單片機控制的交流調速系統(tǒng)設計

1、目 錄摘要31引言41.1交流調速系統(tǒng)的現(xiàn)狀41.2交流調速系統(tǒng)的特點51.3交流調速系統(tǒng)原理62交流調速系統(tǒng)的硬件設計72.1交流調速系統(tǒng)控制回路設計72.2交流調速系統(tǒng)參數(shù)設計82.3元器件的選用123交流調速系統(tǒng)軟件設計243.1主程序設計及說明243.2子程序設計274結論295參考文獻296致謝30單片機控制的交流調速系統(tǒng)設計摘要交流變頻調速具有調速范圍寬，穩(wěn)速精度高，動態(tài)響應快，運行可靠等技術性能，已逐步取代直流電動機調速系統(tǒng)。然而目前的變頻器大部分都是線路復雜，價格昂貴，常用于大、中功率的電動機。本課題單片機控制的變頻調速系統(tǒng)設計思想是用轉差頻率進行控制。通過改變程序來達到控制轉

2、速的目的。由于設計中電動機功率不大，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)的總體結構主要由主回路，驅動電路，光電隔離電路，SA8282大規(guī)模集成電路，保護電路，AT89C51單片機， 8255可編程接口芯片，I/O接口芯片，測速發(fā)電機等組成?？梢詽M足各種不同場合的應用，以達到調速節(jié)能的效果。關鍵詞:AT89C51單片機；SA8282；轉差頻率；交流調速；三相異步電動機1引言1.1交流調速系統(tǒng)的現(xiàn)狀電氣傳動從總體上分為調速和不調速兩大類。按照電動機的類型不同，電氣傳動又分為直流和化大生產的不斷發(fā)展，生產技術越來越復雜，對生產工藝的要求也越來越高，這就要求生產交

3、流兩大類，直流電動機在19世紀先后誕生，但當時的電氣傳動系統(tǒng)是不調速系統(tǒng)，隨著社會機械能夠在工作速度，快速啟動和制動，正反轉等方面具有較好的運行性能。從而推動了電動機的調速不斷向前發(fā)展，自從1834年直流電動機出現(xiàn)以后，直流電動機作為調速電動機的代表，在工業(yè)中得到了廣泛的應用。它的優(yōu)點主要在于調速范圍廣，靜差小，穩(wěn)定性能好以及具有良好的動態(tài)性能，晶閘管變流裝置的應用使直流拖動發(fā)展到了一個很高的水平，在可逆，可調速與高精度的拖動技術領域中相當長時間內幾乎都采用直流拖動系統(tǒng)。盡管如此，直流調速系統(tǒng)卻解決不了直流電動機本身的換向問題和在惡劣環(huán)境下的不適應問題，同時，制造大容量，高轉速以及高電壓直流電

4、動機也十分困難，這就限制了直流傳動系統(tǒng)的進一步發(fā)展。 交流電動機在1885年出現(xiàn)后，由于一直沒有理想的調速方案，只被應用于恒速拖動系統(tǒng)，從本世紀30年代起，不少國家才開始提出各種交流調速的原始方案，晶閘管的出現(xiàn)使交流電動調速的發(fā)展出現(xiàn)了一個質的飛躍，使得半導體變流技術的交流調速得以實現(xiàn)，國際上在60 年代后期解決了交流電動機調速方案中的關鍵問題，70年代開始就實現(xiàn)了產品的高壓，大容量，小型化，且已經(jīng)逐漸取代了大部分傳統(tǒng)的直流電動機的應用領域。交流調速系統(tǒng)發(fā)展迅速的很大一部分原因在于交流電動機本身的優(yōu)點：沒有電刷和換向器，結構簡單，壽命長。近年以來大功率半導體器件，大規(guī)模集成電路，電子計算機技術

5、的發(fā)展，加上交流電動機本身的優(yōu)越特性，為交流調速提供了廣泛的應用前景。目前交流電力拖動系統(tǒng)已具備了較寬的調速范圍，較高的穩(wěn)態(tài)精度，較快的動態(tài)響應，較高的工作效率以及可以在四象限運行等優(yōu)越性能，其動態(tài)性能均可與直流電動機拖動系統(tǒng)相比美。1.2交流調速系統(tǒng)的特點對于可調速的電力拖動系統(tǒng)，工程上往往把它分為直流調速系統(tǒng)和交流調速系統(tǒng)兩類。這主要是根據(jù)采用什么電流制型式的電動機來進行電能與機械能的轉換而劃分的，所謂交流調速系統(tǒng)，就是以交流電動機作為電能機械能的轉換裝置，并對其進行控制以產生所需要的轉速。交流調速系統(tǒng)與直流調速系統(tǒng)相比較，具有如下特點：1. 容量大 這是電動機本身的容量所決定的。直流電動

6、機的單機容量能達到1214MW，而交流電動機的容量卻遠遠的高與此數(shù)值。2. 轉速高，而且耐壓 直流電動機受到換向器的限制，最高電壓只能達到1000多伏，而交流電動機容量可達到610KV，甚至更高。一般直流電動機最高轉速只能達到3000轉/min左右，而交流電動機則可以高達每分鐘幾萬轉。這使得交流電動機的調速系統(tǒng)具有耐高壓，轉速高的特點。 3. 交流電動機本身的體積，重量，價格比同等容量的直流電動機要小，且交流電動機結構簡單，堅固耐用，經(jīng)濟可靠，慣性小成了交流調速系統(tǒng)的一大優(yōu)點。4. 交流電動機的調速裝置環(huán)境適應性廣。直流電動機由于結構復雜，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

7、間，由于腐蝕嚴重，使用直流電動機每周都要檢查碳刷，維修起來比較困難，而交流電動機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，新型調速系統(tǒng)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，交流拖動系統(tǒng)已達到同直流拖動系統(tǒng)一樣的性能指標，越來越廣泛的應用于 國民經(jīng)濟的各個生產領域。 6. 交流調速裝置能顯著的節(jié)能。工業(yè)上大量使用的風機，水泵，壓縮機類負載都是靠交流電動機拖動的，這類裝置的用電量占工業(yè)用電量的50%，以往都不對電動機調速，而僅采用擋板，節(jié)流閥來控制風量或流量。大量的電能被白白的浪費掉，如果采用交流電動機調速系統(tǒng)來改變風量或流量的話，效率就會大大的提高，從各方面來看，改造恒速交流電動機為交流調速電

8、動機，有著可觀的能源效益。交流電動機因其結構簡單，運行可靠，價格低廉，維修方便，故而應用面很廣，幾乎所有的調速傳動都采用交流電動機。盡管從1930年開始，人們就致力于交流調速系統(tǒng)的研究，然而主要局限于利用開關設備來切換主回路達到控制電動機啟動，制動和有級調速的目的。變極對調速，電抗或自藕降壓啟動以及繞線式異步電動機轉子回路串電阻的有級調速都還處于開發(fā)的階段。交流調速緩慢的主要原因是決定電動機轉速調節(jié)主要因素的交流電源頻率的改變和電動機的轉距控制都是非常困難的，使交流調速的穩(wěn)定性，可靠性，經(jīng)濟性以及效率均不能滿足生產要求 。后來發(fā)展起來的調壓，調頻控制只控制了電動機的氣隙磁通，而不能調節(jié)轉距。轉

9、差頻率控制在一定程度上能控制電動機的轉距。1.3交流調速系統(tǒng)原理異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為 (1 -1 )其中為同步轉速(r/min)為 定 子 頻率，也就是電源頻率(Hz);為 磁 極 對數(shù)。異步電機的軸轉速為 ( 1 -2 )其中s為異步電機的轉差率，由上面的公式可以看出，改變電源的供電頻率可以改變電機的轉速。在對異步電機調速時，希望電機的主磁通保持額定值不變。任何電動機的電磁轉矩都是磁通和電流相互作用的結果，主磁通小了，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機的負載能力下降;主磁通大了，會使電動機的磁路飽和，并導致勵磁電流畸變，勵磁電流過大，嚴重時會使繞組過熱損

10、壞電機。主磁通是由勵磁電流產生的，兩者之間的關系是由磁化特性決定的。由電機理論知道，三相異步電機定子每相電動勢的有效值為 .其中E1為氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值(V), 為定子頻率(Hz),為定子每相繞組匝數(shù)，為極磁通里(Wb)。由上式可見主磁通中.是由E1和。共同決定的，如果保持E1和之比不變，就可以保持主磁通不變。2交流調速系統(tǒng)的硬件設計2.1交流調速系統(tǒng)控制回路設計當穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時異步電機的機械特性參數(shù)表達式為： (2-1)當實際轉差額定空載轉速相比很小時（）可以從式中約去，這樣式(2-1)可以簡化為：其中 (2-2)從式(2-2)中可得，當轉差頻率較小且磁通恒定時，電機

11、的電磁轉矩T與成正比。這時只要控制轉差頻率就能控制轉矩T，從而實現(xiàn)對轉速的控制。若要使轉差頻率較小，只要有提供異步電動機的實際轉速反饋即可實現(xiàn)。若要保持為恒值，即保持勵磁電流恒定，而勵磁電流與定子電流有如下關系， （2-3）因此若，按照上述規(guī)律變化，則恒定，即恒定。轉差頻率控制策略是：利用測速環(huán)節(jié)得到轉速與轉速給定、比較，限制輸出頻率，使轉差率 (即)不太大；控制定子電流，使得勵磁電流保持恒定；這時控制實現(xiàn)調速。系統(tǒng)原理圖如圖2-l所示。轉速開環(huán)恒壓頻比的調速系統(tǒng)，雖然結構簡單，異步電動機在不同頻率小都能獲得較硬的機械特性但不能保證必要的調速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉速，動態(tài)性

12、能也很差，它只能用于對調速系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能要求不高的場合。如果異步電動機能象直流電動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉矩，那么就可能得到和直流電動機一樣的較為理想的靜，動態(tài)特性。轉差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉矩控制問題的方法，采用這種控制方案的調速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機恒磁通調速系統(tǒng)相似的性能。調速系統(tǒng)總體結構圖見圖2-1所示。 圖2-1 調速系統(tǒng)總體結構圖如圖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，同時兼具無功功率交換大的作用。為了避免大電容在合上電源開關后通電的瞬間產生過大的充電電流，在整流器和濾波電容

13、間的直流回路上串入電抗，剛通上電源時，由L1限制充電電流，然后經(jīng)過一段時間延時，L失去限流作用，使電路正常供電。2.2交流調速系統(tǒng)參數(shù)設計對一臺三相異步電動機調速系統(tǒng)進行設計。異步電動機的參數(shù)： ,接法, 采用轉差頻率控制方法，由單片機組成核心。調速范圍（2.251HZ），無級調速，靜差率。根據(jù)對象參數(shù)，完成各功能單元的結構設計，參數(shù)計算。 圖2-2 轉差頻率控制變頻調速系統(tǒng)原理圖從圖2-2可知系統(tǒng)由速度調節(jié)器、電流調節(jié)器、函數(shù)發(fā)生器、加法器，整流與逆變電路，PWM控制電路，異步電動機及測量電路等組成，其中異步電動機由SPWM控制逆變器供電。轉速調節(jié)器ASR的輸出是轉差頻率給定值,表轉矩給定。

14、函數(shù)發(fā)生器輸入轉差頻率產生。信號，并控制定子電流。以保持為恒值；加法器對轉差頻率和轉速信號求和得到變頻器的輸出頻率。從而實現(xiàn)三相異步電機變頻調速。（1）主回路的結構 系統(tǒng)主回路是交直交電壓型變頻電路，其圖2-3如下所示：圖2-3 系統(tǒng)主回路電路圖整流采用三相橋式不可控整流器，組成濾波電路，三個元件和 一起構成尖峰電壓吸收電路（又稱直流側阻容吸收電路），用以削弱因逆變器換流而引起的尖峰電壓，采用的是GRT三相橋式PWM逆變器。（2） 參數(shù)計算和元件選擇1) 大功率開關管 SPWM正弦脈寬調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，要求直流側的電源電壓： 考慮到大功率的

15、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，作為大功率開關管。QCA50A100A為兩單元組件，c-e極帶反向續(xù)流二極管，絕緣式結構，其極限參數(shù)為： ，它的內部結構圖如圖2-4所示。圖2-4 QCA50A100模塊內部結構2） 三相整流橋 整流橋輸入側電壓為：，直流側功率可估算如下： 取電動機的效率為0.82，則電動機的輸入功率為 。取逆變器的效率為0.93，則 直流側的功率為： ，故直流側電流：。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

16、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限制電流脈動（PWM變頻調速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問題）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的電感量算式估計如下（?。?（2-4）考慮到電動機和整流變壓器存在一定的電感量，取實際的串聯(lián)電感為100mH。選擇兩臺電感量各為50mH，額定電流不小于6.4A的電抗器串聯(lián)。（4）直流側阻容吸收電路 按照晶體管三相橋式整流電路直流側組容吸收電路參數(shù)式進行估算： （2-5） （2-6）其中，選擇系列紙電容。的額定功率取為2W，選擇RJ系列金屬膜電阻。選用2CP1G，額定電流，最高耐壓800V。（5） 大功率晶體管阻容

17、吸收電路 取電動機起制動電流為額定電流的3倍，即關斷時間，升泵電壓 ，則： （2-7）的耐壓值與GRT相同，取為的電容，阻值取為100歐。2.3元器件的選用（1） 74LS138 74LS138是一種3-8譯碼器，有三個輸入端，經(jīng)譯碼產生8種狀態(tài)。其引腳如圖2-5所示，譯碼功能如表所示，由表可知，當譯碼器的輸入為某一個編碼時其輸出就有一個固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。圖2-5 74LS138引腳圖表1 74LS138 真 值 表 輸 入 輸 出G1G2A/G2B/CBAY7/Y6/Y5/Y4/Y3/Y2/Y1/Y0/1000001111111010000111111101100010

18、111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111 其它狀態(tài)11111111 （2） 8253 主要功能1）一個芯片上有三個獨立的16位計數(shù)器通道;2）每個計數(shù)器都可以按照二進制或二十進制計數(shù)；3）每個計數(shù)器的技術速率可高到2MHz。4）.每個通道有六種工作方式，可由程序設置和改變;5）.所有的輸入輸出與TTL兼容。圖2-6 8253引腳圖每個通道有三條引線：CLK：輸入脈沖線。計數(shù)器就是對這個脈沖計數(shù)。8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時鐘周期不能小于380ns .GATE：門控制信號輸

19、入引腳。這是控制計數(shù)器工作的一個外部信號。當GATE引腳為低電平時，通常都是禁止計數(shù)器工作;只有當GATE為高電平時，才允許計數(shù)器工作。OUT：輸出引腳。當計數(shù)到“0”時，OUT引線上必然有輸出，輸出信號的波形取決于工作方式。本次設計用到芯片8253的工作方式三，當記數(shù)值N為偶數(shù)時，輸出為對稱方波，前N/2記數(shù)期間，OUT輸出為高電平，后N/2記數(shù)期間，OUT輸出為低電平。若記數(shù)值N為奇數(shù)值時，將輸出不對稱方波，即在前（2N+1）/2記數(shù)期間，OUT輸出高電平，后（2N-1）記數(shù)期間輸出低電平。（3）HEF4752隨著電力電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，基于集成SPWM電路構成的變頻調速系統(tǒng)以

20、其結構簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出優(yōu)點而得到廣泛應用。本文介紹的變頻調速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路HEF4752為核心構成的控制電路，由HEF4752產生的三相SPWM信號經(jīng)隔離、放大后，驅動由IGBT構成的三相逆變器，使之輸出SPWM的波形，實現(xiàn)異步電動機變頻調速。HEF4752簡介 HEF4752如圖8所示，是采用LOCMOS工藝制造的大規(guī)模集成電路，專門用來產生三相SPWM信號。它的驅動輸出經(jīng)隔離放大后，可驅動GTO和GTR逆變器，在交流變頻調速中作控制器件。圖2-6 HEF4752引腳圖主要特點如下：1）能產生三對相位差120°的互補SPWM主控脈沖，適用于三

21、相橋結構的逆變器。2）采用多載波比自動切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級地自動增加載波比，從而抑制低頻輸出時因高次諧波產生的轉矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調制頻率可調范圍為0100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調節(jié)。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，間隔時間連續(xù)可調。引腳說明：HEF4752為28腳雙列直插式標準封裝DIP芯片，它有7個控制輸入，4個時鐘輸入，12個驅動信號輸出，3個控制輸出。各管腳功能描述如表所列。表2 HEF4752管腳功能引  腳 名  稱 功     能 1 OBC1B 相換

22、流開關信號1 2 OBM2B 相主開關信號2 3 OBM1B 相主開關信號1 4 RCT 最高開關頻率基準時鐘 5 CW 電機換相控制信號 6 OCT 推遲輸出時鐘 7 K 選擇互鎖推遲間隔 8 ORM1 R相主開關信號1 9 ORM2 R相主開關信號2 10 ORC1 R相換流開關信號1 11 ORC2 R相換流開關信號2 12 FCT 頻率時鐘 13 A 復位輸入控制 14 VSS 接地端 15 B 測試電路用信號 16 C 測試電路用信號 17 VCT 電壓時鐘 18 CSP 電流采樣脈沖 19 OYC2 Y相換流開關信號2 20 OYC1 Y相換流開關信號1 21 OYM2 Y相主開關

23、信號2 22 OYM1 Y相主開關信號1 23 RSYN R相同步信號 24 L 停止/啟動系統(tǒng) 25 I 選擇晶體管/晶閘管模式 26 VAV 平均電壓 27 OBC2 B相換流開關信號2 28 VDD 工作電壓(10V) 輸入引腳功能1 )輸入引腳I用來決定逆變器驅動輸出模式的選擇，當引腳I為低電平時，驅動模式是晶體管，當引腳I為高電平時，驅動模式是晶閘管。2)輸入控制信號引腳K和時鐘輸入引腳OCT共同決定逆變器每對輸出信號的互鎖推遲間隔時間。（4） 82558255是可編程的并行I/O接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口，三種工作方式，可通過編程改變其功能，因而使用方便，通用性強，可作

24、為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。8255的引腳圖如圖9所示。引腳說明由圖可知，8255共有40個引腳，各引腳功能如下：D0D7： 三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機數(shù)據(jù)總線相連，用來傳遞數(shù)據(jù)信息。CS/： 片選信號線，低電平有效，表示芯片被選中。圖2-7 8255引腳圖RD/： 讀出信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的讀出。WR/： 寫入信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。Vcc： +5V電源。PA7PA0： A口輸入/輸出線。PB7PB0： B口輸入/輸出線。PC7PC0： C口輸入/輸出線。RESET： 復位信號線。A1A0： 地址線，用來選擇8255內部端口。 本次設計用到8255的工作方式

25、0，且A口作為輸入，B口，C口作為輸出。 8255地址口的選定： 片選CS/，地址選擇端A1，A0。分別接于P0.7,P0.1,P0.0其它地址線全懸空。顯然只要保證P0.7為低電平時，選中該8255，若P0.1,P0.0再為“00”選中8255的A口，同理P0.1,P0.0為“01”，“10”，“11”分別選中B口，C口及控制口。若地址用16位表示，其他無用端全選為1，則8255的A，B，CJ及控制口地址可為FF7CH，F(xiàn)F7DH，F(xiàn)F7FH，如果無用位為“0”，則4個地址為0000H，0001H，0002H，0003H，只要保證CS/，A1，A0的狀態(tài)，無用位設為“0”，或“1”無關。掌握

26、了確定地址的方法，地址便可以靈活的選出了。（5） ADC0809ADC0809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轉換器。其引腳如圖10所示。由引腳可見，ADC0809共有28個引腳，采用雙插直列示封裝，其引腳主要功能如下：1） IN0IN7 是8路模擬信號輸入端。圖2-8 ADC0809 引腳圖2）D0D7 是8位數(shù)字量輸出端。3）A，B，C 與ALE控制8路模擬通道的切換，A，B，C 分別與三根地址線或數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應8個通道地址口。C，B，A=000111分別對應IN0IN7通道地址。ADC0809 雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬信號，但每個瞬間只能轉換一

27、路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。4） OE，START，CLK為控制信號端，OE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時鐘信號輸入端。5）VR（+）和VR（-）為參考電壓輸入端。（6） 8279圖2-9 8279引腳圖 8279是一種通用可編程鍵盤，顯示器接口芯片。如圖11所示，它能完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能，鍵盤部分提供一種掃描方式，對鍵盤不斷掃描，自動消抖，自動識別出按下的鍵并給出編碼，能對雙鍵或N鍵同時按下進行保護。8279的組成：1）I/O控制及數(shù)據(jù)緩沖器2）控制和時序寄存器及定時控制3）掃描計數(shù)器4）回復緩沖器，鍵盤抖動及控制5）FIFO/傳感器RAM及其狀

28、態(tài)寄存器6）顯示RAM和顯示地址寄存器在本系統(tǒng)中，控制信號用SA8282大規(guī)模集成塊來產生。電動機轉速的調節(jié)是通過調頻，調壓實現(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制波（Modulation wave），當調制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調制波的半個周期內呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。如圖2-9為其調制原理圖。按照波形面積相等的原則，每一個矩形波的面積與相應位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。正弦調制波在半個

29、周期內，三角載波在正負極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也在正負之間變化，也稱為雙極性控制方式。將三相電壓和幅值為頻率為的三角載波分別送到三個獨立的比較器，比較器的輸出一方面接到相應的上橋臂開關作為驅動信號，另一方面經(jīng)過反相后接到相應的下橋臂開關作為驅動信號，在系統(tǒng)主回路電路圖圖2-10中參考波是U相，則其直接輸出將驅動V1開關，反相輸出驅動V4開關。將三相參考波和載波放在同一個坐標系上，則如圖2-11所示，以為例，當時，為高電平，則驅動V1導通，V4截止，圖2-9 SPWM調制原理圖圖2-10 SPWM逆變器電壓波圖形；當時，為低電平，V1截止，V4導通，輸出都波形為雙極性。更為實際的是SPWM

30、逆變器往往加上調節(jié)器，加上調節(jié)器后，實際的是輸出電壓與參考電壓或指令電壓比較后作為調節(jié)器的輸入，其輸出形成相應的,，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)生器和比較器來實現(xiàn)SPWM的雙極性控制；改成數(shù)字控制后，開始時只是把同樣的方法數(shù)字化，稱做“自然采樣法”而在工程上，采用的是簡化后的“規(guī)則采樣法”。在本設計中，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)字模型用計算機算出各切換點并將其存入內存 然后通過查表及必要的計算生成波，從而實現(xiàn)以軟件方式控制的，在SA8282的ROM中儲存有脈沖表，SA8282可通過查表得知應該輸出的脈沖的頻率

31、與幅值，從而可以控制電機的轉速與輸出轉矩。AT89C51則通過檢測電路檢測的圖2-11 AT89C51與SA8282連接電路圖數(shù)據(jù)通過P0口向SA8282的AD口傳送數(shù)據(jù)，使SA8282輸出相應的脈沖波，從而達到轉差頻率控制電動機的交流調速。（7）光電隔離及驅動電路設計SA8282輸出的PWM控制信號功率很小，無法直接驅動GTR，要經(jīng)過脈沖功率放大才能驅動GTR，脈沖功率放大電路選用模塊EX359。該模塊是一圖2-12 EX359驅動模塊內部結構個帶有光隔離的功率放大電路，其電源電壓為12V，輸入信號5V，輸出電壓（對應GTR導通）和-2V（對應GTR關斷），工作頻率為2.5，可驅動50A以下

32、的逆變器，其內部電路如圖2-12所示。（8）故障檢測及保護電路設計故障檢測及保護電路如圖2-13所示，該電路采用電阻取樣的電壓、電流保護電路，通過調節(jié)電位器RP1、RP2來設定最大的允許電壓、電流值。電路中C1、C2接8255的C 口中的PC2、PC3，O端接SA8282的CLK。圖2-13 過電流，過電壓保護電路控制端這樣保護電路可通過門1輸出控制信號的封鎖SA8282輸出的PWM控制信號，斷開主回路電源。A1、A2接8255的C 口中的PC4、PC5，通過PC4、PC5輸入故障信號，用以檢測故障類型。（9）模擬量輸入通道的設計由于本次設計中選用的AT89C51單片機沒有模數(shù)轉換器所以需要在

33、外部電路中加上模數(shù)轉換電路。經(jīng)過考慮選用的是ADC0809芯片。它能完成8路模擬量的轉換，為了削弱反饋信號中的交流分量，在需在反饋信號輸入前加一RC濾波電路，取，對應的時間常數(shù)為。3交流調速系統(tǒng)軟件設計3.1主程序設計及說明（1）主程序框圖如圖3-1所示。先進行芯片初始化，然后，清系統(tǒng)工作區(qū)，開放89C51外部中斷，啟動軟件定時器10ms(采樣周期)。所以，系統(tǒng)初始化完畢，進入控制循環(huán)：測速中斷服務（,和,運算，查表求出）可逆切換程序輸出控制量測速。 圖3-1 系統(tǒng)主程序框圖（2） 轉速調節(jié)程序轉速調節(jié)程序即為軟件定時器O的中斷服務程序，其程序框圖如圖3-2所示。在轉速調節(jié)程序中，完成轉速、的

34、采樣，進行PI運算，求出頻率指令信號，然后查表求得分頻系數(shù)。圖3-2 轉速調節(jié)程序框圖（3）增量式PI運算程序增量式PI運算子程序框圖如圖3-3所示，它包括按圖所示控制曲線計算轉差頻率增量, 由求出轉差頻率控制量，再由求出頻率指令信號,再由AT89C51單片機向SA8282發(fā)出調頻指令。 圖3-3 增量式PI運算子程序框圖（4）故障處理程序故障處理程序即為89C51外部中斷服務程序，其程序框圖如圖3-4所示。 圖3-4 故障處理程序3.2子程序設計（1）AD0809的編程對0809的編程，采用延時的方法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,LOOP（2） 8255的編程工作在方式0，C口作為輸出 。MOV A,#90HMOV DPTR,#0FF7FHMOVX DPTR, AMOV DPTR,#