基于80c51单片机控制的交流变频调速系统设计-文库吧

【正文】 开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或电压脉冲周期以达到改变电压的目的，或者通过控制电压脉冲宽度和电压脉冲序列的周期以达到变压和变频的目的。 变频调速中，前者主要应用于 PWM 斩波（ DC－ DC 变换），后者主要应用于 PWM 逆变（ DC－ AC 变 换）。 PWM 脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。相当于基波分量的信号波（调制波）并不一定指正弦波，在 PWM 优化模式控制中可以是预畸变的信号波，正 弦信号波是一种最通常的调制信号，但决不是最优信号。根据面积等效原理， PWM 波形和正弦波是等效的，而这种的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形， 也称为 SPWM（ Sinusoidal PWM） 波形。 当前 逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和 SPWM 控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。滞环控制技术 开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现； SPWM 控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能 . 三相交流电动机定子绕组中的三相交流电在定子隙圆周上产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速称同步转速，记为 n 实际电动机转速 n 要低于 同步转速，故一般称这样的三相交流电动机为三相异步电动机。 基于单片机控制的交流变频调速系统 4 异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为 pnfn /60 11  其中 1n 为同步转速 (r/min) 1f 为 定 子 频率，也就是电源频率 (Hz)。 pn 为 磁 极 对数。 异步电机的轴转速为 pnsfsnn /)1(60)1( 11  其中 s 为异步电机的转差率， 11 /)( nnns  由上面的公式可以看出，改变电源的供电频率可以改变电机的转速。 在对异步电机调速时，希望电机的主磁通保持额定值不变。任何电动机的电磁转矩都是磁通和电流相互作用的结果，主磁通小了，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降 。主磁通大了，会使电动机的磁路饱和，并导致励磁电流畸变，励磁电流过大，严重时会使绕组过热损坏电机。主磁通是由励磁电流产生的，两者之间的关系是由磁化特性决定的。 由电机理论知道，三相异步电机定子每相电动势的有效值为 111 nfE  m .其中 E1 为气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值 (V), 1f为定子频率 (Hz), 1n 为定子每相绕组匝数， m 为极磁通里 (Wb)。由上式可见主磁通中 .是由 E1 和 1f 。共同决定的，如果保持 E1 和 1f 之比不变，就可以保持主磁通不变。 系统设计总方案的确定 在三相交流电源供电的情况下，共需经过八个主要模块完成整个调速过程。首先是三相整流变压器降压，然后经二极管桥式整流，再者由电容滤波器滤波获得直流电源，最后经 IGBT 逆变电路逆变，得到可调交流电源。 IGBT 为场控输入器件，输入功率小。确定主电路模块之后，本课程设计将采用 HEF4752 芯片构成 SPWM 波形生成电路，实现 PWM 波的调制。并采用电流转速双闭环调制系统，同时确定保护电路模块，检测电路模块，驱动电路模块等。系统总流程图如图 1 所示。 基于单片机控制的交流变频调速系统 5 图 1 SPWM 变频调速系统总流程图 第 3 章 主电路设计 主电路功能说明 主电路为 AC/DC/AC 逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器组成。三相交流电经桥式整流后，得到脉动的直流电压经电容器滤波后供给逆变器。 二极管整流桥把输入的交流电变为直流电，电阻 R1 为起动限流电阻，其上的电压波形反映了主回路的电流波形，可以用来观察波形。 C1 为滤波电容。可逆 PWM 变换器主电路系采用 IGBT 所构成的， IGBT (V V V V V V6）和六个续流二极管（ VD VD VD VD VD VD6）组成的双极式 PWM 可逆变换器。经变换器逆变，可将直流电源变成稳定的或可变的交流电源。 平波回路 隔离保护 HEF4752 波形控制电路 电流转速双闭环调制电路 检测电路 保 护 电 路 整流电路 逆变电路 驱动电路 M 基于单片机控制的交流变频调速系统 6 主电路设计 本课题中的整流器是使用六个二极管组成，如图 2 所示，它把工频电源变换为直流电源。 该电路整流输出接有大电容，而且负载也不是纯电感负载，但 为了简化计算，仍可按电感计算，只是电流裕量要可适当取大些即可。 在整流器整流后的直流电压中，含有 6 倍频率的脉动电压，此外逆变变流器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。在滤波电容选择时， 1C 一般根据放电的时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，一般不做严格计算，多取 2021 F 以上 . 逆变器的作用是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。 主电路电路图 主 电路电路图如图所示。 主电路 第 4 章 控制电路设计 主电路采用了交 — 直 — 交变频器，工作原理即：先将工频交流电源通过整流器变换成直流电，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流电，由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直溜环节”，所以又称间接式变频器。它又分为电压源型和电流源型两种，电压源型采用较大电容量的电容器进行滤波，直流电路电压波形平直，输出阻抗小，电压不易变化，相当于直流恒压源，它在当前中小功率变频调速系统中应用十分广泛。如下：图 2 基于单片机控制的交流变频调速系统 7 图 2 交 直 交变频电源 整流部分原理图如图 3，其中 A， B， C是交流电输入端，接有熔丝，当出现电流过大时熔丝会自动熔断，起到保护整个电路的作用，在整流电路入口还接有电容和电阻，能够起到抗干扰的作用，使得系统的性能更加的稳定。 IGBT 的分立驱动电路的设计 IGBT的驱动设计问题亦即 MOSFET的驱动设计问题，设计时应注意以下几点： ① IGBT栅极耐压一般在 177。20V左右，因此驱动电路输出端要给栅极加电压保护，通常的做法是在栅极并联稳压二极管或者电阻。前者的缺陷是将增加等效输入电容 Cin，从而影响开关速度，后者的缺陷是将减