畢業(yè)設(shè)計(jì)---pwm交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的PWM交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用GTO作為主功率器件，以16位單片機(jī)8098為控制核心 ，輔以正弦脈寬調(diào)制專用芯片HEF4752V配合而完成三相異步電動(dòng)機(jī)的PWM交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　本調(diào)速系統(tǒng)充分利用了三相PWM集成芯片HEF4752V的低功耗、可編程、輸出開關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，與高

2、能的16位單片機(jī)8098構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)控制部分。同時(shí)采用HEF4752V產(chǎn)生的GTO驅(qū)動(dòng)電路，HEF4752V的使用不僅使得系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)得到簡化，而且還有助于提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。該調(diào)速系統(tǒng)由8279構(gòu)成鍵盤顯示部分，鍵盤部分通過16鍵鍵盤輸入命令，0~9為數(shù)字鍵、A~F為功能鍵實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；顯示部分采用8位8段共陰極LED進(jìn)行顯示。HEF4752V用于產(chǎn)生PWM信號(hào)，它能方便組成各種PWM逆變器-交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、不斷電電

3、源等。</p><p>　　本調(diào)速系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行了系統(tǒng)主程序、鍵盤掃描程序、顯示程序以及升降頻的控制程序等的設(shè)計(jì)，還對(duì)PID算法進(jìn)行介紹，并用其進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)本系統(tǒng)加以控制，為保證系統(tǒng)工作的可靠性，設(shè)計(jì)了多種保護(hù)電路和抗干擾措施。</p><p>　　該變頻系統(tǒng)的研究開發(fā)將有利于風(fēng)機(jī)、泵類等傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)改造，為變頻器的開發(fā)和研究打下基礎(chǔ)。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制性好，電路簡單可靠，特別適用于

4、中小功率的交流異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；變頻調(diào)速；HEF4752V；GTO</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, A digital control of AC variable frequency drive system based on

5、 high carrier frequency PWM converter is developed. It uses the power GTO as main switch, the 16 bit single chip microcomputer 8098 as the control unit, the large-scale integration HEF4752V as PWM waveform generator.<

6、/p><p>　　The advantages of HEF4752V are fully utilized. They are low consuming, programmable and high switching frequency. It forms the computer control component of the drive system with single chip microcompu

7、ter 8098. The GTO drive circuit uses HEF4752V driver. The hardware is simplified, and system reliability is improved. The system based on keyboard control. Its keyboard constitutes with 8279 .There are 16 keys in keyboar

8、d part. Keys 0~9 are data-keys, A~F are functional keys ，adopt 8 bit 8 total ca</p><p>　　The software is institute with main process, keyboard scan process, display process and high-down frequency control pr

9、ocess. The PID control is using equivalent area principle. It is high accuracy and easy to calculate. It designs protect system to make the system work well.</p><p>　　The hardware, the control algorithm and

10、the software of the control system are discussed, shows that the system works well. The real-time control performance of this system is good and electrical circuit is simple and reliable. It is preferable in the small an

11、d middle AC asynchronous motor frequency change-timing system.</p><p>　　Key Words: Single chip microcomputer；Frequency change-timing；HEF4752V； GTO</p><p><b>　　目 錄</b></p><

12、;p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概述1</p><p>　　1.1.1 發(fā)展過程1</p><p>　　1.1.2 交流調(diào)速系統(tǒng)分類2</p><p>　　1.1.3 交流調(diào)速系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域3</p><p>　　1.2

13、 器件技術(shù)與交流調(diào)速系統(tǒng)4</p><p>　　1.2.1 電力電子器件4</p><p>　　1.2.2 發(fā)展前景7</p><p>　　1.3 論文的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容8</p><p>　　第2章 PWM變頻調(diào)速原理9</p><p>　　2.1 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行原理9</p><

14、p>　　2.2 PWM的調(diào)制方式10</p><p>　　2.3 變頻器的構(gòu)成與功能11</p><p>　　2.3.1 主回路12</p><p>　　2.3.2 控制回路13</p><p>　　2.3.3 保護(hù)回路14</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)16</p><

15、p>　　3.1 主回路16</p><p>　　3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)16</p><p>　　3.2.1 控制核心8098單片機(jī)最小系統(tǒng)17</p><p>　　3.2.2 8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器18</p><p>　　3.2.3 鍵盤顯示電路18</p><p>　　3.3 PWM信號(hào)的產(chǎn)生

16、19</p><p>　　3.4 轉(zhuǎn)速測量電路23</p><p>　　3.4.1 M法工作原理24</p><p>　　3.4.2 T法工作原理24</p><p>　　3.4.3 M/T法工作原理25</p><p>　　3.5 保護(hù)電路25</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)

17、27</p><p>　　4.1 系統(tǒng)的工作過程27</p><p>　　4.2 鍵盤顯示原理29</p><p>　　4.3 變頻調(diào)速的PID控制30</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試33</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試33</p><p>　　5.2系統(tǒng)抗干擾措施33&

18、lt;/p><p>　　5.2.1硬件抗干擾措施33</p><p>　　5.2.2軟件抗干擾措施34</p><p>　　第6章 結(jié) 論35</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><

19、;p><b>　　附錄Ⅰ39</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ52</b></p><p><b>　　附錄Ⅲ54</b></p><p><b>　　附錄Ⅳ58</b></p><p><b>　　緒 論</b&g

20、t;</p><p>　　交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概述</p><p><b>　　發(fā)展過程</b></p><p>　　19世紀(jì)相繼誕生了直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，由于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩容易控制，因此它作為調(diào)速電動(dòng)機(jī)的代表在10世紀(jì)的大部分年代廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。直流調(diào)速系統(tǒng)具有起、制動(dòng)性能好、調(diào)速范圍廣、靜差小及穩(wěn)定性好的等優(yōu)點(diǎn)，晶閘管整流裝置的應(yīng)

21、用更使直流調(diào)速在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，相比交流電動(dòng)機(jī)則只能應(yīng)用于不變速的或要求調(diào)速性能不高的傳動(dòng)系統(tǒng)中。</p><p>　　雖然直流調(diào)速系統(tǒng)的理論和實(shí)踐應(yīng)用比較成熟，但由于電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量、最高電壓、最高轉(zhuǎn)速及過載能力等主要技術(shù)指標(biāo)受機(jī)械換向的制約，限制了直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，使得人們長期以來尋找用交流電動(dòng)機(jī)替代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方案，研究沒有換向器的交流調(diào)速系統(tǒng)。交流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：沒有電刷和換向器，結(jié)構(gòu)

22、簡單，運(yùn)行可靠，使用壽命長，維護(hù)方便，且價(jià)格比相同容量的直流電動(dòng)機(jī)低。早在20年代到30年代就有人提出用交流調(diào)速的有關(guān)理論來代替直流調(diào)速的有關(guān)理論，到60年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速得以迅速發(fā)展。1971年伯拉斯切克（F.Blaschke）提出了交流電動(dòng)機(jī)矢量控制原理，使交流轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)從理論上解決了獲得與直流轉(zhuǎn)動(dòng)相似的靜、動(dòng)態(tài)特性問題。矢量變換控制技術(shù)（或稱磁場定向控制技術(shù)）是一種模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制。眾所周知，調(diào)速的關(guān)鍵問題在

23、于轉(zhuǎn)矩的控制，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為T=CT ΦIa，其中CT是轉(zhuǎn)矩常數(shù)，磁通Φ和電樞電流Ia是兩個(gè)可以單獨(dú)控制的獨(dú)立變量，它們之間互成900正交關(guān)系，在電路上互不影響，可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。而交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為T=CT’Φm I2cos φ2 ，其中CT’是異步電</p><p>　　矢量控制理論的提出只解決了交流傳遞控制理論上的問題，而要實(shí)現(xiàn)矢量控制技術(shù)，則需要復(fù)雜的模擬電子電路，其設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試均

24、很麻煩，直到有了全控制大功率快速電力電子器件和微機(jī)控制之后，可以用軟件來實(shí)現(xiàn)矢量控制的算法，才使硬件電路規(guī)范化，從而降低了成本，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　繼矢量控制技術(shù)發(fā)明之后，又相繼提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、標(biāo)量解耦控制等方法，均能達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)性能，這表面，交流調(diào)速系統(tǒng)完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相抗衡、相媲美。</p><p><b>　　交流調(diào)速系統(tǒng)分類</

25、b></p><p>　　我們知道交流電機(jī)包括異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類。對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)而言，其轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　　（1-1）</b></p><p>　　從轉(zhuǎn)速可以知道改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p、改變定子供電頻率f以及改變轉(zhuǎn)差率s都可達(dá)到調(diào)速的目的。對(duì)同步電機(jī)而言，同步電機(jī)轉(zhuǎn)速為：</p><p>&

26、lt;b>　?。?-2）</b></p><p>　　由于實(shí)際使用中同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)p固定，因此只有采用變壓變頻（VVVF）調(diào)速，即通常說的變頻調(diào)速。交流調(diào)速系統(tǒng)分類如下：</p><p>　　圖1.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類框圖</p><p>　　上述調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性能與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美，實(shí)際應(yīng)用中最為廣泛，也是最有發(fā)展前途

27、調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　一、異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　1、轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率是消耗在轉(zhuǎn)子上的，不論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本保持不變，因此效率高。變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變頻調(diào)速均屬于此類，但變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，應(yīng)用受到限制；而變頻調(diào)速是無級(jí)調(diào)速，應(yīng)用非常廣泛。根據(jù)變頻器的不同，變頻器又分為交-交變頻器調(diào)速和交-直-交變頻器調(diào)速。</p>

28、<p>　　2、轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換成熱能被消耗，因此效率低，但系統(tǒng)簡單，因此仍有一定的應(yīng)用場合。</p><p>　　3、轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率中一小部分被消耗掉，而余下的大部分則通過變流裝置回饋給電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能加以利用，并且轉(zhuǎn)速越低，回饋底功率就越多，因此效率介于上述兩類調(diào)速系統(tǒng)之間。</p><p>　　二、同

29、步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　1、他控變頻調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)是用獨(dú)立的變頻裝置給同步電動(dòng)機(jī)提高變頻電源的。</p><p>　　2、自控變頻調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)是電機(jī)軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置檢測器（BQ）來控制變頻裝置脈沖時(shí)刻的。</p><p>　　交流調(diào)速系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)設(shè)備電器傳動(dòng)中應(yīng)用十分

30、廣泛，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，我國在電網(wǎng)的總負(fù)荷中，動(dòng)力負(fù)荷約占60%，其中異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總負(fù)荷的85%左右，因此對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的有效利用，在改善其運(yùn)行性能、節(jié)約能源等方面，交流調(diào)速系統(tǒng)大有用武之地，其主要應(yīng)用可歸納如下。</p><p><b>　　一、以節(jié)能為目的</b></p><p>　　工業(yè)企業(yè)大量使用的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)類負(fù)載是用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的，這類負(fù)載的用電

31、量約占工業(yè)用電量的50%左右，其中有不少場合需要調(diào)節(jié)流量，但由于過去交流電動(dòng)機(jī)本身不能調(diào)速，只得用閘閾、擋板、放空及回流等措施來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量和供水的流量，早成狠毒的電能浪費(fèi)。如果把傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)流量裝置換成交流調(diào)速裝置，采用改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，則可 大大節(jié)約電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改換交流調(diào)速裝置后每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均可節(jié)約電能20%，節(jié)電效果十分明顯。</p><p>　　二、以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高

32、生產(chǎn)率為目的</p><p>　　工業(yè)生活中有許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，例如為了提高搬運(yùn)機(jī)械停止位置精度、提高生產(chǎn)線速度控制精度而采用有反饋裝置的流量控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；又如生產(chǎn)將時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)最佳速度控制及協(xié)調(diào)生產(chǎn)線內(nèi)各部分的速度，使其同步、同速以提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工精度等等。這些生產(chǎn)機(jī)械需要高性能的調(diào)速裝置，過去多采用直流傳動(dòng)?，F(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)，完全能獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的高動(dòng)態(tài)性能。并且由于交流電動(dòng)機(jī)比直

33、流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維修方便、效率高、成本低，因此在此領(lǐng)域內(nèi)，交流調(diào)速可以與直流調(diào)速相競爭。</p><p>　　三、用于特大容量的場合以及設(shè)備小型化為目的</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速、耐高壓等問題都受換向器的限制，一般直流電動(dòng)機(jī)單機(jī)容量只能達(dá)到12～14MW，最高電壓在1000V左右，最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到3000r/min。交流電動(dòng)機(jī)單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速和耐高壓

34、各項(xiàng)指標(biāo)源源膏腴直流電動(dòng)機(jī)，因此在需特大容量或極高轉(zhuǎn)速傳動(dòng)時(shí)，采用交流調(diào)速更為適宜。并且由于結(jié)構(gòu)上的原因，在同等容量情況下，交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)體積小，質(zhì)量輕，慣性小，能使設(shè)備小型化。</p><p>　　器件技術(shù)與交流調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　電力電子器件</b></p><p>　　20世紀(jì)50年代發(fā)明了晶閘管，它標(biāo)志著以固態(tài)

35、器件為基礎(chǔ)的電力電子學(xué)革命的開始，從此，晶閘管的額定容量機(jī)器工作頻率不斷增長，使電力電子器件在調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。70年代后第二代全控型器件迅速反之，如門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管等，新一代的電力電子器件又產(chǎn)生了新一代的交流調(diào)速裝置。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的功率集成電路代表了第三代電力電子器件，使電力電子裝置向小型化、集成化以及節(jié)能化發(fā)展。各種電力電子器件如圖所示。由于在[電力電子技術(shù)]課程中已對(duì)各

36、種電力電子器件作了詳細(xì)的介紹，這里就不再贅述了。</p><p>　　一、電力二極管（不可控器件）</p><p>　　電力二極管是不可控器件，它與信心電子電路中的二極管工作原理一樣，都是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的。它既可以在交流-直流變換電路中作為整流元件，又可以在電感元件的電路需要適當(dāng)釋放的電路中作為續(xù)流元件，還可以在各種交流電路中作為電壓隔離、箝位或保護(hù)元件。</p>&

37、lt;p>　　電力二極管有不同類型，常用的有：</p><p>　　1、普通二極管。適用于開關(guān)頻率不高（如1kHz以下）的整流電路中。</p><p>　　2、快恢復(fù)二極管。由于其具有恢復(fù)過程短 ，尤其是反向恢復(fù)過程很短（一般在5µs以下）的特點(diǎn)，適用于逆變器的換相、續(xù)流等電路。</p><p>　　3、肖特基勢壘二極管。因其具有低導(dǎo)通電壓和短開關(guān)時(shí)

38、間特性，故適用于開關(guān)電路及高頻設(shè)備中。</p><p>　　二、晶閘管（半控型器件）</p><p>　　世界上第一只晶閘管產(chǎn)品是1957年誕生的，它標(biāo)志著電力電子嶄新似的的開始。晶體管又稱可控硅整流管，簡稱可控硅。它是半控型器件。由于其開通時(shí)間可以控制，晶閘管可作為用語直流傳動(dòng)的可控整流裝置的主要元件，也可作為交流變壓調(diào)速的交流調(diào)壓裝置的主要元件。因?yàn)樗荒芸刂脐P(guān)斷，用于交流變頻調(diào)速的逆

39、變器時(shí)，由于需配置強(qiáng)迫換相電路，會(huì)使設(shè)備復(fù)雜。因此，20世紀(jì)70年代后，各種具有自關(guān)斷能力的全控型、高速型功率開關(guān)器件相繼研制成功，使得晶閘管逐漸開始被全控型器件所取代。但是晶閘管能承受的電壓和電流容量仍是目前電力電子器件中最高的，且工作可靠，故在特大容量的逆變裝置中仍能占有比較重要的地位。</p><p><b>　　三、全控型器件</b></p><p>　　由前

40、所述的可知，晶閘管是只能控制導(dǎo)通，不能控制關(guān)斷的半控型器件，因此人們就一直在致力欲研究開發(fā)功率大且能進(jìn)行開通與關(guān)斷的全控性器件，以便能用簡單的控制電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的變頻裝置。全控型器件有：門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場效應(yīng)管（P-MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、場控晶閘管（MCT）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）。</p><p>　　1.門極可關(guān)斷晶閘管

41、（GTO）</p><p>　　門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off-Thyristor，GTO）是晶閘管的一種派生器件，它可以用以正脈沖電流導(dǎo)通，并且可以通過在門極施加負(fù)脈沖電流使其關(guān)斷，屬電流控制的全控型器件。它既具有晶閘管耐高壓、通過電流控制的全控型器件。它既具有晶閘管耐高壓、通過電流大、耐浪涌能力強(qiáng)及造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)；又具有電力晶體管GTR的自關(guān)斷能力，且工作頻率高、控制功率小、線路簡單、使用方便。因

42、此是比較理想的開關(guān)器件，在兆瓦級(jí)以上的大功率電壓逆變器和大功率自換相電流型逆變器中有較多的應(yīng)用，并廣泛用于機(jī)車牽引、交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)等裝置中。</p><p>　　四、功率模塊（Power Module）和功率繼承電路（PIC）</p><p>　　將多個(gè)形態(tài)的電力電子器件或多個(gè)相互配合使用的不同電力電子器件封裝在一個(gè)模塊中，之中模塊被稱為功率模塊（Power Module）。模塊化是電力電子

43、器件研制和開發(fā)的新趨勢，它能使電力電子裝置體積減小，節(jié)省材料使得成本降低，且可靠性提高、使用方便。將電力電子器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測及自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，則稱為功率集成電路（Power Integrated Circuit——PIC）。功率集成電路的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機(jī)電一體化的理想接口，其具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　圖1.2

44、功率集成電路的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　五、現(xiàn)代電力電子開管器件性能比較及應(yīng)用范</p><p><b>　　1.性能比較</b></p><p>　　前面介紹的各種電力電子開關(guān)器件，它們的性能各不相同，且每種開關(guān)器件的性能也就隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而不斷地發(fā)展，關(guān)于它們的性能比較如表1.1所示。</p><p>　

45、　表1.1 電力電子開關(guān)器件的性能表</p><p><b>　　2.應(yīng)用范圍</b></p><p>　　由于各種電力電子開關(guān)器件的電流容量和開關(guān)速度各不相同，因此它們的應(yīng)用范圍也不盡相同。</p><p><b>　　發(fā)展前景</b></p><p>　　交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)際上是依賴于微電子

46、學(xué)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制、現(xiàn)代控制理論和逆變技術(shù)的發(fā)展及交流電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展的。新的控制理論的提出和電力電子器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速更新是推動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng)不斷發(fā)展的動(dòng)力。交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展前景可概括如下。</p><p>　　一、研制各種新型的開關(guān)元件和儲(chǔ)能元件以及模塊，目前，電力電子期間正在向大功率化、高頻化、模塊化及智能化發(fā)展，這也是今后功率器件主要發(fā)展方向。 </p><

47、p>　　二、交流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最廣也是最有發(fā)展前途的是變壓變頻調(diào)速，而要實(shí)現(xiàn)變壓變頻調(diào)速度就離不開變頻技術(shù)。在全控型高頻率開關(guān)器件組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器取代了以普通晶閘管構(gòu)成的方波形逆變器之后，正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器及其專用芯片得到了普遍的應(yīng)用。同時(shí)，磁通跟蹤型PWM逆變器由于控制簡單、數(shù)字化方便，亦呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)SPWM的趨勢，雖然隨著器件開關(guān)頻率提高，并借助于控制模式的優(yōu)化來消除指定諧波使 PWM逆變器的輸出波

48、形非常逼近正弦波，但在電網(wǎng)側(cè)，由于電流諧波分量大，總功率因數(shù)仍很低，因此消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，并提高功率因數(shù)人是變頻技術(shù)不可回避的問題。近年來研究車的諧振型逆變器是一種新型軟開關(guān)逆變器，由于應(yīng)用諧振技術(shù)使功率開關(guān)在零電壓和零電流下進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使開關(guān)損耗幾乎為零，這種逆變器效率高、體積小、質(zhì)量輕、成本低，是很有發(fā)展前景的逆變器。</p><p>　　三、推廣微型計(jì)算機(jī)在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。數(shù)字化技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更

49、復(fù)雜的控制，使調(diào)速系統(tǒng)的硬件簡化、成本降低、精度提高 ，可靠性更高。數(shù)字化已成為交流調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展方向。</p><p>　　四、引入新的控制思想和理論。矢量控制理論解決不了交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題，開創(chuàng)了交流調(diào)速與直流調(diào)速相競爭的時(shí)代；直接轉(zhuǎn)矩控制方法免去了矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，使控制結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，線性解耦控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制及模糊控制等新的控制策略不斷涌現(xiàn)，必

50、將給交流調(diào)速帶來更美好的前景。</p><p><b>　　論文的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　“單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)”主要是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的檢測、控制和保護(hù)等工作?？蓱?yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、交流電梯等許多設(shè)備中。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)具體內(nèi)容：</b></p>&l

51、t;p><b>　　件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、單片機(jī)系統(tǒng)、整流電路</p><p><b>　　2、逆變器電路</b></p><p>　　3、PWM模塊、檢測保護(hù)電路</p><p><b>　　4、轉(zhuǎn)速測量電路</b></p><

52、p>　　二、軟件部分程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、控制算法子程序</b></p><p>　　2、升降頻控制子程序</p><p><b>　　3、顯示鍵盤子程序</b></p><p><b>　　PWM變頻調(diào)速原理</b></p><p

53、>　　異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行原理</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: </p><p>　　（2-1）式中: ——異步電動(dòng)機(jī)定子電壓供電頻率、 ——異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù) s ——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 由轉(zhuǎn)速公式（2-1）可知, 我們可以通過改變極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的調(diào)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對(duì)電

54、機(jī)特性都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬(10%～100%)和精度高等性能，節(jié)電效果20%～30%。實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。因?yàn)橛僧惒诫姍C(jī)的電勢公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即： U∝E=C1fΦ

55、 （2-2） 式（2-2）中，C1為常數(shù)，因此有： Φ∝E/f≈U/f （2-3） 若外加電壓不變，則磁通Φ隨頻率而改變，如頻率f</p><p><b>　　PWM的調(diào)制方式</b></p><p>　　在一個(gè)調(diào)制信號(hào)

56、周期內(nèi)包含的三個(gè)載波的個(gè)數(shù)稱為載波頻率比。在變頻過程中，既調(diào)制信號(hào)周期變化過程中，載波個(gè)數(shù)不變的調(diào)制稱為同步調(diào)制，載波個(gè)數(shù)相應(yīng)變化的調(diào)制稱為異步調(diào)制。</p><p><b>　　一、同步調(diào)制</b></p><p>　　在改變信號(hào)周期的同時(shí)成比例地改變載波周期，使載波頻率與信號(hào)頻率的比值保持不變。這種調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是，在開關(guān)頻率較低時(shí)可以保證波形的對(duì)稱性。對(duì)于三相系統(tǒng)，

57、為了保證三相之間對(duì)稱，互差1200相位角，統(tǒng)稱取載波頻率比為3的整數(shù)倍。而且，為了保證雙極性調(diào)制時(shí)沒相波形的正、負(fù)半波對(duì)稱，上述倍數(shù)必須是奇數(shù)，這樣在信號(hào)波的1800處，載波的正、負(fù)半周恰分布在1800處的左右兩側(cè)。由于波形的左右對(duì)稱，就不會(huì)出現(xiàn)偶次諧波問題。但是 這種調(diào)制，在信號(hào)頻率較低時(shí)，載波的數(shù)量顯得稀疏，電流波形脈動(dòng)大，諧波分量劇增，電動(dòng)機(jī)的諧波損耗及脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增加.而且,此時(shí)載波的邊頻帶靠近信號(hào)波,容易干擾基波頻率.另外,

58、這種調(diào)制由于載波周期隨信號(hào)周期連續(xù)變化而變化,在利用微機(jī)處理機(jī)進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)控制時(shí),帶來極大的不便,難以實(shí)現(xiàn).</p><p><b>　　二、異步調(diào)制</b></p><p>　　在調(diào)制信號(hào)周期變化的同時(shí),載波周期仍保持不變,因此,載波頻率與信號(hào)頻率之比隨之變化.這種調(diào)制的缺點(diǎn)恰好是同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn),即如果載波頻率較低,將會(huì)出現(xiàn)輸出電流波形正.負(fù)半周不對(duì)稱,相位漂移及

59、偶次諧波等問題.</p><p><b>　　三、分段同步調(diào)制</b></p><p>　　對(duì)于BJT和GTO之類開關(guān)頻率不高的功率器件,單使用同步調(diào)制或異步調(diào)制都有失偏頗,此時(shí)多采用分段同步調(diào)制.即在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的低速段采用異步調(diào)制,高速段采用同步調(diào)制;而在恒功率區(qū)索性使用方波,以期待獲得較高的輸出電壓,如圖2.1所示.圖中N為載波頻率比,且都是3的奇數(shù)倍, fN為基準(zhǔn)

60、頻率.分段同步調(diào)制使得開關(guān)頻率限制在一定的范圍內(nèi),而且載波 頻率變低后,在載波頻率比為各個(gè)確定值的范圍內(nèi),可以克服異步調(diào)制的缺點(diǎn),保證輸出波形對(duì)稱.N的切換應(yīng)注意兩點(diǎn):</p><p>　　1、不出現(xiàn)電壓的突變.</p><p>　　2、在切換的各臨界點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)滯環(huán)區(qū),以免在輸出頻率恰落在切換點(diǎn)附近時(shí)造成載波頻率反反復(fù)復(fù)變換不定的所謂振蕩現(xiàn)象.</p><p>　

61、　分段同步調(diào)制的缺點(diǎn)是,N值切換時(shí)可能出現(xiàn)電壓突變甚至振蕩.</p><p>　　圖2.1 PWM的分段同步調(diào)制</p><p><b>　　變頻器的構(gòu)成與功能</b></p><p>　　變頻器的基本構(gòu)成如圖2.2所示，它由整流、濾波、逆變及控制回路等部分組成。交流電源經(jīng)整流、濾波后變成直流電源，控制回路有規(guī)則地控制逆變器的導(dǎo)通與截止，使之

62、向異步電動(dòng)機(jī)輸出電壓和頻率可變的電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)是開環(huán)的。</p><p>　　圖2.2 變頻器的基本構(gòu)成</p><p>　　對(duì)于速度精度和響應(yīng)快速行要求叫高的系統(tǒng)，采用圖的開環(huán)系統(tǒng)還不夠，還需要由變頻器主回路及電機(jī)側(cè)檢測反饋信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算回路綜合后控制觸發(fā)回路，此時(shí)的系統(tǒng)是閉環(huán)的。整體框圖如圖2.3所示?？刂浦噶顏碜酝獠康倪\(yùn)行機(jī)靈。下面說明回路、控制回路和保護(hù)功能。<

63、;/p><p>　　圖2.3 變頻器的指令與控制</p><p><b>　　主回路</b></p><p>　　給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)頻調(diào)壓電源的電力變換部分，稱為主回路。圖示出典型的電壓型變頻器一個(gè)例子。如圖所示，主回路由三部分構(gòu)成：將工頻電源變換為直流電源的“整流器” ；吸收由整流器和逆變器回路產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“濾波回路”，也是儲(chǔ)能回路；將直流

64、功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)單元”。</p><p>　　一、整流器 近來大量的使用的是如圖所示的二極管整流器，它把工頻電源變換為直流電源，電功率的傳送是不可逆轉(zhuǎn)的。如果利用兩組晶閘管整流器構(gòu)成可逆整流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生制動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)稱此整流器為交流器。</p><p>　　二、濾波回路 在整流器整流后的直流電壓中，含有六

65、倍低電源頻率的脈動(dòng)電壓，此外，逆變器回路產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓波動(dòng)。為了抑制這些電壓波動(dòng)，采用直流電抗器和電容器吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置認(rèn)領(lǐng)較小時(shí)，如果電源輸出阻抗和整流器容量足夠時(shí)，可以省去直流電抗器而采用簡單的阻容濾波回路。</p><p>　　三、逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是在所確定的時(shí)間里有規(guī)則地使六個(gè)功率開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，從而將直流功率變換為所需電壓和頻率的交流輸出功率。</p&

66、gt;<p>　　四、制動(dòng)單元 異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域（第二象限）運(yùn)行時(shí)，再說能量首先儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電力電容器中，使直流電壓升高。一般來說，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量所積蓄的能量比電容器能儲(chǔ)存的能量大，中、大功率系統(tǒng)需要快速制動(dòng)時(shí)，必須用可逆變流器把再說能量反饋到電網(wǎng)側(cè)，這樣節(jié)能效果更好，或設(shè)置制動(dòng)單元（開關(guān)管理和電阻），把多余的再說功率消耗掉，以免支流回路電壓的上升超過極限值。</p><p>　

67、　五、異步電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行 異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)負(fù)載種類的不同，其旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)矩方向是不同的，必須根據(jù)負(fù)載種類構(gòu)成適當(dāng)?shù)闹骰芈贰?lt;/p><p><b>　　控制回路</b></p><p><b>　　一、控制回路的構(gòu)成</b></p><p>　　1、運(yùn)算回路 將外部的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測回路的電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)

68、行比較運(yùn)算，決定變頻器的輸出電壓、頻率等。</p><p>　　2、電壓/電流檢測回路 檢測主回路電壓、電流等，檢測方法示于下表2.1</p><p>　　表2.1 檢測方式</p><p>　　3、驅(qū)動(dòng)回路 為驅(qū)動(dòng)主回路功率開關(guān)器件的回路。它與控制回路隔離，使主回路功率器件導(dǎo)通關(guān)斷。</p><p>　　4、速度檢測回路 在異步電

69、動(dòng)機(jī)軸上裝上轉(zhuǎn)速檢測器（TG、PG等）檢測轉(zhuǎn)速信號(hào)并送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　5、保護(hù)回路 檢測主回路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，停止變頻器工作或抑制電壓、電流值，以防止變頻器和異步電動(dòng)機(jī)損壞。</p><p>　　二、模擬控制與數(shù)字控制 由于LSI技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字控制的應(yīng)用增加了。使用常規(guī)LSI或微機(jī)控制，具有可靠

70、、高性能、多功能等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字控制在調(diào)整、穩(wěn)定性、精度等方面均優(yōu)于模擬控制。</p><p><b>　　保護(hù)回路</b></p><p>　　變頻起控制回路中的保護(hù)回路，可分為變頻器保護(hù)和異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)兩種。</p><p><b>　　一、變頻器保護(hù)</b></p><p>　　1、瞬時(shí)過電流保護(hù)

71、 由于變頻器負(fù)載側(cè)短路等，流過變頻器元器件的電流達(dá)到異常值（超過允許值）時(shí)，立即停止變頻器工作，切斷電流。變頻器的輸出電流達(dá)到異常值時(shí)，也同樣停止變頻器運(yùn)行。</p><p>　　2、過載保護(hù) 變頻器輸出電流超過額定值，且連續(xù)流通超過規(guī)定時(shí)間，為了防止變頻器內(nèi)元件、電線等損壞，必須停止運(yùn)行。通常采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子回路），這種保護(hù)具有反時(shí)限特性。過負(fù)載是由于負(fù)載的飛輪力矩GD2過大或因負(fù)載超過

72、變頻器容量而產(chǎn)生。</p><p>　　3、再說過電壓保護(hù) 采用變頻器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率引起直流電路電壓聲高，有時(shí)超過允許值。可以采取減緩電動(dòng)機(jī)減速率或停止變頻器運(yùn)行的辦法，防止產(chǎn)生過電壓。</p><p>　　4、瞬時(shí)停電保護(hù) 對(duì)于毫秒以內(nèi)的瞬時(shí)停電，控制回路仍工作正常。但瞬時(shí)停電如果達(dá)數(shù)十毫秒以上時(shí)，通常不僅控制回路誤動(dòng)作，主回路也不能供電，此時(shí)應(yīng)在檢測停電后使停止運(yùn)

73、行。</p><p>　　5、對(duì)地過電流保護(hù) 由于意外原因造成變頻器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)變頻器，要有對(duì)地電流保護(hù)功能。為了確保人身安全，還需要裝設(shè)漏電繼電器。</p><p>　　6、冷卻風(fēng)機(jī)異常 有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，當(dāng)風(fēng)機(jī)異常時(shí)排風(fēng)受阻，裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或在元件散熱器上裝傳感器監(jiān)視溫度，發(fā)現(xiàn)異常后停止變頻器運(yùn)行。在溫度上升很小對(duì)運(yùn)行無妨礙的場合，可以省略。<

74、;/p><p>　　二、異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)</p><p>　　1、過載保護(hù) 過載檢測裝置與變頻器保護(hù)共用，特別是低速運(yùn)行時(shí)，通過異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢測器，或者利用裝在變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢測過熱。啟停動(dòng)作頻繁時(shí)，應(yīng)考慮減輕電機(jī)負(fù)載或增加電機(jī)及變頻器容量等。</p><p>　　2、超頻（超速）保護(hù) 變頻器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過規(guī)定值時(shí)，停止變頻器的運(yùn)

75、行。</p><p><b>　　三、其他保護(hù)</b></p><p>　　1、過電流失速保護(hù) 急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)回路將動(dòng)作。若使變頻器輸出頻率暫時(shí)保持不變或使之下降，短時(shí)間里以抑制電流的增大。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)加速后，負(fù)載電流開始減小，變頻器的輸出頻率又升高，使電機(jī)繼續(xù)加速，從而避免發(fā)生過流保護(hù)，造成停機(jī)，稱此為過流失速保護(hù)。對(duì)于恒速運(yùn)行中的

76、過電流，有時(shí)也要進(jìn)行同樣的控制。</p><p>　　2、再說過電壓失速保護(hù) 減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量會(huì)使主回路直流電壓上升，為了防止再生過電壓，保護(hù)回路動(dòng)作。在支流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止因過電壓起保護(hù)而停機(jī)，稱洗為再生過電壓失速保護(hù)。</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主

77、回路</b></p><p>　　主電路主要由整流電路、濾波電路及逆變電路組成。為簡化控制電路，減少諧波，整流電路采用三相不可控全橋整流。系統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)頻均由逆變電路承擔(dān)，逆變電路開關(guān)器件全部采用GTO。由于異步電機(jī)為感性負(fù)載，且在PWM方式下，GTO頻繁通斷，必將產(chǎn)生較大的瞬時(shí)過電壓，因而在GTO上并聯(lián)由Rs、Ds和Cs構(gòu)成的緩沖電路是必不可少的，它不僅起保護(hù)作用，而且還起到換流和提高GTO陽極關(guān)斷電

78、流的使用，因此它的參數(shù)設(shè)計(jì)，元件選擇乃至線路布置都具有重要作用。圖中L0為抑制di/dt電感。</p><p>　　主電路中R1C1組成的星形網(wǎng)絡(luò)接在交流輸入端，目的是吸收過電壓、濾去高次諧波；R2C2為抑制直流側(cè)過電壓的阻容保護(hù)電路；Ld、Cd為直流側(cè)的濾波環(huán)節(jié)；同理C3組成的星形網(wǎng)絡(luò)接在輸出端，使輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓和電流接近正弦波。</p><p>　　圖3.1 主控回路</p

79、><p><b>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)由MCS—98單片機(jī)最小系統(tǒng)加上外圍擴(kuò)展電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)的程序存貯器ROM采用2764。為了使預(yù)置參數(shù)關(guān)機(jī)不丟失，外圍擴(kuò)展了一片E2PROM 2864A，顯示及鍵盤電路與單片機(jī)的接口則采用專用接口芯片8279；另外還擴(kuò)展了一片可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片8253，以提供PWM模塊HEF4752V所

80、需要的四個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。隨機(jī)數(shù)據(jù)存貯器則采用8098片內(nèi)RAM?！　”狙b置的單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的測控中心，通過鍵盤設(shè)置或修改系統(tǒng)運(yùn)行及保護(hù)的參數(shù)，啟動(dòng)前，單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)前檢測，在保證電路電壓、電流正常且無電流沖擊的情況下才允許啟動(dòng)，正常運(yùn)行時(shí)單片機(jī)在控制HEF4752V產(chǎn)生PWM信號(hào)的同時(shí)，還要完成對(duì)轉(zhuǎn)速的檢測，進(jìn)行數(shù)字PI調(diào)節(jié)的運(yùn)算及處理，監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行，若出現(xiàn)故障則進(jìn)行保護(hù)處理，并根據(jù)檢測結(jié)果顯示相應(yīng)的故障狀態(tài)。&

81、lt;/p><p>　　控制核心8098單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　8098單片機(jī)是美國INTEL公司1988年推出的準(zhǔn)16位單片機(jī)。它的內(nèi)部是16位的，對(duì)外是8位數(shù)據(jù)接口，8098具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、16位CPU，加之232個(gè)片寄存器均可充當(dāng)累加器，運(yùn)算速度有明顯地提高。</p><p>　　2、4路10位A/D轉(zhuǎn)換

82、。</p><p>　　3、可定時(shí)輸入、輸出的高速輸入、輸出口。</p><p>　　4、8級(jí)中斷，20個(gè)中斷源。</p><p>　　5、一個(gè)16位的程序監(jiān)視寄存器，為排除故障提供了理想手段。</p><p>　　鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)加上8098只有8位機(jī)的價(jià)格，選用它組成不太復(fù)雜的微機(jī)控制系統(tǒng)是比較理想的。</p><p&g

83、t;　　8098組成的最小系統(tǒng)中，其中74LS373是地址鎖存器，輸出為低8位地址；2764為8k的EPROM，作為程序存儲(chǔ)器；6264為8k的RAM，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　圖3.2 8098控制系統(tǒng)</p><p>　　8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p>　　系統(tǒng)中的8253芯片8253是可編程序間隔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8254是8253的改

84、進(jìn)型。主要特點(diǎn)是：1、有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器；每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或者二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)；2、每個(gè)計(jì)數(shù)器輸入頻率最高可達(dá)2MHz；3、每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以由程序確定按照6種不同的方式工作；4、所有的輸入輸出都與TTL兼容。8253的工作方式：</p><p>　　1、方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷 2、方式1：可編程頻率發(fā)生器3、方式2：頻率發(fā)生器 4、方式3：方波頻率發(fā)生器5、方式4：

85、軟件觸發(fā)的選通信號(hào) 6、方式5：硬件觸發(fā)的選通信號(hào)</p><p>　　圖3.3 8253芯片</p><p><b>　　鍵盤顯示電路</b></p><p>　　8279是INTEL公司生產(chǎn)的通用可編程鍵盤和顯示器I/O接口芯片。利用8279，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤/顯示妻的自動(dòng)掃描，并識(shí)別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，不僅可以節(jié)省CPU對(duì)鍵盤/顯示器的造

86、作時(shí)間，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且顯示穩(wěn)定，程序簡單，不會(huì)出現(xiàn)誤操作動(dòng)作。由于這些優(yōu)點(diǎn)，8279芯片日益被設(shè)計(jì)者所認(rèn)可和采用。</p><p>　　本系統(tǒng)采用了16個(gè)按鍵的配置，即10個(gè)數(shù)字鍵和6個(gè)功能鍵。數(shù)字鍵為0～9，功能鍵為R/S—啟動(dòng)/停止，PID—PID參數(shù)設(shè)置鍵，SPEED—惦記轉(zhuǎn)速設(shè)置鍵，ENTER—設(shè)置確認(rèn)鍵，P/N—正反轉(zhuǎn)控制鍵，RESET—系統(tǒng)復(fù)位鍵。SL0～SL2接譯碼器74LS138的輸入

87、端，譯碼器的輸出Y0、Y1作為鍵盤行掃描線，查詢線則由反饋輸入線RL0～RL7提供。</p><p>　　為了能夠精確的顯示PID參數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等系統(tǒng)參數(shù)，以及能夠詳盡地描述系統(tǒng)啟動(dòng)，制動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)采用8位8段共陰極LED顯示器。LED的位選線由掃描線SL0～SL2經(jīng)3～8譯碼器、驅(qū)動(dòng)器提供；段選線OUTB0～OUTB3，OUTA0～OUTA3通過驅(qū)動(dòng)器提供。</p><p>　　

88、8279的中斷請(qǐng)求信號(hào)IQR經(jīng)過反向器與8098的INT1相連。ALE作為8279的時(shí)鐘信號(hào)直接連到其CLK端，由8279設(shè)置適當(dāng)?shù)姆诸l數(shù)，分頻至100kHZ。</p><p>　　P0口作為數(shù)據(jù)線，用于向8279寫入顯示字、控制字以及讀回按下鍵的鍵值。WR、RD是讀/寫控制線，CS作為8279的片選信號(hào)。</p><p>　　圖3.4 鍵盤顯示電路</p><p&g

89、t;<b>　　PWM信號(hào)的產(chǎn)生</b></p><p>　　HEF 4752V是英國Mullard公司生產(chǎn)的用來產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制(PWM)控制信號(hào)的全數(shù)字化集成電路。HEF4752V是全數(shù)字化的三相SPWM波生成集成電路。這種芯片既可用于有強(qiáng)迫換流電路的三相晶閘管變頻器，也可以用語全控型開關(guān)器件構(gòu)成的變頻器。它的驅(qū)動(dòng)輸出經(jīng)隔離放大后，可驅(qū)動(dòng)GTO和GTR逆變器，在交流變頻調(diào)速中作控制器件。

90、其引腳如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 HEF4752芯片</p><p><b>　　主要特點(diǎn)如下：</b></p><p>　　1、能產(chǎn)生三對(duì)相位差120°的互補(bǔ)SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器； </p><p>　　2、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

91、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。調(diào)制頻率可調(diào)范圍為0～100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)；</p><p>　　3、為防止逆變器上下橋臂直通，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)。</p><p>　　HEF4752V為28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝DIP芯片，它有7個(gè)控制輸入，4個(gè)時(shí)鐘輸入，12個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，3個(gè)控制輸出。各

92、管腳功能描述如表3.1所列。</p><p>　　表3.1 HEF4752V管腳功能描述</p><p><b>　　輸入引腳功能</b></p><p>　　1、輸入引腳I用來決定逆變器驅(qū)動(dòng)輸出模式的選擇，當(dāng)引腳I為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶體管，當(dāng)引腳I為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶閘管。</p><p>　　2、輸入控制信號(hào)

93、引腳K和時(shí)鐘輸入引腳OCT共同決定逆變器每對(duì)輸出信號(hào)</p><p>　　的互鎖推遲間隔時(shí)間。</p><p>　　為防止逆變器同一橋臂的兩只管子同時(shí)導(dǎo)通，互鎖推遲間隔的長短和晶閘</p><p>　　管模式下觸發(fā)脈沖串的頻率和寬度，見表3.2。</p><p>　　表3.2互鎖推遲間隔與觸發(fā)脈沖的頻率及寬度</p><p

94、>　　根據(jù)主電路的要求，選取互鎖推遲間隔為td=10μs，這里把K置為低電平，則連鎖延遲周期td=8/fOCT，即0.01ms=8/fOCT故fOCT=800kHz     （3-1）</p><p>　　3、相序輸入引腳CW用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，當(dāng)引腳CW為低電平時(shí)，相序?yàn)镽，B

95、，Y；當(dāng)引腳CW為高電平時(shí)，相序?yàn)镽，Y，B。</p><p>　　4、輸入引腳L用來控制模塊的起動(dòng)/停止。當(dāng)GTO模塊出現(xiàn)過流、欠壓、短路或過熱等故障時(shí)，故障信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。從而使L變?yōu)榈碗?平，封鎖HEF4752所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出，起到保護(hù)開關(guān)管的作用。在無故障的情況下，L為高電平，解除封鎖。 </p><p>　　5、控制輸入引腳A，B，C僅供制造過程中試驗(yàn)用，工作時(shí)必須接到引腳

96、VSS(低電平)。但引腳A還有另外一個(gè)用處，即剛通電時(shí)，引腳A置高電平初始化整個(gè)IC片，被用做復(fù)位信號(hào)。</p><p>　　6、時(shí)鐘輸入引腳FCT和VCT用來協(xié)調(diào)控制逆變器的輸出頻率與電壓。引腳FCT控制著逆變器的輸出頻率fout，從而控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在該系統(tǒng)中引腳FCT的時(shí)鐘頻率為</p><p>　　fFCT=3360×fout=3360×55=184kHz&

97、#160;  （3-2）</p><p>　　100％調(diào)制時(shí)的輸出頻率的最大值fout(M)為</p><p>　　fout(M)=fle(0.624Ud)/Ule=66×(0.624×530)/380=58Hz    （3-3）<

98、;/p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　fl——電動(dòng)機(jī)的額定頻率；</p><p>　　Ule——電動(dòng)機(jī)的額定電壓有效值。</p><p>　　電路中fFCT在0～184kHz連續(xù)可調(diào)，對(duì)應(yīng)fout的可調(diào)范圍為0～58Hz。 電壓控制時(shí)鐘VCT是為保證在調(diào)速過程中電機(jī)主磁通為恒值，即電機(jī)電壓與頻率比為

99、常數(shù)而設(shè)置的，頻率fVCT由式（3-4）確定，由fVCT決定輸出波形的幅值。</p><p>　　fVCT(NOM)=6720fout(M)=6720×58=390kHz    （3-4）</p><p>　　7、輸入時(shí)鐘RCT是固定時(shí)鐘，用來設(shè)定最大逆變器開關(guān)頻率fs(MAX)，此處選取逆變器開關(guān)頻率的最

100、大值為2.8kHz，則時(shí)鐘輸入RCT的頻率為</p><p>　　fRCT=280fs(MAX)=280×2.8=780kHz    （3-5）</p><p>　　為了簡化線路，可使fRCT=fOCT=800kHz，從而省掉了一個(gè)多諧振蕩器。值得注意的是：比值fFCT/fVCT(NOM)，低于

101、0.5時(shí)調(diào)制是正弦的；高于0.時(shí)，波形向矩形波轉(zhuǎn)變，在2.5左右達(dá)到全矩形波輸出；高于3時(shí)，由于內(nèi)部同步電路失去作用，波形變得很不穩(wěn)定，可見3為頻率比的上限。在本系統(tǒng)中，fFCT取184Hz，fVCT(NOM)取390Hz，比值為184/390=0.47<0.5，輸出波形為正弦波，能夠有效地減小諧波，減小電機(jī)的振動(dòng)和噪聲，保持好的機(jī)械特性。</p><p>　　通過對(duì)GTO的分析研究，我們可以發(fā)現(xiàn)在采用GT

102、O的逆變線路中，存在著同一橋臂的瞬態(tài)短路現(xiàn)象。在瞬態(tài)短路過程中，由于瞬態(tài)電流峰值一般要超過GTO最大可關(guān)斷電流很多，這就要求在此期間內(nèi)不能給GTO施加關(guān)斷脈沖，否則必將GTO損壞，這一點(diǎn)在模塊HEF4752V中沒有考慮到，需要設(shè)法解決。我們采用控制GTO最小導(dǎo)通時(shí)間的方法來加以解決?！　∧KHEF4752V是用于GTR或普通SCR的。而當(dāng)采用GTO作開關(guān)元件時(shí)，由于模塊HEF4752V產(chǎn)生的輸出波形在調(diào)制深度不斷增加時(shí)，其導(dǎo)通脈沖最小

103、寬度不斷減小直到脈沖消失，由前面的分析可知其不能直接作為GTO的PWM控制信號(hào)，但如果把模塊HEF4752V產(chǎn)生的PWM信號(hào)通過一定的硬件電路以保證最小的脈沖寬度，則仍可作為GTO的PWM控制信號(hào)。此附加的硬件電路如圖3-6所示。圖中Ⅰ區(qū)的作用是消除HEF 4752V輸出的PWM波形中固有的互鎖延遲間隔；Ⅱ區(qū)的作用是控制PWM波形的最小開通、關(guān)斷脈沖寬度，其寬度值由RT、CT參數(shù)決定；Ⅲ區(qū)的作用是產(chǎn)生互鎖延遲間隔，此區(qū)使用的R—C—D電

104、路和門電路是為了使同一橋臂的GTO具有“延遲開通”和“立即關(guān)斷”的功能，即</p><p>　　圖3.6 GTO的驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速測量電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用M/T法測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖發(fā)生器則采用紅外線發(fā)射及接收器件TLP 947，在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝上印有黑白相間條紋的鋁環(huán)，此鋁環(huán)隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

105、則由TLP 947可產(chǎn)生一系列脈沖，以此作為脈沖發(fā)生器，單片機(jī)則可進(jìn)行M/T法測速。轉(zhuǎn)速檢測電路如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7　轉(zhuǎn)速測量電路</p><p><b>　　M法工作原理</b></p><p>　　M法指在固定時(shí)間內(nèi)測量轉(zhuǎn)速輸出（即編碼器輸出）脈沖的個(gè)數(shù)，如圖3.8所示，該法適用于高速測量。對(duì)于每轉(zhuǎn)有P個(gè)脈沖的轉(zhuǎn)速

106、，在固定時(shí)間TC內(nèi)計(jì)數(shù)值為m1，則轉(zhuǎn)速為： </p><p>　　n= m1（rpm） （3-6） 誤差來源于±1個(gè)編碼器輸出脈沖，即得到相對(duì)誤差1/m1。在相同時(shí)間TC內(nèi)，速度越高，計(jì)數(shù)值m1越大，影響的相對(duì)誤差則較小，故在高速時(shí)得到較小的相對(duì)誤差，為    

107、 Δn/n=1/m1 （3-7）</p><p>　　圖3.8 M法示意圖</p><p><b>　　T法工作原理</b></p><p>　　T法指測出轉(zhuǎn)速輸出（編碼器輸出）脈沖的周期T，在T內(nèi)對(duì)固定的時(shí)鐘脈沖頻率fc進(jìn)行計(jì)數(shù)，如圖3.9所示，

108、該方法適用于低速測量。對(duì)于每轉(zhuǎn)有P個(gè)脈沖的轉(zhuǎn)速，在T時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值為m2，則轉(zhuǎn)速為： </p><p>　　n= （rpm） （3-8）誤差來源于1個(gè)時(shí)鐘脈沖，即得到相對(duì)誤差1/m2。速度越低，T越大，m2越大，則影響的相對(duì)誤差小，故在低速時(shí)得到較小的相對(duì)誤差，則 Δn/n=1/m2

109、 （3-9）</p><p>　　圖3.9 T法示意圖</p><p><b>　　M/T法工作原理</b></p><p>　　M/T法吸取了M法和T法的優(yōu)點(diǎn)，其測量轉(zhuǎn)速的過程為：在轉(zhuǎn)速輸出脈沖的上升沿啟動(dòng)TC定時(shí)器（定時(shí)長度為TC），同時(shí)記取編碼器輸出脈沖個(gè)

110、數(shù)（m1）和時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)（m2ˊ）。測量時(shí)間到，先停止對(duì)編碼器輸出脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)，等到下一個(gè)編碼器輸出脈沖上升沿到來時(shí)，再停止對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，以保證測到編碼器完整的輸出脈沖；所設(shè)的基本測量時(shí)間TC可避免T法因轉(zhuǎn)速高導(dǎo)致測量時(shí)間減少的缺點(diǎn)；同時(shí)讀取對(duì)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)值可避免M法因轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致精度變差的缺點(diǎn)。如圖3.10所示，其測量時(shí)間為： </p><p>　　Td=TC+ΔT=m1.T