1引言目前變頻調(diào)速已廣泛應(yīng)用于石油化工、家電等諸多領(lǐng)域

1、1 引言 目前，變頻調(diào)速已廣泛應(yīng)用于石油化工、家電等諸多領(lǐng)域，在變頻調(diào)速的控制理論不斷發(fā)展的同時(shí)，與之相應(yīng)的控制手段和技術(shù)也朝著數(shù)字化與軟件化方向迅速發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展為交流調(diào)速奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，電力電子器件正在向大功率化、高頻化、模塊化、智能化方向發(fā)展。所以變頻器在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí)，減小體積、簡(jiǎn)化控制、降低成本是目前面臨的問(wèn)題之一。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的控制方法雖然控制效果比較好，但過(guò)于復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)的變頻器專門針對(duì)小功率電機(jī)，具有體積小，成本低的優(yōu)點(diǎn)。2 系統(tǒng)組成 變頻器的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1 變頻器的結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)系統(tǒng)主要有兩部分組成，即控制電路和主回路?？刂齐娐肥且郧度胧轿⒖?/p>

2、制器AT89C51為核心，主回路由整流電路和智能功率模塊(IPM)組成。IPM是集門極驅(qū)動(dòng)和短路、過(guò)流、欠壓、過(guò)熱保護(hù)功能于一體的IGBT功率器件，其結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、工作可靠。在整個(gè)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)給主回路提供控制波形，并擔(dān)負(fù)起全系統(tǒng)的控制和監(jiān)護(hù)。 SA4828發(fā)出的6路PWM控制信號(hào)，通過(guò)IPM電源及光電耦合器進(jìn)行隔離之后，輸出給IPM逆變器，控制IPM直接加在異步電動(dòng)機(jī)上的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的變頻調(diào)速功能。當(dāng)IPM檢測(cè)電路檢測(cè)到有故障時(shí)將一路信號(hào)送到SA4828，SA4828的輸出PWM波立即變成低電平，從而關(guān)斷IPM。另一路送給單片機(jī)進(jìn)入中斷處理程序。3 主電路的參數(shù)選擇 電機(jī)參數(shù)

3、為額定功率0.75kW，額定電流2.1A，額定電壓380V。 整流器的輸入電壓為單相工頻交流電，當(dāng)沒(méi)加濾波電容時(shí)，單相橋式整流電路輸出的平均直流電壓為: 由 加上濾波電容后，Udc的最大值可達(dá)到交流線電壓的峰值:3.1 整流二極管模塊的參數(shù)計(jì)算 整流二極管的選擇應(yīng)從電機(jī)在最大負(fù)載電流下仍能可靠工作的情況下考慮。所以流過(guò)二極管的電流有效值為:式中，Im為電機(jī)最大負(fù)載電流峰值，其值一般取為電機(jī)額定電流的56倍。故二極管的額定電流為: 二極管的耐壓值為: 式中，U21為變壓器二次線電壓有效值。根據(jù)市場(chǎng)供貨情況選擇二極管整流模塊的參數(shù)為1000V，30A。 3.2 濾波電容的選擇 當(dāng)輸入單相線電壓為2

4、20V時(shí)，整流輸出的最大電壓是311V，考慮到電壓為10的波動(dòng)，則最大輸出可達(dá)342V，因此濾波電容的耐壓值應(yīng)在此電壓之上，并有一定的安全裕度，故取濾波電容的耐壓值為450V。 理論上，濾波電容的值越大越好，但考慮到體積成本等因素，電容值也不可能選得太大，事實(shí)上，中間直流濾波電容的容量是從限制電壓波動(dòng)的角度來(lái)選擇的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可選3個(gè)450F的鋁電解電容。 3.3 逆變器功率器件的選擇 IGBT是場(chǎng)控型大功率開(kāi)關(guān)元件，它熱時(shí)間常數(shù)小，承受過(guò)載能力差，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，從負(fù)載最嚴(yán)重的情形來(lái)選擇功率元件。功率元件的電流額定值:式中，電機(jī)的過(guò)載系數(shù)，一般取1.52; In電機(jī)的額定電流。此外，還應(yīng)保證功

5、率器件IGBT的集電極發(fā)射極額定承受電壓Uceo至少應(yīng)為實(shí)際承擔(dān)的最高峰值1.2倍以上，則功率器件的耐壓值:所以選擇IPM為600V/20A的智能功率模塊，經(jīng)比較多種型號(hào)的IPM的性能價(jià)格指標(biāo)，最終采用三菱公司的PM20CSJ060。4 各部分電路功能 4.1 PWM產(chǎn)生器SA4828功能介紹 SA4828是MITEL公司于90年代末推出的專為感應(yīng)電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的一款集成電路。它采用雙緣調(diào)制技術(shù)，能夠產(chǎn)生精確的SPWM脈沖，并且可在緊急情況下快速關(guān)斷脈沖，保護(hù)逆變器和電機(jī)。它與單片機(jī)配合使用，所有需定義的參數(shù)如載波頻率、死區(qū)對(duì)間、最小脈寬、調(diào)制波形、V/F曲線等均由單片機(jī)通過(guò)A/D復(fù)用總

6、線傳送，輸入一次數(shù)據(jù)后就可讓它獨(dú)立連續(xù)運(yùn)行，直到需要更新控制數(shù)據(jù)。在使用中，它可以看作是單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器或一個(gè)I/O端口。SA4828的工作頻率范圍很寬，時(shí)鐘頻率為25kHz時(shí)，載波頻率可達(dá)24kHz，輸出頻率4kHz。它還可以提供三種調(diào)制波形供用戶選擇:增強(qiáng)型,正弦型和高效型。此外，它的頻率分辨率很高，可達(dá)16位字長(zhǎng)。它兼容INTEL和MOTOROLA總線的單片機(jī)。該電路通過(guò)數(shù)據(jù)總線和控制線,即可直接與微處理器進(jìn)行通訊,不需增加外圍電路。圖2 SA4828的管腳分布圖SA4828的管腳布置如圖2所示，它采用雙列直插式封裝，共28個(gè)管腳。介紹如下: (1)與單片機(jī)接口的標(biāo)準(zhǔn)總線AD0AD7為

7、 8位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線。 (2)控制總線 (3)信號(hào)輸出及控制 RPHT、 RPHB、 YPHT、 YPHB、 BPHT、 BPHB輸出三相PWM脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，均為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平。端指示輸出封鎖狀態(tài)，低電平有效。SETTRIP為關(guān)斷觸發(fā)信號(hào)輸入端，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出腳及6個(gè)PWM輸出將被迅速地箝位在低電平狀態(tài)，這種封鎖信號(hào)只有在信號(hào)作用下才能解除。 (4)電源 VDD為5V電源端，VSS為芯片接地端。 4.2 SA4828的控制 SA4828通過(guò)8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線與單片機(jī)89C51相連，如圖3所示。圖3 SA4828與89C51的連接PWM脈沖的各種必需參數(shù)都是通過(guò)這條總線傳給SA4

8、828的。故障封鎖信號(hào)直接接在89C51的變小上，一旦SA4828收到來(lái)自IPM或故障保護(hù)電路的故障信號(hào)。 它除了封鎖PWM脈沖輸出外，還將端箝位在低電平以向89C51發(fā)外部中斷信號(hào)，使單片機(jī)轉(zhuǎn)入中斷處理子程序，處理故障中斷信號(hào)。 SA4828芯片是可編程的。通過(guò)6只臨時(shí)寄存器R0R5、2只虛擬寄存器R14、R15,對(duì)48位的初始化寄存器和控制寄存器進(jìn)行編程,獲得PWM波。 SA4828內(nèi)部有兩個(gè)48位的寄存器，分別是初始化寄存器和控制寄存器。初始化寄存器存放基本的運(yùn)行參數(shù)，如載波頻率、脈沖刪除、波形選擇等，它只能在變頻器開(kāi)始運(yùn)行前設(shè)定，并且在運(yùn)行過(guò)程中不能修改。控制寄存器用來(lái)設(shè)定變頻器的輸出頻率、啟動(dòng)停止等。它在整個(gè)運(yùn)行期間可以不斷修改，以實(shí)時(shí)控制電機(jī)的運(yùn)行。 (1)初始化寄存器初始化寄存器及其功能見(jiàn)表1。實(shí)際輸出波形的最小脈寬為脈沖取消時(shí)間減去失去時(shí)間。若幅值控制AC=1,則可三相幅值獨(dú)立控制。選擇不同的WS1和WS0,可輸出正弦型(00)、增強(qiáng)型(01)和