基于單片機(jī)控制的交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文1

1、基于單片機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要單片機(jī)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是用轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行控制。通過(guò)改變程序來(lái)達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。由于設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(jī)， 8255可編程接口芯片，i/o接口芯片，測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成?；芈分杏辛藱z測(cè)保護(hù)電路就可以使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性有了保障。關(guān)鍵詞:at89c51單片機(jī)；sa8282；轉(zhuǎn)差頻率；交流調(diào)速；三相異步電動(dòng)機(jī)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

2、理41.2 交流調(diào)速的特點(diǎn)5第2章 交流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)72. 1 轉(zhuǎn)差頻率控制原理：72. 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)72.3 用單片機(jī)控制的電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.3.1調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72.3.2 元器件的選用92.3.3 系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算122.3.4 spwm控制信號(hào)的產(chǎn)生152.3.5 光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)172.3.6 故障檢測(cè)及保護(hù)電路設(shè)計(jì)182.3.7 模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)18第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)193.1 主程序的設(shè)計(jì)193.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序193.3 增量式pi運(yùn)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.

3、5.2 8255的編程23結(jié) 論23參考文獻(xiàn)23前 言自上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，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以下）方面取得了較大的進(jìn)展。但是面對(duì)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(wú)論是“高-低”“、高-低-高”以及“多電平串聯(lián)”等方案，都在實(shí)踐中暴露出技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、效率降低、可靠性較差等缺點(diǎn)。從理論上看，高壓變頻所面臨的問(wèn)題是違反電力電子器件客觀規(guī)律的結(jié)果，因?yàn)槟壳皫缀跛械碾娏﹄娮悠骷?，其材料、工藝機(jī)理都決定了其屬性

4、是低壓大電流的。盡管如此，高壓變頻的勢(shì)頭仍有增無(wú)減，除了客觀市場(chǎng)需求的拉動(dòng)以外（諸如高壓中大容量的風(fēng)機(jī)泵類(lèi)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(jí)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(dòng)機(jī)的一種比較合理和理想的調(diào)速方法。”隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)也有了日新

5、月異的變化?？烧{(diào)速的高性能交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用也越來(lái)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(shí)代，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)也成為人類(lèi)社會(huì)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。而且應(yīng)用實(shí)踐表明，采用現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)極大的提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jī)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1機(jī)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(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。常用三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為圖

6、1所示。定子由鐵心及繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子繞組做成籠型（見(jiàn)圖1-2），俗稱(chēng)鼠籠型電動(dòng)機(jī)。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時(shí)，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。電機(jī)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱(chēng)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(duì)數(shù)。當(dāng)p=1時(shí)，=3000r/min；p=2時(shí)，=1500r/min。可見(jiàn)磁極對(duì)數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速越慢。轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速n比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1要慢一點(diǎn)，所以稱(chēng)為異步電機(jī)，這個(gè)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(dòng)

7、瞬間，n=0，這時(shí)s=1；起動(dòng)后的極端情況n=，則s=0，即s在01之間變化。一般異步電機(jī)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(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)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(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。1.2 交流調(diào)速的特點(diǎn)對(duì)于可調(diào)速的電力拖動(dòng)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(lèi)。這主要是根據(jù)采用什么電流制型式的電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行電能與機(jī)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(dòng)機(jī)作為電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，并對(duì)其進(jìn)行控制

8、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(diǎn)：1. 容量大 這是電動(dòng)機(jī)本身的容量所決定的。直流電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量能達(dá)到1214mw，而交流電動(dòng)機(jī)的容量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高與此數(shù)值。2. 轉(zhuǎn)速高，而且耐壓 直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)容量可達(dá)到610kv，甚至更高。一般直流電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到3000轉(zhuǎn)/min左右，而交流電動(dòng)機(jī)則可以高達(dá)每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。這使得交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)具有耐高壓，轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)。 3. 交流電動(dòng)機(jī)本身的體積，重量，價(jià)格比同等容量的直流電動(dòng)機(jī)要小，且交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)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(diǎn)

9、。4. 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置環(huán)境適應(yīng)性廣。直流電動(dòng)機(jī)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(chē)間，由于腐蝕嚴(yán)重，使用直流電動(dòng)機(jī)每周都要檢查碳刷，維修起來(lái)比較困難，而交流電動(dòng)機(jī)卻可以用在十分惡劣的環(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(dòng)系統(tǒng)已達(dá)到同直流拖動(dòng)系統(tǒng)一樣的性能指標(biāo)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(jī)，水泵，壓縮機(jī)類(lèi)負(fù)載都是靠交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的，這類(lèi)裝置的用電量占工業(yè)用電量的50%，以往都不對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速，而僅采用擋板，節(jié)流閥來(lái)控制風(fēng)量或流量。大量的電能被白白的

10、浪費(fèi)掉，如果采用交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)改變風(fēng)量或流量的話，效率就會(huì)大大的提高，從各方面來(lái)看，改造恒速交流電動(dòng)機(jī)為交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，有著可觀的能源效益。交流電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低廉，維修方便，故而應(yīng)用面很廣，幾乎所有的調(diào)速傳動(dòng)都采用交流電動(dòng)機(jī)。盡管從1930年開(kāi)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(kāi)關(guān)設(shè)備來(lái)切換主回路達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，制動(dòng)和有級(jí)調(diào)速的目的。變極對(duì)調(diào)速，電抗或自藕降壓?jiǎn)?dòng)以及繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的有級(jí)調(diào)速都還處于開(kāi)發(fā)的階段。交流調(diào)速緩慢的主要原因是決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要因素的交流電源頻率的改變和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制都是非常困難的，使交流調(diào)速的穩(wěn)定

11、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(lái)發(fā)展起來(lái)的調(diào)壓，調(diào)頻控制只控制了電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距。第2章 交流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制原理：當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)異步電機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式為： (2-1)當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)差額定空載轉(zhuǎn)速相比很小時(shí)（），,可以從式中約去，這樣式(2-1)可以簡(jiǎn)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(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩t與成正比。這時(shí)只要控制轉(zhuǎn)差頻率就能控制轉(zhuǎn)矩t，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋即可實(shí)現(xiàn)。若要保持為恒值，即保

12、持勵(lì)磁電流恒定，而勵(lì)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(cè)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(lì)磁電流保持恒定；這時(shí)控制實(shí)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(dòng)機(jī)及測(cè)量電路等組成，其中異步電動(dòng)機(jī)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(hào)，并控制定子電流。以保持為恒值；

13、加法器對(duì)轉(zhuǎn)差頻率和轉(zhuǎn)速信號(hào)求和得到變頻器的輸出頻率。從而實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)變頻調(diào)速。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)對(duì)一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)： ,接法, 采用轉(zhuǎn)差頻率控制方法，由單片機(jī)組成核心。調(diào)速范圍（2.251hz），無(wú)級(jí)調(diào)速，靜差率。根據(jù)對(duì)象參數(shù)，完成各功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算。2.3 用單片機(jī)控制的電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.31 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，異步電動(dòng)機(jī)在不同頻率小都能獲得較硬的機(jī)械特性但不能保證必要的調(diào)速精度，而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中由于不能保持所需的轉(zhuǎn)速，動(dòng)態(tài)性能也很差，它只能用于對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。如

14、果異步電動(dòng)機(jī)能象直流電動(dòng)機(jī)一樣，用控制電樞電流的方法來(lái)控制轉(zhuǎn)矩，那么就可能得到和直流電動(dòng)機(jī)一樣的較為理想的靜，動(dòng)態(tài)特性。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動(dòng)機(jī) 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(jiàn)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(shí)兼具無(wú)功功率交換大的作用。為了避免大電容在合上電源開(kāi)關(guān)后通電的瞬間產(chǎn)生過(guò)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(shí)，由l1限制充電電流，然

15、后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)，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(gè)8位的并行i/o口，三種工作方式，可通過(guò)編程改變其功能，因而使用方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)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(gè)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(jiàn)，adc0809共有28個(gè)引腳，采用雙插直列示封裝圖2-4 adc0809 引腳圖3. sa8

16、282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(dú)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(shí)才需微處理器的干預(yù)，微處理器只用很少的時(shí)間控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、保護(hù)和控制等。基于sa8282和89c51的變頻器具有電路簡(jiǎn)單、功能齊全、性能價(jià)格比高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。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(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read

17、 only memory）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。at89c51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)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(jì)以及參

18、數(shù)計(jì)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(lái)吸收制動(dòng)能量。整流逆變電路采用的是grt三相橋式pwm逆變器。2. 參數(shù)計(jì)算和元件選擇（1） 大功率開(kāi)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(kāi)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

19、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(dòng)機(jī)的效率為0.82，則電動(dòng)機(jī)的輸入功率為。取逆變器的效率為0.93，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(lái)限制電流脈動(dòng)（pwm變頻調(diào)速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問(wèn)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(dòng)的電感

20、量算式估計(jì)如下（?。┛紤]到電動(dòng)機(jī)和整流變壓器存在一定的電感量，取實(shí)際的電感為100mh。選擇一臺(tái)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(jì)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(jì)為帶有死區(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(hào)。控制結(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(yùn)行不平衡而引起的。為線性調(diào)節(jié)區(qū)，當(dāng)時(shí)，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(guò)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(guò)a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入。當(dāng)

21、確定后，通過(guò)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(shí)際系統(tǒng)工作時(shí)的最低轉(zhuǎn)速來(lái)確定，,通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(hào)的產(chǎn)生在本系統(tǒng)中，控制信號(hào)用sa8282大規(guī)模集成塊來(lái)產(chǎn)生。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)頻，調(diào)壓實(shí)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(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬

22、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(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。正弦調(diào)制波在半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則spwm波也在正負(fù)之間變化，也稱(chēng)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(gè)獨(dú)立的比較器，比較器的輸出一方面接到相應(yīng)的上橋臂開(kāi)關(guān)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)過(guò)反相后接到相應(yīng)的下橋臂開(kāi)關(guān)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，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(dòng)v1開(kāi)關(guān)，反相輸出驅(qū)動(dòng)v4開(kāi)關(guān)。將三相參考波和載波放在同一個(gè)坐標(biāo)系上，則如圖2-11所示，以為例，當(dāng)

23、時(shí)，為高電平，則驅(qū)動(dòng)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(shí)，為低電平，v1截止，v4導(dǎo)通，輸出都波形為雙極性。更為實(shí)際的是spwm逆變器往往加上調(diào)節(jié)器，加上調(diào)節(jié)器后，實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)spwm的雙極性控制；改成數(shù)字控制后，開(kāi)始時(shí)只是把同樣的方法數(shù)字化，稱(chēng)做“自然采樣法”而在工程上，采用的是簡(jiǎn)化后的“規(guī)則采樣法”。在本設(shè)計(jì)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)

24、字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)并將其存入內(nèi)存 然后通過(guò)查表及必要的計(jì)算生成波，從而實(shí)現(xiàn)以軟件方式控制的，在sa8282的rom中儲(chǔ)存有脈沖表，sa8282可通過(guò)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(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩。at89c51則通過(guò)檢測(cè)電路檢測(cè)的圖2-12 at89c51與sa8282連接電路圖數(shù)據(jù)通過(guò)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(dòng)機(jī)的交流調(diào)速。2.35光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)sa8282輸出的pwm控制信號(hào)功率很小，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)gtr，要經(jīng)過(guò)脈沖功率放大才能驅(qū)動(dòng)gtr，脈沖功率放大電路選用模塊ex359。該模塊是一圖

25、2-13 ex359驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)個(gè)帶有光隔離的功率放大電路，其電源電壓為12v，輸入信號(hào)5v，輸出電壓（對(duì)應(yīng)gtr導(dǎo)通）和-2v（對(duì)應(yīng)gtr關(guān)斷），工作頻率為2.5，可驅(qū)動(dòng)50a以下的逆變器，其內(nèi)部電路如圖2-13所示。2.36故障檢測(cè)及保護(hù)電路設(shè)計(jì)故障檢測(cè)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(guò)調(diào)節(jié)電位器rp1、rp2來(lái)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(guò)電流，過(guò)電壓保護(hù)電路控制端這樣保護(hù)電路可通過(guò)門(mén)1輸出控制信號(hào)的封鎖sa8282輸出的pwm控制信號(hào)，斷開(kāi)主回路電源。

26、a1、a2接8255的c 口中的pc4、pc5，通過(guò)pc4、pc5輸入故障信號(hào)，用以檢測(cè)故障類(lèi)型。2.37 模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)由于本次設(shè)計(jì)中選用的at89c51單片機(jī)沒(méi)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。經(jīng)過(guò)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(hào)中的交流分量，在需在反饋信號(hào)輸入前加一rc濾波電路，取，對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)為。第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)3.1 主程序的設(shè)計(jì)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(kāi)放89c51外部中斷，啟動(dòng)軟件定時(shí)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(cè)速中斷服務(wù)（,和,運(yùn)算，

27、查表求出）可逆切換程序輸出控制量測(cè)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(shí)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(yùn)算，求出頻率指令信號(hào)，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(yùn)算子程序增量式pi運(yùn)算子程序框圖如圖3-3所示，它包括按圖所示控制曲線計(jì)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(hào),再由at89c51單片機(jī)向sa8282發(fā)出調(diào)頻指令。 圖3-3 增量式pi運(yùn)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。

28、 圖3-4 故障處理程序3.5 部分子程序3.51 ad0809的編程對(duì)0809的編程，采用延時(shí)的方法main: mov r1, #data mov dptr, #7ff8h mov r7, #08hloop: movx 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(lái)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(shì)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(shí)這也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間中,通過(guò)多次的修改，終