電源的頻率發(fā)生變化時， 電動 機的阻抗將隨之變化，從而引起勵磁電流的變化，使電動機出現(xiàn)勵磁不足或勵磁(2-7)n =n0(1 -s)二60f(1 -s)P(2-9)

18、第io頁共32頁過強。在勵磁不足時電動機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低， 而勵磁過強時又會使鐵心中的磁 通處于飽和狀態(tài)，是電動機中流過很大的勵磁電流， 增加電動機的功率損耗，降 低電動機的效率和功率因數(shù)。因此在改變頻率進行調(diào)速時，必須采取措施保持磁 通恒定為額定值。1基頻以下調(diào)速由式(2-10)可知，要保持：竊不變，當頻率fi從額定值fN向下調(diào)節(jié)時，必須 同時降低Ei,使Elf=常值只要1保持Eif為常數(shù)，就可以達到維持磁通恒定的目的。因此這種控制又 稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。根據(jù)電機端電壓和感應電勢的關系式：Ui = Ei +(r古jx)|i(2_12)式中：Ui-定子相電壓；ri-定子電阻

19、；為-定子阻抗；“-定子電流。當電機在額定運行情況下，電機定子電阻和漏阻抗的壓降較小，Ui和Ei可以看成近似相等，所以保持V彳=常數(shù)即可。由于Vf比恒定調(diào)速是從基頻向下調(diào)速，所以當頻率較低時，Ui與匕都變小，定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略。這種情況下，可以人為 地適當提高定子電壓以補償電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。變頻后的機械特性如圖2.4所示圖2.4電動機低于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時的機械特性從圖2.4中可以看出，當電動機向低于額定轉(zhuǎn)速no方向調(diào)速時，曲線近似平 行地下降，減速后的電動機仍然保持原來較硬的機械特性；但是臨界轉(zhuǎn)矩卻隨著 電動機轉(zhuǎn)速的下降而逐漸減小，這就是造成

20、了電動機負載能力的下降。變頻后機械特性的降低將是電動機帶負載能力減弱，影響交流電動機變頻調(diào) 速的使用。一種簡單的解決方法就是所示的Vf轉(zhuǎn)矩補償法。Vf轉(zhuǎn)矩補償法的原理是：針對頻率f降低時，電源電壓U成比例地降低引 起的U的下降第12頁共32頁過低，采用適當?shù)奶岣唠妷篣的方法來保持磁通量Gm恒定，使電 動機轉(zhuǎn)矩回升，因此，有些變頻器說明書又稱它為轉(zhuǎn)矩提升(Torque Boos)。帶定子壓降補償?shù)膲侯l比控制特性示于圖2.5中的b線，無補償?shù)目刂铺匦?則為a線。定子降壓補償只能補償于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時的機械特性，而對向高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時的機械特性不能補償。圖2.5壓頻比控制特性曲線補償后的機械

21、特性曲線如圖2.6所示7圖2.6補償后的機械特性曲線2.在基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從額定頻率fN向上增高，但是電壓卻不能超出額定電壓UN，由式(2-10)可知，這將迫使磁通與頻率成反比例降低。 這種調(diào)速方式下，轉(zhuǎn)子升高時轉(zhuǎn)矩降低，屬于恒功率調(diào)速方式。變頻后的機械特性如圖2.7所示。匸 -. -嚴產(chǎn)AI_ !_LJ_i_T 7.T.T圖2.7電動機高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時的機械特性當電動機向高于額定轉(zhuǎn)速no方向調(diào)速時，曲線不僅臨界轉(zhuǎn)矩下降，而且曲 線工作段的斜率開始增大，使得機械特性變軟。第13頁共32頁造成這種現(xiàn)象的原因是：當頻率fi升高時，電源電壓不可能相應升高。這是 因為電動機

22、繞組的絕緣強度限制了電源電壓不能超過電動機的額定電壓，所以， 磁通量叮竊將隨著頻率fi的升高反比例下降。磁通量的下將使電動機的轉(zhuǎn)矩下 降，造成電動機的機械特性變軟。以上調(diào)速方式相應的特性曲線如圖2.8所示。f, ,|恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;恒功率調(diào)速S_亠圖2.8整個頻率調(diào)速的特性曲線注：圖中曲線1在低頻時沒有定子降壓補償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線圖中曲線2在低頻時有定子降壓補償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線Vf比恒定控制存在的主要問題是低速性能差。 其原因一方面是低速時定子 的電壓和電勢近似相等條件已不能滿足， 所以仍按Vf比恒定控制就不能保持電 機磁通恒定，而電機磁通的減小勢必會造成電機的電磁轉(zhuǎn)矩減小。另一方面原

23、因是低速時逆變器橋臂上、下開關元件的導通時間相對較短， 電壓下降，而且它們 的互鎖時間也造成了電壓降低，從而引起轉(zhuǎn)矩脈動，在一定條件下這將會引起轉(zhuǎn) 速、電流的振蕩，嚴重時會導致變頻器不能運行。(1)其它控制方式4.1轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速轉(zhuǎn)差率控制方式是Vf控制的一種改進，這種控制需要由安裝在電動機上的 速度傳感器檢測出電動機的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出時轉(zhuǎn)差率， 而變頻器的輸出頻率則有電動機實際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。它是解決Vf控制靜態(tài)性能較差的一種有效方法。雖然這種方法可以提高調(diào)速精度，但是 它需要使用速度傳感器來求取轉(zhuǎn)差角頻率，還要針對具體電機的機械特性調(diào)整控 制參數(shù)，因而

24、此方法的通用性較差。4.2矢量控制變頻調(diào)速矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流la、lb、lc通過三相兩相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流匕、，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流m1、廿（ml相當于直流電動機的勵磁電流；1相當于與轉(zhuǎn)矩成比例的電樞電流），然后 仿效直流電動機的控制方法，求得直流電動機控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換， 實現(xiàn)對異步電動機的控制。在高性能的異步電機控制系統(tǒng)中多采用交叉閉環(huán)控制 的矢量控制。采用矢量控制方式的目的，第14頁共32頁主要是為了提高變頻調(diào)速的動態(tài)性能。 雖然這一理論的提出是交流傳動理論上的一個飛躍

25、，但是由于它既要確定轉(zhuǎn)子的磁鏈，又要進行坐標變換，還要考慮轉(zhuǎn)子參數(shù)變動帶來的影響， 所以系統(tǒng)非常復 雜。矢量控制變頻器通常應用于軋鋼、造紙設備等對動態(tài)性能要求較高的場合。3.直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速日前市場銷售的通用變頻器的控制多半為Vf比恒定控制，它的應用比較廣 泛，特別是在風機，泵及土木機械等方面應用較多，Vf比恒定控制的突出優(yōu)點 是可以進行電機的開環(huán)速度控制。從以上的分析可看出，Vf控制常用于速度精度要求不十分嚴格或負載變動 較小的場合。由于Vf控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單， 負載可以是通用標準異步電機，所以這種控制方法通用性強、 經(jīng)濟性好，是目前 通用變頻器產(chǎn)品中使用較

26、多的一種控制方式。由此，在本設計中采用Vf控制。第15頁共32頁第三章變頻器主電路設計3.1 主電路的工作原理變頻調(diào)速實際上是向交流異步電動機提供一個頻率可控的電源。能實現(xiàn)這個 功能的裝置稱為變頻器。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路 通常采用交-直-交方式，先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡ㄕ鳎瑸V波），再將直流電轉(zhuǎn) 變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。在本設計中采用圖3.1的主電路，這也是變頻器常用的格式4。一 5耳 丁畑二二 g圖3.1電壓型交直交變頻調(diào)速主電路4.1.1變頻器主電路設計的基本工作原理1整流電路整流電路是把交流電變換為直流電的電路。 本設計中采用了三相橋式不控整 流電路，主

27、要優(yōu)點是電路簡單，功率因數(shù)接近于1,由于整流電路原理比較簡單， 設計中不再做詳細的介紹5。2.逆變的基本工作原理將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。完成逆變功能的裝置叫做逆變器， 它是變頻器的主要組成部分，電壓性逆變器的工作原理如下：（1）單相逆變電路在圖3.2的單相逆變電路的原理圖中：當S1、S4同時閉合時，Uab電壓為正；S2、S3同時閉合時，Uab電壓為負。 由于開關$S4的輪番通斷，從而將直流電壓UD逆變成了交流電壓Uab?？梢钥吹皆诮涣麟娮兓囊粋€周期中，一個臂中的兩個開關如：S1、S2交替導通，每個開關導通-電角度。因此交流電的周期（頻率）可以通過改變開關 通斷的速度來調(diào)節(jié)，交流電

28、壓的幅值為直流電壓幅值UD。第16頁共32頁4.2.1三相逆變電路三相逆變電路的原理圖見圖3.3所示。圖3-3中，SiS6組成了橋式逆變電路，這6個開關交替地接通、關斷就可 以在輸出端得到一個相位互相差2二3的三相交流電壓。當Si、S4閉合時，Uu為正；S3、S2閉合時，Uu為負。用同樣的方法得：當S3、S6同時閉合和S5、S4同時閉合，得到UV軌，S5,S2同時閉合和Si、S6同時閉合，得到UWQ。為了使三相交流電Uuy、UVM、UWJJ在相位上依次相差23；各開關的接通、 關斷需符合一定的規(guī)律，其規(guī)律在圖3.3b中已標明。根據(jù)該規(guī)律可得Uue、UV4、UW U波形如圖3.3c所示。圖3.3

29、三相逆變器原理圖a)結(jié)構(gòu)圖b)開關的通斷規(guī)律c)波形圖第17頁共32頁5.2IGBT 及驅(qū)動模塊介紹321 IGBT簡介及驅(qū)動要求絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)是80年代初功率半導體器件技術(shù)與MOS工 藝技術(shù)相結(jié)合研制出的一種復合型器件。眾所周知，構(gòu)成IGBT的MOSFET和BJT各有其優(yōu)缺點。MOSFET屬于單極型器件，具有開關頻率高、沒有二次擊 穿現(xiàn)象、元件并聯(lián)運行容易、控制功率小的優(yōu)點，缺點是導通電阻大，耐壓水平 不容易提高。BJT屬于雙極型器件，具有耐壓水平高、電流大、導通電壓低的優(yōu) 點，缺點是開關時間長，有二次擊穿現(xiàn)象以及控制功率大。 因此，兼具MOSFET和BJT優(yōu)點的新型復合器

30、件IGBT應運而生，IGBT具有耐壓高、電流大、開關 頻率高、導通電阻小、控制功率小等優(yōu)點。并且，隨著IGBT技術(shù)的發(fā)展，其性能不斷得到改善和提高，使得IGBT在大功率開關電源設備中的地位越來越重要， 如UPS、電焊機、電機驅(qū)動、特種工業(yè)電源等都使用IGBT模塊。由于IGBT在 設備中所占成本比例較高，所以掌握好IGBT的特性和正確的使用方法，盡量減 少IGBT模塊的損壞以降低開發(fā)成本和提高整機可靠性，就成為設計者和使用者所必須關心的一個問題.關于IGBT的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要參數(shù)、特性等在 電力電子書本里已經(jīng)有詳細介紹，在這里不在贅述7。IGBT是壓控器件，柵極輸入阻抗高，所需要驅(qū)動功率

31、小，驅(qū)動較為容易。 但必須注意，IGBT的特性與柵極驅(qū)動條件密切相關，隨驅(qū)動條件的變化而變化。1隨著柵極正向電壓UGE的增加，通態(tài)壓降減小，開通損耗也減小若UGE固定不變時，通態(tài)壓降隨集電極電流增大而增大，開通損耗隨結(jié)溫升高而增大。2隨著柵極反向電壓-UGE的增加，集電極浪涌電流減小，而關斷損耗變化 不大，IGBT的運行可靠性提高。3隨著柵極串聯(lián)電阻RG增加，將使IGBT的開通和關斷時間增加，從而使IGBT開關損耗增加；而RG減小，則又將使增大，從而使IGBT在開關過程 中產(chǎn)生較大的電壓或電流尖峰，降低IGBT運行的安全性和可靠性。通過以上分析可以看出，一個理想的IGBT驅(qū)動電路應具有以下基本

32、性能：18通常IGBT的柵極電壓最大額定值為20V，若超過此值，柵極就會被擊 穿，導致器件損壞。為防止柵極過壓，可采用穩(wěn)壓管作保護。19IGBT存在2.56V(T=25 C)的柵極開啟電壓，驅(qū)動信號低于此開啟電壓 時，器件是不導通的。要使器件導通，驅(qū)動信號必須大于其開啟電壓。當要求IGBT工作于開關狀態(tài)時，驅(qū)動信號必須保證使器件工作于飽和狀態(tài)， 否則也會造成器 件損壞。正向柵極驅(qū)動電壓幅值的選取應同時考慮在額定運行條件下和一定過載第18頁 共32頁情況下器件不退出飽和的前提， 正向柵極電壓越高， 則通態(tài)壓降越小， 通態(tài)損耗 也就越小。 對無短路保護的驅(qū)動電路而言， 驅(qū)動電壓高一些有好處， 可使

33、器件在 各種過流場合仍工作于飽和狀態(tài)。 通常，正向柵極電壓取15V。在有短路保護的 場合，不希望器件工作于過飽和狀態(tài)，因為驅(qū)動電壓小一些，可減小短路電流， 對短路保護有好處。此時，柵極電壓可取為13V。另外，為減小開通損耗，要求柵極驅(qū)動信號的前沿要陡。IGBT的柵極等效 為一電容負載，所以驅(qū)動信號源的內(nèi)阻要小。20當柵極信號低于其開啟電壓時，IGBT就關斷了。為了縮短器件的關斷時 間，關斷過程中應盡快放掉柵極輸入電容上的電荷。 器件關斷時， 驅(qū)動電路應提 供低阻抗的放電通路。一般柵極反向電壓取為-(50)V。當IGBT關斷后在柵極 加上一定幅值的反向電壓可提高抗干擾能力。21IGBT柵極與發(fā)射

34、極之間是絕緣的，不需要穩(wěn)態(tài)輸入電流，但由于存在柵 極輸入電容，所以驅(qū)動電路需要提供動態(tài)驅(qū)動電流。 器件的電流、 電壓額定值越 大，其輸入電容就越大。當IGBT高頻運行時，柵極驅(qū)動電流和驅(qū)動功率也是不 小的，因此，驅(qū)動電路必須能提供足夠的驅(qū)動電流和功率。22IGBT是高速開關器件，在大電流的運行場合，關斷時間不宜過短，否則 會產(chǎn)生過高的集電極尖峰電壓。柵極電阻RG對IGBT的開關時間有直接的影響。 柵極電阻過小， 關斷時間過短， 關斷時產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高， 會對器件造 成損壞，所以柵極電阻的下限受到器件的關斷安全區(qū)的限制。 柵極電阻過大， 器 件的開關速度降低， 開關損耗增大， 也會降低其

35、工作效率和對其安全運行造成危 險，所以柵極電阻的上限受到開關損耗的限制。 對600VIGBT器件，柵極電阻可 據(jù)下式確定：Re=(I10) )625/1e式中，Ie為IGBT的額定電流值.柵極電阻的下限取系數(shù)為1,限取系數(shù)為10。對于1200V的IGBT器件，柵極的電阻值可取相同電流額定值的600V器件 阻值的一半。23驅(qū)動電路和控制電路之間應隔離。在許多設備中，IGBT與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系， 而控制電路一般不希望如此。 驅(qū)動電路具有電隔離能力可以保證設備 的正常工作，同時也有利于維修調(diào)試人員的人身安全.驅(qū)動電路和柵極之間的引線應盡可能短， 并用絞線， 使柵極電路的閉合電路面積最小， 以防止

36、感應噪聲的 影響。采用光耦器件隔離時， 應選用高的共模噪聲抑制器件， 能耐高電壓變化率。24輸入輸出信號傳輸盡量無延時。這一方面能夠減少系統(tǒng)響應滯后，另一 方面能提高保護的快速性。25電路簡單，成本低第19頁 共32頁第四章 控制回路設計控制回路是為變頻器的主電路提供通斷信號的電路， 其主要任務是完成對逆 變器開關元件的開關控制。 控制方式有模擬控制和數(shù)字控制兩種， 本設計中采用 的是以微處理器為核心的全數(shù)字控制， 優(yōu)點是它采用簡單的硬件電路， 主要依靠 軟件來完成各種控制功能， 以充分發(fā)揮微處理器計算能力和軟件控制靈活性高的 特點來完成許多模擬量難以實現(xiàn)的功能。設計控制電路如下：驅(qū)動電路設計

37、驅(qū)動電路的作用是逆變器中的逆變電路換流器件提供驅(qū)動信號。 主電路逆變 電路設計中采用的電力電子器件是IGBT，故稱為門極驅(qū)動電路。以下將介紹SPWM技術(shù)工作原理和設計中所選用能產(chǎn)生SPWM波芯片SA4828的基本結(jié)構(gòu) 和工作原理。SPWM調(diào)制技術(shù)簡介脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)是利用全控型電力電子器件的導通和關斷把直流電壓 變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術(shù)。脈寬調(diào)制技術(shù)在逆變器中的應用， 對現(xiàn)代電力電子技術(shù)、 現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā) 展起到了極大的促進作用。 近幾年來。 由于場控自關斷器件的不斷涌現(xiàn)。 相應高 頻SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術(shù)在電機調(diào)速中得到了廣泛應用， 不僅能

38、及時、 準確 地實現(xiàn)變壓變頻控制技術(shù)， 而且更重要地是抑制逆變器輸出電壓或輸出電流中的 諧波分量， 從而提高了電機的工作效率， 擴大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。 實際工程 中目前主要采用的PWM技術(shù)是正弦PWM(SPWM)，這是因為變頻器輸出的電 壓或電流波形更接近于正弦波形。根據(jù)電機學原理， 交流異步電動機變頻調(diào)速時， 如果按照頻率與定子端電壓 之比為定值的方式進行控制， 則機械特性的硬度變化較小， 所以在變頻的同時，也要相應改變定子的端電壓。若采用等脈寬PWM調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)變頻與變壓， 由 于輸出矩形波中含有較嚴重的高次諧波，會危害電動機的正常運行。為減小輸出信號中的諧波分量， 一種有效的途徑是將

39、等脈寬的矩形波變成信 號寬度按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制波，即SPWM調(diào)制波。脈寬調(diào)制指的是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制， 來等效地獲得所需要的 波形(含形狀和幅值)。在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按照正弦規(guī)律變 化。當正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔最??；當正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，那么這樣的電壓脈沖系列就 可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，這種調(diào)制方式稱為正弦波脈寬調(diào) 制。產(chǎn)生SPWM信號的方法是用一組等腰三角波（稱為載波）與一個正弦波（稱為 調(diào)制波）進行比較，如圖4.1所示，兩波形的交點作為逆變開關管的開通與關斷時 間。當調(diào)制波的

40、幅值大第20頁共32頁于載波的幅值時， 開關器件導通，當調(diào)制波的幅值小于載 波的幅值時，開關器件關斷。雖然正弦脈寬調(diào)制波與等脈寬PWM信號相比，諧波成份大大減小，但它畢 竟不是正弦波。提高載波（三角波）的頻率，是減小SPWM調(diào)制波中諧波分量的 有效方法。而載波頻率的提高，受到逆變開關管最高工作頻率的限制。 第三代絕 緣柵雙極型晶體管IGBT的工作頻率可達30KHZ，用IGBT作為逆變開關管，載 波頻率可以大幅度提高，從而使正弦脈寬調(diào)制波更接近正弦波?？捎赡M電路分 別產(chǎn)生等腰三角波與正弦波，并送入電壓比較器，輸出即為SPWM調(diào)制波。圖4.1為SPWM波生成方法10:圖4.1 SPWM波生成方法

41、采用模擬電路的優(yōu)點是完成三角波與正弦波的比較并確定輸出脈沖寬度的 時間很短，幾乎瞬間完成。缺點是電路所用硬件較多，改變參數(shù)和調(diào)試比較困難。 若用單片機直接產(chǎn)生SPWM信號，由于需要通過計算確定正弦脈寬調(diào)制波的寬 度，使SPWM信號的頻率及系統(tǒng)的動態(tài)響應都較慢。對于調(diào)速精度、調(diào)速方式 要求較高的交流異步電動機，可以采用各項性能指標都非常完善， 但價格也比較 昂貴的通用變頻器；對一般交流電動機的變頻調(diào)速，可以直接采用三相SPWM調(diào)制信號專用芯片構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)。在本設計中選用SA4828。SA4828是MITEL公司推出的一種專用于三相SPWM信號發(fā)生和控制的集成芯片，可以和單片機 接口，完成對交流電

42、動機的變頻調(diào)速。SPWM波生成芯片特點和引腳功能1.SA4828的特點全數(shù)字控制，兼容In tel等多系列單片機，輸入調(diào)制波頻率范圍04kHz，16位調(diào)速分辯率，載波頻率最高可達24kHz，內(nèi)部ROM固化3種可選波形，第21頁共32頁最小脈寬和延時時間可調(diào)，可單獨調(diào)整各相輸出以適應不平衡負載，具備看門狗定時器功能等。2.SA4828引腳功能SA4828采用28腳封裝。 下圖給出了其引腳排列示意圖和原理框圖11。&匚 QTODRSZFPRwssEPKT5ZTTRIPyPHTBPKTVsBPKB圖4.2 SA4828引腳排列示意圖各引腳的功能說明如下：（1）輸入類管腳說明AD0AD7:8位

43、地址與數(shù)據(jù)復用總線。SET TRIP:通過該引腳，可以快速關斷全部SPWM信號輸出，高電平有效。RESET:復位端，低電平有效。CLK:時鐘信號輸入端。MUX:總線選擇端。當MUX為高電平時，使用地址和數(shù)據(jù)共用的總線， 這時，地址/數(shù)據(jù)管腳RS不用；當MUX為低電平時，使用地址和數(shù)據(jù)分開的總 線，這時，地址鎖存器ALE接低電平，RS引腳要與一條地址線相連，來區(qū)分輸 入的字節(jié)是地址（低電平），還是數(shù)據(jù)（高電平），通常先地址后數(shù)據(jù)。CS:片選輸入，該控制線可使SA8282與其他外圍接口芯片共享同一組總 線，低電平有效。WR、RD：Intel（Motorola）總線控制write、read信號。AL

44、E:地址鎖存允許。VDD:供電電源正端（+5V）。Vss:供電電源負端（0V）。1DLALECSTRIPRPE1BYPHB35LDLI第22頁共32頁（2）輸出類管腳說明RPHB、YPHB、BPHB:這些引腳通過驅(qū)動電路控制逆變橋的R、Y、B相的下臂開關管。RPHT、YPHT、BPHT:這些引腳通過驅(qū)動電路控制逆變橋的R、Y、B相 的上臂開關管。以上引腳都是標準TTL輸出，每一個輸出都有12mA的驅(qū)動能力，可以直 接驅(qū)動光耦。TRIP:輸出封鎖狀態(tài)指示，低電平表示禁止輸出。ZPPR:零相位脈沖輸出端。Wss：波形采樣同步端口。RS：寄存器選擇端。SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理SA4828為28

45、引腳的DIP或SOIC封裝的控制芯片，內(nèi)部具有總線控制及譯 碼電路，有多種寄存器和相控邏輯電路。外部時鐘輸入經(jīng)分頻器分成設定的頻率， 并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內(nèi)三種調(diào)制波形進行比較，自動生成SPWM輸出脈沖，然后通過脈沖刪除電路刪除窄脈沖（如圖4.3）圖4.3脈沖序列中的窄脈寬因為這種脈沖不起任何作用，只會增加開關管的損耗。通過脈沖延遲電路生成死區(qū)，從而保證橋上的管子不會在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間導通短路?？撮T狗定時器用來防止程序跑飛，當條件滿足時快速封鎖輸出。SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖如圖4.4所示。第23頁共32頁SA4828的設置是通過單片機接口將數(shù)據(jù)送入SA4828芯片內(nèi)的兩個寄存

46、器（初始化寄存器和控制寄存器）來實現(xiàn)的。初始化寄存器用于設定與交流電動機有 關的基本參數(shù)，這些參數(shù)要在PWM輸出端允許輸出前設定，系統(tǒng)工作以后不允 許改變。控制寄存器是在工作過程中控制輸出脈寬調(diào)制波的狀態(tài)， 從而進一步控 制交流電動機的運行狀態(tài)，通常在工作時，該寄存器的內(nèi)容常被改寫，以實現(xiàn)實 時對交流電動機的速度進行控制。參數(shù)的設定是通過8個暫存器Ro、R、R2、R3、R4、R5、R14、R15來傳送 的。其中R4和R15是兩個虛擬的寄存器，實際上并不存在。初始化參數(shù)要先寫入RoR5，然后通過對Ri4的寫操作將參數(shù)送入初始化寄存器，再將控制參數(shù)寫入 尺R5，并通過對R5的寫操作將參數(shù)送入控制寄

47、存器。SA4828各控制寄存器的 地址見表4.1所列。表4.1各寄存器地址寄存器AD3AD2AD1AD0地址R0000000 HR1000101 HR2001002 HR3001103 HR4010004 HR5010105 HR1411100E HR1511110F H4.2 保護電路過、欠壓保護電路設計過壓、欠壓保護是針對電源異常、主回路電壓超過或低于一定數(shù)值時考慮的。 通用變頻器輸入電源電壓允許波動的范圍一般是額定輸入電壓的士10%。通常情況下，主回路直流環(huán)節(jié)的電壓與輸入電壓保持固定關系。當輸入電源電壓過高， 將使直流側(cè)電壓過高。過高的直流電壓對IGBT的安全構(gòu)成威脅，很可能超過IGBT

48、的最大耐壓值而將其擊穿，造成永久性損壞。當輸入電壓過低時，雖不會 對主回路元件構(gòu)成直接威脅，但太低的輸入電壓很可能使控制回路工作不正常， 而使系統(tǒng)紊亂，導致SA4828輸出錯誤的觸發(fā)脈沖，造成主回路直通短路而燒壞IGBT。而且較低的輸入電壓也使系統(tǒng)的抗干擾能力下降。因此有必要對系統(tǒng)的 電壓進行保護。圖4.5為本文介紹的變頻器過壓保護電路。第24頁共32頁圖4.5過電壓保護電路它直接對直流側(cè)電壓進行檢測。其中電壓信號的取樣是通過電阻R1和R2分壓得到的，電容G起濾波抗干擾作用，防止電路誤動作。過壓設定值從電位器Wi上取出。運放U1: A接成比較器的形式。當取樣電壓高于設定值時（異常情況下）， 比

49、較器輸出高電平，光耦器件導通，輸出低電平保護信號。其中電阻R5是正反饋電阻，它的接入使正反饋有一定回差，防止取樣信號在給定點附近波動時比較 器抖動，這里將過壓保護的動作值整定為額定輸入電壓的110%欠壓產(chǎn)生的原因有兩種：一是輸入的交流電壓長時間低于標準規(guī)定的數(shù)值。 另一種是瞬時停電或瞬時電壓降低。欠電壓導致逆變器開關器件驅(qū)動功率不足而 燒壞開關器件。一般欠壓信號從直流端取樣，這樣既能在欠電壓，過電壓時檢測 出信號進行保護，又不會因為短時間因為在欠電壓，過電壓并未構(gòu)成危險時而保 護誤動作。欠壓保護電路的原理與過壓保護電路類似。 其電壓取樣與過壓取樣相同，欠 壓設定值由W2上取出。運放U1: B接

50、成比較器的形式。當取樣電壓高于設定值時（正常情況下），比較器輸出高電平，光耦器件不導通，輸出高電平。當取樣電壓 低于設定值時（欠壓情況下），比較器輸出低電平，光耦器件導通，輸出低電平保 護信號。其電路下圖所示。動作值整定為輸入電壓的85%本系統(tǒng)的故障自診斷是指在系統(tǒng)運行前， 變頻器本身可以對過載、過壓、欠 壓保護電路進行診斷，檢測其保護電路是否正常。因此故障自診斷功能就是由單 片機控制發(fā)出各種等效故障信號， 檢測對應的保護電路是否動作，若動作則說明 保護電路正常， 反之說明保護電路本身有故障，應停機對保護電路進行檢查，直 到顯示器顯示正常為止。圖4.6欠壓保護電路第25頁共32頁故障自診斷電路

51、工作過程如下：單片機控制HS0.2口發(fā)出一高電平，經(jīng)非門 整形后輸出低電平，光耦器件導通，有電流流過三極管的基極，三極管導通輸出 低電平，輸出的低電平自診斷信號分別送至過壓、欠壓保護電路。因SA4828的SET TRIP端為高電平有效,所以應加上一個反相器,使其反相后輸出高電平。以 下的過流信號也是如此.故障自診斷電路如圖4.7所示間：自謖斷信號過流保護設計變頻器在諸如直流短路、橋臂短路、輸出短路、對地短路等情況下，電流變 化非常迅速，元件將承受極大的電壓和電流，而IGBT器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它在足夠大的電流下會出現(xiàn)鎖定現(xiàn)象， 造成管子失控無法關斷，以至燒壞，所以過 流之前必須使IGBT關斷以

52、切斷電流，雖然在IGBT的驅(qū)動模塊EXB840中已經(jīng)有 過流保護，但考慮到過大時IGBT還未來得及關斷已經(jīng)發(fā)生鎖定現(xiàn)象的可能 性，必須采取輔助斷流措施。這里采用瑞士LEM公司生產(chǎn)的霍爾效應磁場補償式電流傳感器來進行電流的檢測。在此傳感器的輸出端串電阻R,則R上的壓降反應了被測的電流。過流發(fā)生時，R上的壓降大于過流保護動作整定值，比較器LEM324輸出低電平去封鎖IGBT的驅(qū)動電路的輸入信號，即可使橋臂上的所有IGBT處于截止狀態(tài)實現(xiàn)過流保護的功能。 過流保護的電路示意圖如4.8圖所示:圖4.8過流保護電路4.3 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)單片機在整個控制系統(tǒng)中起著核心作用，從電流電壓的檢測到參數(shù)的計算、

53、存儲和傳送，再到人機接口的實現(xiàn)，都是單片機在其中穿針引線，控制、協(xié)調(diào)各 部分的工作。它的性能的好壞及工作的正常與否對整個控制系統(tǒng)有著重要的影 響。在本設計中選用單片機課程學習到的In+ 1SVR2T圖4.7故障自診斷電路自謹斷倍nd-自償斷嘗號第26頁共32頁tel公司的8051單片機。8051是高第27頁共32頁性能的單片機，因受到引腳數(shù)目的限制，它屬于地址與數(shù)據(jù)復用的單片機， 可以 與SA4828直接接口。其內(nèi)部有4KB的ROM以下是它的引腳圖 網(wǎng)。圖4.9 8051引腳圖圖15模擬量的頻率給定通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀入8051,轉(zhuǎn)化為SA4828的控制字，以控制觸發(fā)信號的波形。AD

54、C0809是一種8路模擬輸入的8位逐次 逼近型A/D轉(zhuǎn)換器件，電位器的輸出接其輸入IN0（當51單片機沒有當51單片 機沒有外擴RAM和I/O口時,ADC0809就可以在概念上作為一個特殊的唯一的 外擴RAM單元。因為它是唯一的，就沒有地址編號，也就不需要任何地址線或 者地址譯碼線。只要單片機往外部RAM寫入，就是寫到ADC0809的地址寄存 器中。 只要單片機從外部RAM讀取數(shù)據(jù)， 就是讀取ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ）EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號經(jīng)一非門接8031外部中斷1（P3.3）。8051通過地址線P2.0和讀寫信號來控制轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入通道地址鎖 存，啟動允許輸出。圖4.10單片機系統(tǒng)圖因

55、8051的復用總線結(jié)構(gòu)，SA4828的MU）引腳應該接高電平或懸空不接。8051的P0口與SA4828的AD口連接，提供8位數(shù)據(jù)和低8位地址，SA4828芯片中的 地址鎖存器可以鎖存來自8051的低八位地址，從而將AD口輸入的地址和數(shù)據(jù)分 開，SA4828的地址鎖存器由8051的ALE引腳控制，同時連接的控制信號還有讀， 寫信號RD,WR.SA4828的片選信號CS用8051的P2.7引腳來控制，這樣SA4828的8個寄存器的地址為：P10P00P11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P218051P22T1P23T0P24P2

56、5EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSEN因8051已經(jīng)比較常見和熟悉,這里不再詳細介紹圖4.10是單片機的系統(tǒng)213i3FxFFF8051SA4828YPHT.除第28頁共32頁寄存器R0R5的地址：0000H0005H。虛擬寄存器R14,R15的地址：000EH，000FHSA4828的STTRIP弓I腳接8051的P1.0,使單片機能在異常情況下封鎖SA4828的輸出，ZPPR引腳接8051的P3.2 ( INT0)，測量調(diào)試波的頻率，用于 顯示。因8051的復位端為咼電平有效，而SA4828為低電平有效，所以在兩者 中間需要加上反相器。SA4828

57、的TRIP引腳接一個發(fā)光二極管，當SA4828的輸出被封鎖時，發(fā)光 二極管亮，用于指示封鎖狀態(tài)。SA4828的六個輸出引腳分別通過各自的驅(qū)動電 路來驅(qū)動逆變橋的六只開關管。第29頁共32頁第五章變頻器軟件設計圖5.1程序設計流程圖SA4828 的編程5.2.1初始化寄存器編程初始化是用來設定與電動機有關的參數(shù)。 包括載波頻率設定，調(diào)制波頻率范 圍設定，脈沖延時時間設定，最小刪除脈寬設定，調(diào)制波形選擇，幅值控制，看 門狗時間常數(shù)設定等。下表為初始化編程時，R0-R5各寄存器的內(nèi)容17。表5.1初始化編程時R0-R5各寄存器內(nèi)容76543210R0FRS2FRS1FRS0XXCFS2CFS1CFS

58、0R1XPDT6PDT5PDT4PDT3PDT2PDT1PDT0R2XXPDY5PDY4PDY3PDY2PDY1PDY0R3XXAC00XWS1WS0R4WD15WD14WD13WD12WD11WD10WD9WD85.1 流程圖軟件設計的流程圖如圖5.1。開始往fiO-RESSS.ffl往他-府寫控制聲數(shù)尤許輸出停機顯示退出第30頁共32頁R5WD7WD6WD5WD4WD3WD2WD1WD0第31頁共32頁載波頻率設定。載波頻率（三角波頻率）設定字由CFS0-CFS2這3位組成。理論上，載波頻率越咼越好，但頻率越咼損耗會越大，另外，還受開關管最式中：fcLK為時鐘頻率，n的二進制數(shù)即為載波頻率

59、設定字。（2）調(diào)制波頻率范圍設定。調(diào)制波頻率范圍設定字是由FRSOFRS2這三位 組成。調(diào)制波頻率決定了電動機的轉(zhuǎn)速， 因此應先根據(jù)電動機的調(diào)速范圍， 計算 調(diào)制波頻率范圍。調(diào)制波頻率范圍為:(5-2)式中：m值的二進制數(shù)即為調(diào)制波頻率范圍設定字。（3）最小刪除脈寬設定。該設定字由PDTOPDT6這7位組成。最小刪除脈 寬為：(5-3)式中：APDT的二進制數(shù)即是最小刪除脈寬設定字?？紤]到延遲（死區(qū)）的因素，在延遲時，通常的做法是在保持原頻率不變的 基礎上，使開關管延遲導通，如圖5.2所示，實際輸出脈寬實際輸出的脈寬=延遲前的脈寬-延遲時間。SA4828的工作順序是先刪除最 窄脈沖，然后在延遲

60、，tPDT應是延遲前的最小刪除脈寬。它等于實際輸出的最小高頻率的限制，因此要合理設定。載波頻率fCARRfCLK512 2n 1fCARR的計算式為：（5-1）fRANGEfCARR384tPDT127-nPDTfCARR512延遲前的脈寬圖5.2延遲前后的脈寬關系第32頁共32頁脈寬加上延遲時間，即：tpDT=實際輸出的最小脈寬+tpDY麗。4脈沖延遲時間設定。該設定字由PDYOPDY5這6位組成。脈沖延時 為：式中：npDY的二進制數(shù)即是脈沖延遲時間設定字。5調(diào)制波形選擇。調(diào)制波形選擇是通過波形選擇字WSO、WS1這2位來完 成的。根據(jù)WSO、WS1可選擇純正弦波、增強型波、高效波三種調(diào)制波形。其