變頻電源的控制與設(shè)計

1、畢業(yè)論文（設(shè)計）院 (系)： 電子信息學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣11003班 指導(dǎo)教師： 余仕求 輔導(dǎo)教師： 余仕求 時 間： 2014年3月3日至2014年5月30日 XI目錄長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書I畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告III長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)評閱教師評語XI長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)答辯記錄及成績評定XI1緒論11.1前言11.2選題背景21.2.1本課題研究的目的和意義21.2.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向21.3本文概述52 系統(tǒng)原理分析52.1變頻電源的方案論證52.2交流-直流-交流變頻器的基本原理62.3 正弦脈寬調(diào)制（SPWM）原理82.3.1 單相橋式

2、雙極性SPWM模式92.3.2 三相橋式SPWM模式103硬件設(shè)計113.1主電路設(shè)計113.2控制電路設(shè)計133.2.1SA4828芯片介紹133.2.2控制原理144系統(tǒng)的軟件設(shè)計154.1系統(tǒng)流程154.2寄存器參數(shù)設(shè)定164.2.1初始化寄存器164.2.3初始化舉例184.2.4控制程序195總結(jié)19參考文獻(xiàn)20致 謝21長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué) 1 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：變頻電源控制與設(shè)計2 畢業(yè)設(shè)計（論文）起止時間：2014年3月3日 5月30日3 畢業(yè)設(shè)計(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）(1) 教材：電力電子技術(shù)(2) 正弦電源頻率1550HZ；電壓101

3、00V；功率100W；4 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容(1) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與分析(2) 系統(tǒng)控制功能分析及控制方案設(shè)計(3) 電源參數(shù)及性能分析與改進(jìn)措施5 畢業(yè)設(shè)計(論文)的目標(biāo)及具體要求 學(xué)生通過本次畢業(yè)設(shè)計，掌握變頻電源工作原理及設(shè)計方法；能夠運(yùn)用已學(xué)的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)技術(shù)分析實際問題，設(shè)計電路，進(jìn)行參數(shù)計算；鍛煉分析問題的能力，培養(yǎng)認(rèn)真、刻苦鉆研的科學(xué)作風(fēng)，提高自學(xué)和實際動手能力，提高論文寫作水平和英語閱讀理解能力。6 完成畢業(yè)設(shè)計(論文)所需的條件及上機(jī)時數(shù)要求(1) 逆變實驗裝置(2) 電子元件及控制線路板(3) 上機(jī)機(jī)時：80任務(wù)書批準(zhǔn)日期 2014 年 2 月 20

4、日 教研室(系)主任(簽字) 任務(wù)書下達(dá)日期 2014 年 2 月 27 日 指導(dǎo)教師(簽字) 完成任務(wù)日期 2014 年 5 月 30 日 學(xué)生（簽名） 長江大學(xué) 指 導(dǎo) 教 師 變控頻電源計制與設(shè)教師的科研項目，生產(chǎn)社會實際，實驗室建設(shè)等2研究目的和意義變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器， 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動交流異步電動機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速。變頻

5、變壓電源，是將市電通過功率變換電路轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰碾妷汉皖l率的一種電源，如今已在國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，比如：（1）各種進(jìn)口設(shè)備。各國的工頻電形式不同，如美國采用120V60Hz交流電，同本采用110V60Hz交流，臺灣110V60Hz，英國240V50Hz，這使得進(jìn)口設(shè)備在國內(nèi)運(yùn)行必須通過變頻變壓供電；（2）交流電機(jī)調(diào)速。交流電機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬、效率高、特性好、結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械特性硬、保護(hù)功能齊全、運(yùn)行平穩(wěn)安全可靠、在生產(chǎn)過程中能獲得最佳速度參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是理想的調(diào)速方式。且有數(shù)據(jù)表明，交流電機(jī)用于風(fēng)機(jī)、水泵全額運(yùn)行時，采用變頻調(diào)速能節(jié)電30，因此這也是國家重點(diǎn)推廣

6、的技術(shù)；（3）風(fēng)力發(fā)電。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)軸直接連接到風(fēng)輪上，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，所產(chǎn)生的交流電頻率也隨之變化。需采用大功率電力電子變流器，將其整流為直流電，再逆變成與電網(wǎng)頻率相同的交流電輸出。通過中間電力電子環(huán)節(jié)，可對系統(tǒng)有功功率和無功功率進(jìn)行控制，實現(xiàn)最大功率跟蹤，最大效率的利用風(fēng)能；（4）實驗室、航空、軍事、鐵路等特殊場合。變頻電源以其低損耗、高效率、電路簡潔等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。近年來隨著工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對變頻電源的需求與日劇增，變頻電源的研發(fā)、生產(chǎn)已發(fā)展成為前景十分誘人的新興產(chǎn)業(yè)。3閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱1聶漢平.電力電子技術(shù)【M】.湖北：華中科

7、技大學(xué)出版社，2007.2丁道宏.電力電子技術(shù)【M】.北京：航空工業(yè)出版社，2002.3王兆安.電力電子技術(shù)【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.4王樹.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.4國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向4.1國內(nèi)現(xiàn)狀（1） 國產(chǎn)高壓變頻器功率越做越大，目前國內(nèi)最大能做到8000kw（2） 與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中（3） 已經(jīng)研制出具有瞬時掉電再恢復(fù)，故障再恢復(fù)等功能的變頻器（4） 部分廠家已經(jīng)開發(fā)出四象限運(yùn)行的高壓變頻器（5） 矢量控制的高壓變頻器已經(jīng)在應(yīng)用（6） 具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的企業(yè)逐年

8、增加 4.2國外現(xiàn)狀高壓變頻器國外主流供應(yīng)廠商主要有西門子，羅賓康，羅克韋爾（AB）及ABB等。以西門子為代表的國外品牌占據(jù)大量和為大型工程配套的高端市場。國外各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實現(xiàn)了全數(shù)字化。矢量控制功能和完善的工藝水平是國外品牌的一大特點(diǎn)。技術(shù)開發(fā)起步早，并具有相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模；能夠提供特大功率的變頻器，目前已超過20000kw；具備成熟的變頻器用功率器件生產(chǎn)技術(shù)，如IGBT, IGCT, SGCT等；創(chuàng)新技術(shù)，新工藝層出不窮，并大量和快速地運(yùn)用于產(chǎn)品中，采用輸入多脈波整流，輸出H橋逆變疊加多電平輸出，逆變單元使用通用模塊，無需輸入，輸出濾波器即

9、可以控制高壓異步電機(jī)與同步高壓電機(jī)；采用輸入多脈波整流，輸出E橋逆變疊加多電平輸出，逆變單元使用高壓模塊，需輸入，輸出濾波器即可以控制高壓異步電機(jī)與高壓同步電機(jī)。大功率交-交變頻調(diào)速技術(shù)：法國阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá)3萬kw的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)：ABB公司提供了單機(jī)容量為6萬kw的設(shè)備用于抽水蓄能電站。中功率變頻調(diào)速技術(shù)：西門子公司Simovert A電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備（102600kw）和Simovert P GTO PWM變頻調(diào)速設(shè)備（100900kw)。小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)：日本富士BJT變頻器最大單機(jī)容量可達(dá)700kw。4.3變頻器的

10、發(fā)展趨勢 變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合，機(jī)電一體的）綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流，逆變），又要處理信息的收集，變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬，軟件開發(fā)問題。（1）實現(xiàn)高水平的控制。（2）開發(fā)清潔電能的變頻器。（3）縮小裝置的尺寸。（4）高速度的數(shù)字控制。4.4變頻電源正朝著以下幾個方向發(fā)展：（1）高頻化電氣設(shè)備的變壓器、電容和電感的體積、重量與供電頻率的平方根戰(zhàn)反比，當(dāng)我們把頻率提高，設(shè)備的體積、重量將顯著下降。因此提高電子器件工作頻率能帶

11、來顯著的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約成本的經(jīng)濟(jì)效益。（2）模塊化由于頻率的不斷提高，導(dǎo)致引線寄生電感、寄生電容的影響越發(fā)嚴(yán)重，產(chǎn)生過電壓、過電流毛刺等問題。為增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，許多廠商開發(fā)了用戶專用功率模塊，將一臺整機(jī)以集成芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再由傳統(tǒng)的引線連接，以達(dá)到優(yōu)化的效果。（3）數(shù)字化隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的日趨完善，基于數(shù)字技術(shù)的電力電子技術(shù)逐漸取代了原來基于模擬電路的技術(shù)，并顯示出其優(yōu)勢：便于計算機(jī)處理控制、減小雜散信號的干擾、避免模擬信號的畸變失真，也便于自診斷、容錯技術(shù)的植入。（4）綠色化許多功率電子節(jié)電設(shè)備，常常容易形成對電網(wǎng)的污染，向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流，從而

12、降低總功率因子，使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現(xiàn)缺角和畸變。因此電源系統(tǒng)的綠色化不僅是要顯著節(jié)電，減少對環(huán)境的污染，還應(yīng)規(guī)定該電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國際電工委員會(IEC)對此已制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如IEC555、IECl000、IEC917等。5主要研究內(nèi)容，需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路5.1本文研究內(nèi)容設(shè)計一個電源，使其輸出正弦電源頻率1550Hz; 電壓10100v; 功率100w5.2關(guān)鍵問題及解決思路5.2.1主電路首先明確交流電的概念：是指電壓方向改變的電壓由于工頻電是220v,50Hz的正弦交流電，因此首先面對的問題是變頻和調(diào)壓。雖然交交變頻原理簡單，能量變換直接，

13、效率高，但其主電路復(fù)雜，可控器件多，觸發(fā)驅(qū)動電路就會復(fù)雜，只適合大容量場合應(yīng)用，故選擇交直交變頻。我們首先用一個整流電路得到直流電源，再將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，這樣解決了變頻問題。我們采用可控整流，根據(jù)需要調(diào)整控制角來改變直流電壓。這樣輸出了一個方波脈沖的交流電，通過調(diào)壓改變脈沖的幅值，通過逆變器改變脈沖的頻率（PAM）。但由于此種方式之下輸出波形是矩形波，有很大的諧波成分。為此我們要在此基礎(chǔ)之上改善輸出波形。我們用一連串很窄的矩形脈沖代替一個寬的矩形脈沖，由于中間存在沒有脈沖的間隔，因此平均電壓降低了。脈沖窄而間隔大，平均電壓就低些，脈沖寬而間隔小，平均電壓就高些。利用調(diào)壓能力構(gòu)造一個正弦交流

14、正半周和負(fù)半周，實現(xiàn)波形改善。在輸出波形的每個半周中，將占空比由小變大再由大變小就行，改變最大電壓時的脈沖寬度，就改變了平均電壓的幅值實現(xiàn)了調(diào)壓。改變脈沖寬度變化的快慢就改變了輸出頻率實現(xiàn)了變頻。至于正負(fù)半波的轉(zhuǎn)換，依靠兩組反并聯(lián)器件完成。5.2.2控制電路上述脈沖的實現(xiàn)（采用SPWM控制） SPWM波形（Sinusodial PWM）就是脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。產(chǎn)生SPWM波的原理是:用一組等腰三角形與一個正弦波進(jìn)行比較，其相交的時刻（即交點(diǎn)）作為開關(guān)管“開”或“關(guān)”的時刻，這組等腰三角形成為載波， 圖2 SPWM波形成原理而正弦波成為調(diào)制波，如圖所示。正弦波的頻

15、率和幅值是可控制的，改變正弦波的頻率，就可以改變電源輸出電壓的頻率，改變正弦波的幅值，也改變了正弦波與載波的交點(diǎn)，使得輸出脈沖系列的寬度發(fā)生變化，從而改變電源輸出電壓的大小。6完成畢業(yè)設(shè)計(論文)所必須具備的工作條件（如工具書、計算機(jī)輔助設(shè)計、某類市場調(diào)研、實驗設(shè)備和實驗環(huán)境條件等）及解決的辦法(1) 逆變實驗裝置(2) 電子元件及控制線路板(3)大量變頻的書及文獻(xiàn)7工作的主要階段、進(jìn)度與時間安排3.264.1 開題 查閱收集資料4.24.8 研究本課題任務(wù) 整理分析資料并完成開題報告4.94.15 了解變頻電源基礎(chǔ)知識 4.164.22 確定本設(shè)計方案 引言及方案論證部分4.234.29 電

16、路設(shè)計4.305.6 電路設(shè)計5.75.13 電路設(shè)計5.145.20 電路設(shè)計5.215.27 計算機(jī)繪圖5.286.3 撰寫論文6.46.10 完成論文6.116.17 答辯準(zhǔn)備及答辯8指導(dǎo)教師審查意見評審意見：指導(dǎo)教師簽名： 評定成績（百分制）：_分（注：此頁不夠，請轉(zhuǎn)反面） 評閱教師職 稱評閱日期評閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評語：評閱教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學(xué)畢

17、業(yè)論文(設(shè)計)評閱教師評語（注：此頁不夠，請轉(zhuǎn)反面）長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)答辯記錄及成績評定變頻電源的控制與設(shè)計【摘要】全數(shù)字化控制技術(shù)是正弦電源的發(fā)展趨勢，與模擬正弦電源相比，它具有硬件電路簡單，載波頻率高，調(diào)試方便和設(shè)計周期短等優(yōu)點(diǎn)。本文利用微處理器作為控制器，結(jié)合專用的SPWM集成電路，設(shè)計三相SPWM變頻電源。 系統(tǒng)主電路形式采用AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，逆變部分選用IGBT單元模塊加上并聯(lián)緩沖電路。輸入采用三相全波不可控整流電路，將三相工頻電整流成脈動的直流電（），省去了同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，簡化了電路的設(shè)計與控制，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。將上述產(chǎn)生的脈動直流電作為電源，為三相橋式

18、SPWM逆變電路供電，使之逆變成三相交流電。系統(tǒng)控制電路由 MCS-51系列的 8051 單片機(jī)和SA4828 三相 SPWM 產(chǎn)生器及少量的擴(kuò)展外圍芯片構(gòu)成，通過向相應(yīng)的控制寄存器寫控制字就可實現(xiàn)變頻電源的全數(shù)字化控制。【關(guān)鍵詞】 SPWM；AC-DC-AC；IGBT；8051單片機(jī)；SA4828；變頻電源The control and design of inverter power supply【Abstract】 Full digital control technology is the development trend of sinusoidal power supply, co

19、mpared with analog sinusoidal power supply, it has a simple hardware circuit, high carrier frequency, debugging convenient and the advantages of short design cycle. In this paper, by using a microprocessor as a controller, combined with the SPWM application specific integrated circuit, design of thr

20、ee-phase SPWM inverter.The main circuit of the system uses the AC-DC-AC structure, the inverter part selects IGBT unit module and parallel buffer circuit. The input uses three-phase full wave uncontrolled rectifying circuit, improve the power factor of the system. System control circuit is composed

21、of 8051 chip microprocessor of MCS-51 series and SA4828 three-phase SPWM generator and a few peripheral chips, the system realizes the full digital control of variable frequency power supply.【Key words】SPWM; AC-DC-AC; IGBT; 8051; SA4828; variable frequency power supply 致 謝變頻電源的控制與設(shè)計1緒論1.1前言隨著電力

22、工業(yè)的發(fā)展，越來越多的用電設(shè)備對電源的性能提出了更高的要求，迫切需要輸出電壓穩(wěn)定但頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)的三相電源。變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動交流異步電動機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速。變頻變壓電源，是將市電通過功率變換電路轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰碾妷汉皖l率的一種電源，如今已在國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，比如：（1） 各種進(jìn)口設(shè)備。各國的

23、工頻電形式不同，如美國采用120V60Hz交流電，同本采用110V60Hz交流，臺灣110V60Hz，英國240V50Hz，這使得進(jìn)口設(shè)備在國內(nèi)運(yùn)行必須通過變頻變壓供電；（2） 交流電機(jī)調(diào)速。交流電機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬、效率高、特性好、結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械特性硬、保護(hù)功能齊全、運(yùn)行平穩(wěn)安全可靠、在生產(chǎn)過程中能獲得最佳速度參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是理想的調(diào)速方式。且有數(shù)據(jù)表明，交流電機(jī)用于風(fēng)機(jī)、水泵全額運(yùn)行時，采用變頻調(diào)速能節(jié)電30，因此這也是國家重點(diǎn)推廣的技術(shù)；（3） 風(fēng)力發(fā)電。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)軸直接連接到風(fēng)輪上，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，所產(chǎn)生的交流電頻率也隨之變化。需采用大功率電力電子

24、變流器，將其整流為直流電，再逆變成與電網(wǎng)頻率相同的交流電輸出。通過中間電力電子環(huán)節(jié)，可對系統(tǒng)有功功率和無功功率進(jìn)行控制，實現(xiàn)最大功率跟蹤，最大效率的利用風(fēng)能；（4） 實驗室、航空、軍事、鐵路等特殊場合。變頻電源以其低損耗、高效率、電路簡潔等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。近年來隨著工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對變頻電源的需求與日劇增，變頻電源的研發(fā)、生產(chǎn)已發(fā)展成為前景十分誘人的新興產(chǎn)業(yè)。1.2選題背景1.2.1本課題研究的目的和意義人類已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期。電源是向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基礎(chǔ)。電源技術(shù)是一種涉及功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)，現(xiàn)

25、代電子技術(shù)，自動控制技術(shù)等多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論，材料科學(xué)，電機(jī)工程，微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。在現(xiàn)代通信，電子儀器，計算機(jī)，工業(yè)自動化，電力工程，國防及某些高新技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。當(dāng)代許多高新技術(shù)均與電源的電壓，電流，頻率，相位和波形等基本參數(shù)的變換和控制相關(guān)，電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換，從而為多項高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支持。因此，電源技術(shù)不但本身是一項高新技術(shù)，而且還是其他多項高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度的節(jié)約電能，降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供

26、重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來深遠(yuǎn)的影響。電源如今已是非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，從日常生活到尖端科技，都離不開電源技術(shù)的參與和支持，電源技術(shù)也正是在這種環(huán)境中一步步發(fā)展起來的。有資料表明，受資金，技術(shù)，能源價格的影響，我國能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低很多。由此可見，在我國電源系統(tǒng)將有巨大的市場潛能。在電力電子技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)以及自動能夠控制技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電源技術(shù)正面臨著一場歷史性的革命。1.2.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向國內(nèi)現(xiàn)狀（1） 國產(chǎn)高壓變頻器功率越做越大，目前國內(nèi)最大能做到8000kw（2） 與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中（

27、3） 已經(jīng)研制出具有瞬時掉電再恢復(fù)等功能的變頻器（4） 部分廠家已經(jīng)開發(fā)出四象限運(yùn)行的高壓變頻器（5） 矢量控制的高壓變頻器已經(jīng)在應(yīng)用（6） 具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的企業(yè)逐年增加 國外現(xiàn)狀高壓變頻器國外主流供應(yīng)廠商主要有西門子，羅賓康，羅克韋爾（AB）及ABB等。以西門子為代表的國外品牌占據(jù)大量和為大型工程配套的高端市場。國外各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實現(xiàn)了全數(shù)字化。矢量控制功能和完善的工藝水平是國外品牌的一大特點(diǎn)。技術(shù)開發(fā)起步早，并具有相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模；能夠提供特大功率的變頻器，目前已超過20000kw；具備成熟的變頻器用功率器件生產(chǎn)技術(shù)，如IGBT, I

28、GCT, SGCT等；創(chuàng)新技術(shù)，新工藝層出不窮，并大量和快速地運(yùn)用于產(chǎn)品中，采用輸入多脈波整流，輸出H橋逆變疊加多電平輸出，逆變單元使用通用模塊，無需輸入，輸出濾波器即可以控制高壓異步電機(jī)與同步高壓電機(jī)；采用輸入多脈波整流，輸出E橋逆變疊加多電平輸出，逆變單元使用高壓模塊，需輸入，輸出濾波器即可以控制高壓異步電機(jī)與高壓同步電機(jī)。大功率交-交變頻調(diào)速技術(shù)：法國阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá)3萬kw的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)：ABB公司提供了單機(jī)容量為6萬kw的設(shè)備用于抽水蓄能電站。中功率變頻調(diào)速技術(shù)：西門子公司Simovert A電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備（1026

29、00kw）和Simovert P GTO PWM變頻調(diào)速設(shè)備（100900kw).小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)：日本富士BJT變頻器最大單機(jī)容量可達(dá)700kw。變頻器的發(fā)展趨勢 變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合，機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流，逆變），又要處理信息的收集，變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬，軟件開發(fā)問題。（1） 實現(xiàn)高水平的控制。（2） 開發(fā)清潔電能的變頻器。（3） 縮小裝置的尺寸。（4） 高速度的數(shù)字控制。變頻電源正朝著以下幾個

30、方向發(fā)展：（1）高頻化電氣設(shè)備的變壓器、電容和電感的體積、重量與供電頻率的平方根成反比，當(dāng)我們把頻率提高，設(shè)備的體積、重量將顯著下降。因此提高電子器件工作頻率能帶來顯著的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約成本的經(jīng)濟(jì)效益。（2）模塊化由于頻率的不斷提高，導(dǎo)致引線寄生電感、寄生電容的影響越發(fā)嚴(yán)重，產(chǎn)生過電壓、過電流毛刺等問題。為增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，許多廠商開發(fā)了用戶專用功率模塊，將一臺整機(jī)以集成芯片的形式安裝到一個模塊中，使器件之間不再由傳統(tǒng)的引線連接，以達(dá)到優(yōu)化的效果。(3)數(shù)字化 隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的日趨完善，基于數(shù)字技術(shù)的電力電子技術(shù)逐漸取代 了原來基于模擬電路的技術(shù)，并顯示出其優(yōu)勢：便于計算機(jī)處理控制、減少

31、雜散信 號的干擾、避免模擬信號的畸變失真，也便于自診斷、容錯技術(shù)的植入。(4)綠色化許多功率電子節(jié)電設(shè)備，常常容易形成對電網(wǎng)的污染，向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的搞次諧波電流從而降低總功率因子，使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現(xiàn)缺角和畸變。因此電源系統(tǒng)的綠色化不僅是要顯著節(jié)能，減少對環(huán)境的污染，還應(yīng)規(guī)定該電源不能（或少）對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國際電工委員會（IEC）對此已經(jīng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如IEC555、IEC1000、IEC917等。1.3本文概述本文設(shè)計了一種全數(shù)字化變頻電源，輸入電路采用三相全波不可控整流電路，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，逆變電路由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)組成，控制電路采用MCS-51系列

32、的8051單片機(jī)作為主控制器。利用MITEL（加拿大敏迪網(wǎng)絡(luò)公司）公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型三相脈沖調(diào)制波發(fā)生器SA4828來生成三相SPWM波，電壓反饋顯示電路采用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809作為接口芯片。在此變頻電源系統(tǒng)中，通過軟件實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，利用單片機(jī)先將SA4828復(fù)位，再利用數(shù)據(jù)的輸入模塊，輸入系統(tǒng)的初始化參數(shù)以及各種控制參數(shù)，即可得到需要的SPWM波形，以控制逆變器的工作，并且在工作狀態(tài)下，利用單片機(jī)不斷查詢輸出狀態(tài)，隨時調(diào)整SPWM的輸出，以滿足工作的要求。2 系統(tǒng)原理分析2.1變頻電源的方案論證變頻器通常有主電路、控制電路組成。主電路包括整流電路、逆變電路和直流中間電路，其中整

33、流電路將交流電變換成直流電；直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波；逆變電路將中間環(huán)節(jié)輸出的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可調(diào)的交流電（varible voltage varible frequency）。控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、開關(guān)器件驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路，其功能是將檢測電路得到的各種信號送到運(yùn)算電路，使運(yùn)算電路能夠根據(jù)驅(qū)動要求為變頻器主電路提供必要的驅(qū)動信號。變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。整流電路逆變電路ACDCAC控制電路中間環(huán)節(jié)運(yùn)行指令圖1 變頻器基本結(jié)構(gòu)（1） 交交變頻原理簡單，能量變換直接，效率高，但其主電路復(fù)雜，可控器件多，觸發(fā)驅(qū)動電路就會復(fù)雜，只適合大容量

34、場合應(yīng)用。（2） 交流-直流-交流變頻器是目前被廣為應(yīng)用的變頻器。它先將恒壓恒頻的交流電通過整流器變換成直流電，再通過逆變器將直流電變成可控交流電的間接型變頻電路。2.2交流-直流-交流變頻器的基本原理按照控制方式的不同，交流-直流-交流變頻器可分為以下四種方式1。（1） 采用可控整流調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的方式，其結(jié)構(gòu)框圖如圖。在該裝置中，調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個環(huán)節(jié)上完成，要求兩者在控制電路中協(xié)調(diào)配合，器件結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。其缺點(diǎn)是在整流環(huán)節(jié)采用了晶閘管整流器，當(dāng)電壓調(diào)的較低時，電網(wǎng)端功率因數(shù)較低。此時逆變器通常也是由晶閘管組成的，每個周期換相6次，因此輸出的諧波較大。這類控制方式現(xiàn)在采用較少。逆

35、變器可控整流器ACDC AC中間直流環(huán)節(jié) 調(diào)壓調(diào)頻圖2 可控整流器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的結(jié)構(gòu)圖（2） 采用不可控整流器整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的控制方式，其結(jié)構(gòu)圖如圖。該裝置中有三個環(huán)節(jié)，整流器由二極管組成，只整流不調(diào)壓；調(diào)壓環(huán)節(jié)由斬波器單獨(dú)進(jìn)行，用脈寬調(diào)制方式，這種方法克服了功率因數(shù)較低的缺點(diǎn)。但由于系統(tǒng)輸出逆變環(huán)節(jié)不變，所以仍有較大的諧波。不可控整流逆變器斬波器ACDC AC調(diào)壓調(diào)頻圖3 不可控整流器整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的結(jié)構(gòu)框圖（3） 采用不可控整流器整流、PWM逆變器同時調(diào)壓調(diào)頻的控制方式，其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。這種方法較好地解決輸入功率因數(shù)較低和輸出諧波大的問題。PWM逆變器采

36、用全控式電力電子開關(guān)器件，因此輸出的諧波大小取決于PWM的開關(guān)頻率及控制方式。不可控整流器PWM逆變器ACDCAC 中間直流環(huán)節(jié) 調(diào)壓調(diào)頻圖4 不可控整流器整流、脈寬調(diào)制逆變器調(diào)壓、調(diào)頻的結(jié)構(gòu)框圖（4） 采用PWM可控整流、PWM逆變器調(diào)壓調(diào)頻的控制方式，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示。由于計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，全數(shù)字系統(tǒng)使PWM控制非常容易，例如TMS320F240有12路PWM接口，可以方便地設(shè)計雙PWM變頻器，不僅在逆變環(huán)節(jié)采用PWM控制，其整流部分也采用PWM可控整流。因此，可以控制整個系統(tǒng)對電網(wǎng)的諧波污染非常低，同時具有較高的功率因數(shù)。不僅如此，通過PWM控制還可以使系統(tǒng)進(jìn)行再生制動。PWM逆變器

37、PWM可控整流器 AC DC AC中間直流環(huán)節(jié) VVVF調(diào)壓調(diào)頻圖5 PWM整流器整流、PWM逆變器調(diào)壓調(diào)頻的結(jié)構(gòu)框圖在交流直流交流變頻器中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓電壓波形比較平直，在理想情況下是一個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出的電壓波形是矩形波或階梯波，這類變頻器稱為電壓型變頻器?？紤]到本設(shè)計容量不是很高，盡可能提高功率因數(shù)，盡可能減少諧波，盡可能使設(shè)計電路簡化，本設(shè)計采用不可控整流器整流、脈寬調(diào)制逆變器調(diào)壓、調(diào)頻的電壓型變頻器。2.3 正弦脈寬調(diào)制（SPWM）原理PWM(Pluse Width Modulation)控制1就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬

38、度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形。SPWM波形(Sinusoidal PWM)就是脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦渡等效的PWM波形。 產(chǎn)生SPWM波的原理是：用一組等腰三角波與一個正弦渡進(jìn)行比較，其相交的時刻(即交點(diǎn))作為開關(guān)管“開”或“關(guān)”的時刻，這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波稱為調(diào)制波，如圖6所示。正弦波的頻率和幅值是可控制的，改變正弦波的頻率，就可以改變電源輸出電壓的頻率，改變正弦波的幅值，也就改變了正弦波與載波的交點(diǎn)，使輸出脈沖系列的寬度發(fā)生變化，從而改變電源輸出電壓的大小。圖6 SPWM原理圖根據(jù)采樣控制理論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖作用于慣性系統(tǒng)上時，其輸出響應(yīng)基本相同，

39、且脈沖越窄，輸出的差異越小。換句話說，如果把各輸出波形用付立葉變換分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。它表明：慣性系統(tǒng)的 輸出響應(yīng)主要取決于系統(tǒng)的沖量，即窄脈沖的面積，而與窄脈沖的形狀無關(guān)。依據(jù)上述原理，將N等分的正弦曲線的每一等分曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的等幅而不等寬的矩形脈沖波替代，且使矩形脈沖的對稱線與相應(yīng)的正弦等分的中線重合。顯然，各個矩形波寬度是不同的，它們的寬度大小將按正弦規(guī)律變化。實用中人們常用正弦波與三角波相交的方法來確定各段矩形脈沖的寬度。三角波是上下寬度按線性變化的對稱波形，如果任何一條光滑的曲線與其相交，并令該曲線值大于三角波時輸出高電平，

40、小于三角波時輸出低電平，這樣就能得到一組等幅的、脈沖寬度正比于該函數(shù)值的矩形脈沖。如果使正弦波與三角波相交，則得到一組矩形脈沖，其幅值一定，而寬度按正弦規(guī)律變化，這當(dāng)中我們稱正弦波為調(diào)制波，三角波為載波。2.3.1 單相橋式雙極性SPWM模式1 設(shè)調(diào)制信號為正弦波，載波信號為三角波。調(diào)制電路按要求產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號、，其中分別接入開關(guān)管T1、T4的柵極。與反相，分別接入載波開關(guān)管T2、T3的柵極，開關(guān)管控制規(guī)律為：圖7 單相橋式PWM逆變電路 若Ur>Ut，T1、T4導(dǎo)通，T2、T3截止，輸出電壓為. 若Ut>Ur，T2、T3導(dǎo)通，T1、T4截止，輸出電壓為-.若不考慮開關(guān)管的開關(guān)時

41、間，則輸出電壓的波形如圖6所示。 圖8 雙極性SPWM模式調(diào)制原理 調(diào)制波幅值與載波幅值之比稱為調(diào)制度，用M表示: (1)一般來說，。2.3.2 三相橋式SPWM模式1在SPWM變換器中，使用最多的是三相橋式逆變器，如圖9所示。三相橋式逆變器一般都采用雙極性控制方式。U、V、W三相的SPWM控制公用一個三角載波，若用三相對稱正弦信號、與三角載波進(jìn)行調(diào)制，則可獲得三相橋式逆變器開關(guān)管的驅(qū)動信號，U、V、W各相開關(guān)管工作規(guī)律相同，三相輸出電壓對稱?，F(xiàn)以U相為例來說明：圖9 雙極性SPWM模式調(diào)制原理當(dāng)時，給上橋臂開關(guān)管T1以導(dǎo)通信號，給下橋臂開關(guān)管T4以關(guān)斷信號，則U相相對于直流電源中點(diǎn)N的電位為

42、；反之，當(dāng)時，給上橋臂開關(guān)管T1以關(guān)斷信號，給下橋臂開關(guān)管T4以導(dǎo)通信號，則U相相對于直流電源中點(diǎn)N的電位為。T1和T4的驅(qū)動信號始終是互補(bǔ)的。V、W兩相對直流電源中點(diǎn)N的電位同理可得到，其圖形如圖10b)、c)、d)所示。由于感性負(fù)載電流的方向和大小的影響，控制過程中，當(dāng)給T1(T4)加導(dǎo)通信號時，可能是T1（T4）導(dǎo)通，也可能是D1(D4)續(xù)流導(dǎo)通。三相橋式SPWM逆變電路的電壓波形如圖10所示，可以看出各項的SPWM的波形只有兩種電平。其中負(fù)載中點(diǎn)N與直流電源假想中點(diǎn)N之間的電壓為 (2)負(fù)載為三相對稱負(fù)載，則有 =0，可得 (3)輸出線電壓可由相電壓算出，如U、V線電壓為，其波形如圖1

43、0e)所示。同一相上、下兩個臂的驅(qū)動信號是互補(bǔ)的，但實際上為了防止上、下兩個臂直通而造成短路，在給一個臂施加導(dǎo)通信號時，應(yīng)延遲一段時間，使同一相上、下兩個臂開關(guān)管同時關(guān)斷時間，這個延遲時間也稱為“死區(qū)時間”。死區(qū)時間的長短取決于開關(guān)管的關(guān)斷時間，它的存在將會給輸出的SPWM波形帶來影響，使其偏離正弦波。若不考慮死區(qū)時間的影響，三相SPWM逆變器輸出波形如圖10所示:a) 調(diào)制波形；b)、c)、d)相電壓輸出波形；e) 線電壓輸出波形； f)中點(diǎn)電壓波形圖10 三相SPWM逆變器輸出3硬件設(shè)計3.1主電路設(shè)計主電路的設(shè)計通常在整個電源的設(shè)計過程中具有最為重要的地位，一旦完成設(shè)計，不易輕易改變，因

44、此設(shè)計時應(yīng)對各方面考慮周全，避免返工，造成時間和經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。三相變頻電源系統(tǒng)的原理圖如圖 114 所示。在主電路中，市電經(jīng)過適當(dāng)降壓后，進(jìn)入整流電路，整流電路輸出的直流經(jīng)大電容濾波后，變得比較平滑， 然后供給逆變電路，在逆變部分， 通過 SPWM 信號對 IGBT 的通斷控制， 實現(xiàn)輸出交流電頻率的變化。SPWM 信號是通過單片微機(jī) 8051 和集成芯片 SA4828 配合控制產(chǎn)生的?？刂齐娐分校瑔纹瑱C(jī)不但用來完成對 SA4828 的初始化、輸出脈寬和頻率的控制，還要處理采樣數(shù)據(jù)以形成閉環(huán)控制，完成對保護(hù)信號的邏輯檢測。由于 51 系列單片機(jī)都是地址、數(shù)據(jù)復(fù)用總線模式，故將 MUX、RS 引線

45、連到高電平。SETTRIP 用來快速關(guān)斷 SPWM 輸出，當(dāng)其有效時，TRIP 端輸出高電平，指示燈亮。圖11 單片機(jī)和SA4828控制的變頻電源設(shè)計圖系統(tǒng)主電路采用交-直-交電壓型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)恒壓變頻控制，輸入端接交流變壓器起隔離變壓作用，變壓后經(jīng)三相橋式不可控電路整流，可以高入端的功率因數(shù)，且也不需要控制驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單。中間電路一般采用電容進(jìn)行濾波，以高整流效果。逆變部分采用三相橋式電路，在中小功率的變頻電路中采用 IGBT 作為主要電力電子開關(guān)，逆變部分是主電路的核心和關(guān)鍵，為了保護(hù)六個電力電子開關(guān) IGBT，在每個 IGBT 兩端并聯(lián) RCD 阻容吸收電路，考慮到變頻電源負(fù)載的多樣性，

46、因此在每個 IGBT兩端并聯(lián)一個電力二極管續(xù)流。3.2控制電路設(shè)計3.2.1SA4828芯片介紹5控制電路采用 MCS-51 系列的 8051 單片機(jī)作為主控制器； 利用 MITEL 公司（加拿大敏迪網(wǎng)絡(luò)公司）生產(chǎn)的增強(qiáng)型三相脈沖調(diào)制波發(fā)生器 SA4828 兩者配合來生成三相 SPWM 波，控制逆變器六個 IGBT 的通斷。SA4828 采用 28 腳的 DIP 和 SOIC封裝。其引腳如圖 12 所示，可歸納為如下三類信號引腳。圖12 SA4828引腳排列圖（1） 與單片機(jī)的接口信號引腳 AD0-AD7，,和ALE可直接與地址/ 數(shù)據(jù)復(fù)用的單片機(jī)相連。此時，總線選擇信號MUX和地址/ 數(shù)據(jù)引

47、腳RS都接+5V高電平。（2） 輸入信號引腳 為片選信號；CLK為時鐘信號，可選用有源晶振為芯片提供時基，晶振最高頻率為24.576MHz；為復(fù)位信號；SETTRIP為關(guān)斷信號，高電平時可快速關(guān)斷全部SPWM信號。（3） 輸出信號引腳 RPHT，YPHT和BPHT控制三相逆變橋的3個上橋臂的開關(guān)管；RPHB，YPHB和BPHB控制三相逆變橋的3個下橋臂的開關(guān)管。他們是標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號，有12mA的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動光耦。ZPPR輸出調(diào)制波的頻率；WSS輸出采樣波形；為封鎖狀態(tài)，當(dāng)SETTRIP有效時，該引腳為低電平，表明輸出已被封鎖，可接到單片機(jī)的中斷引腳，以便CPU接到輸出關(guān)斷信號，執(zhí)行必

48、要的中斷服務(wù)程序，也可接一只發(fā)光二極管顯示當(dāng)前狀態(tài)。SA4828具有很強(qiáng)的適用性，對于采用數(shù)據(jù)地址復(fù)用結(jié)構(gòu)的處理器，和采用數(shù)據(jù)總線和地址總線分離（哈佛總線）結(jié)構(gòu)的處理器，都不需增加外圍電路，只需通過數(shù)據(jù)總線，SA4828就可直接與它們通訊。SA4828中的可編程48位初始化寄存器和控制寄存器設(shè)定和控制PWM的各種信息。初始化寄存器用于設(shè)定一些與電源有關(guān)并在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不可改變的基本參數(shù)?？刂萍拇嫫髦械膮?shù)可在運(yùn)行中實時改變，以控制輸出脈寬調(diào)制波形的狀態(tài)，實現(xiàn)對逆變器運(yùn)行狀態(tài)的實時控制。芯片內(nèi)集成了6個8位暫存器（R0-R5）和兩個虛擬寄存器（R14、R15）。微處理器先將數(shù)據(jù)寫入暫存器，然后

49、通對R14的寫操作，將數(shù)據(jù)寫入初始化寄存器，完成對電源頻率范圍、載波范圍、脈沖延遲時間、幅值控制方式、波形及看門狗定時器時間的設(shè)置。控制寄存器控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的PWM輸出，如軟件復(fù)位、看門狗使能、計數(shù)器清零、禁止輸出、正反轉(zhuǎn)、及幅值控制等。對其控制的方法也是先將數(shù)據(jù)寫入暫存器，然后R15的寫操作將數(shù)據(jù)寫入控制寄存器中。3.2.2控制原理專用產(chǎn)生三相SPWM的集成芯片與微機(jī)配合使用能把三路8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成三路脈寬調(diào)制信號，形成三相波，驅(qū)動三相功率開關(guān)器件。變頻電源工作時，將SA4828的引腳25,24,23接+5V，引腳16接地，引腳10接到8051的XTAL2，使8051的時鐘與SA4828

50、的時鐘保持同步，8051的P0的8個I/ O口與SA4828的AD0-AD7相連，為數(shù)據(jù)總線，SA4828的六路輸出口（引腳20、13，引腳18、14，引腳17、15）接到驅(qū)動模塊的的輸入端（接光耦合器發(fā)光二極管的陰極），以輸出SPWM 脈沖。SA4828的SET TRIP接制外部故障電路的輸出端，一旦故障出現(xiàn)，該端口將對SA4828的六路輸出進(jìn)行封鎖。將SA4828的22腳與8051的INTO相連，當(dāng)保護(hù)電路中有任一故障出現(xiàn)，SA4828被封鎖時，將進(jìn)入8051的INTO中斷服務(wù)程序，進(jìn)行軟件封鎖和故障顯示及報警。首先由鍵盤輸入給定的電壓和頻率，單片機(jī)把它換算成變頻電源將要輸出的電壓和頻率的

51、控制字，寫入到SA4828的控制寄存器，啟動SA4828 。從RPHT BPHB 的6個引腳輸出相應(yīng)頻率和電壓的SPWM 控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路隔離后，分別控制6個IGBT 的導(dǎo)通與截止，最后在三個輸出端上產(chǎn)生對稱的三相SPWM 電壓，供給三相負(fù)載。利用電壓頻率反饋控制系統(tǒng)，可以提高控制的精度。IGBT的故障檢測信號接到SA4828的SET TRIP 端，一旦IGBT 發(fā)生過流、過熱、短路或欠壓等情況，將立即切斷SA4828的6路輸出信號，使IGBT 得以保護(hù)。正常工作后，根據(jù)需要對SA4828控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，實現(xiàn)系統(tǒng)的反饋與實時控制。調(diào)壓時，輸出電壓經(jīng)有效值變換器取樣后，進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換成數(shù)

52、字量，再在單片機(jī)中與設(shè)定值比較，經(jīng)調(diào)節(jié)，得到修正值，輸入到SA4828幅度控制寄存器從而達(dá)到閉環(huán)控制調(diào)整輸出電壓幅值。調(diào)頻時，單片機(jī)根據(jù)用戶設(shè)定直接修改SA4828頻率控制寄存器的控制字，以改變電源輸出頻率，無需構(gòu)成閉環(huán)。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程軟件設(shè)計是整個逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。該系統(tǒng)軟件設(shè)計由三部分組成：主程序、初始化程序和中斷服務(wù)程序。主程序是整個控制系統(tǒng)的核心和靈魂，只有通過主程序才能有機(jī)地調(diào)用系統(tǒng)中各個子程序，使他們形成一個聯(lián)系緊密的整體，有條不紊的完成各種各樣的操作命令。圖13給出了本系統(tǒng)的主程序流程圖。單片機(jī)首先初始化SA4828，打開中斷系統(tǒng)。傳送控制

53、參數(shù)后，判斷SA4828有沒有保護(hù)動作，允許輸出，則開始輸出SPWM控制信號，逆變器開始工作。工作過程中，單片機(jī)不斷的處理檢測反饋回來的信號，控制SA4828調(diào)整輸出的SPWM控制信號，控制系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，以滿足系統(tǒng)的性能要求。在系統(tǒng)正常工作過程中，不斷更新看門狗定時器。防止其溢出而中斷SPWM控制信號的輸出。初始化程序，實現(xiàn)鍵盤處理、刷新處理與下位機(jī)和其他程序主要完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等，其流程圖如圖14所示：中斷程序處理的都是需要立即處理的故障，比如過壓、欠壓、IGBT故障等。這些故障信號通過或門連接到SA4828的SET TRIP 端上，只要有一個故障發(fā)生，就會使SET TRIP 端為高電平，啟動SA4828內(nèi)部的故障保護(hù)動作，瞬時封鎖SPWM脈沖輸出，同