毕业设计-基于80c51单片机控制的交流变频调速系统设计-文库吧

【正文】 /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，后者的缺陷是将减小输入阻抗，增大驱动电流，使用时应根据需要取舍。 ② 尽管 IGBT所需驱动功率很小，但由于 MOSFET存在输入电容 Cin，开关过程中需要对电容充放电，因此驱动电路的输出电流应足够大。假定开通驱动时，图 3 整流部分原理图 基于单片机控制的交流变频调速系统 8 在上升时间 tr内线性地对 MOSFET输入电容 Cin充电，则驱动电流为 Igt＝ Cin Ugs/tr，其中可取 tr＝ ， R为输入回路电阻。 ③ 为可靠关闭 IGBT， 防止擎住现象，要给栅极加一负偏压，因此最好采用双电源供电。 IGBT集成式驱动电路 IGBT的分立式驱动电路中分立元件多，结构复杂，保护功能比较完善的分立电路就更加复杂，可靠性和性能都比较差，因此实际应用中大多数采用集成式驱动电路。日本富士公司的 EXB系列集成电路、法国汤姆森公司的 UA4002集成电路等应用都很广泛。 第 4 章 控制电路设计 控制电路设计总思路 给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，称为控制回路。控制电路由以下电路，频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压/电流检测回路”，电动机的“速度检测回路”，将运算电路的控制信号进行放大隔离的“驱动电 路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”。下面详细介绍各单元电路。 SPWM 波形产生电路 HEF4752 芯片介绍 HEF4752简介 HEF4752是采用 LOCMOS工艺制造的大规模集成电路，专门用来产生三相 PWM信号。它的驱动输出经隔离放大后，既可驱动 GTO逆变器，也可驱动 GTR逆变器，在交流变频调速和 UPS中作中心控制器件 主要特点 1）能产生三对相位差 120176。 的互补 SPWM主控脉冲，适用于三相桥结构的逆变器； 2）采用数控方式不仅能提高系统控制精度，也易于与微机联机； 基于单片机控制的交流变频调速系统 9 3）采用多载波 比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，有级地自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等所造成的恶劣影响。调制频率的可调范围为 0～ 100Hz，且能使逆变器输出电压同步调节。 4）为防止逆变器上下桥臂器件直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，间隔时间连续可调。 引脚说明 HEF4752 为 28 脚双列直插式标准封装 DIP 芯片，它有 7个控制输入， 4个时钟输入， 12 个驱动逆变器输出， 3 个控制输出。其外部管脚排列如图 1 所示。各管脚功能描述如表 1 所列 HEF4752 工作原理 HEF4752 是一种基于同步式双缘调制原理产生 SPWM 信号的专用集成电路 ,其原理框图如图 2所示 。 输入功能 1）输入 I 用来决定逆变器驱动输出模式的选择，当 I为低电平时，驱动模式是晶体管，当 I 为高电平时，驱动模式是晶闸管 图 HEF4752 引脚图 基于单片机控制的交流变频调速系统 10 2）输入控制信号 K 和时钟输入 OCT 共同决定逆变器每对输出信号的互锁推迟间隔时间； 3）相序输入 CW 用来控制电机转向。当 CW 为低电平时，相序为 R、 B、 Y；当 CW 为高电平时，相序为 R、 Y、 B； 4）输入 L 用来控制起动 /停止， L 为低电平时，在晶体管模式 下封锁 HEF4752所有的脉宽调制驱动输出，但产生输出信号的内部电路仍在继续 “运行 ”。 L 为高电平时解除封锁。 L 除起停电路外，还可方便地用于过流保护； 5）控制输入 A、 B、 C 供制造过程试验用。工作时必须接到 Vss（低电平）。但 A 还有另外一个用处，即刚通电时， A 置高电平初始化整个 IC 片，被用作复位信号； 基于单片机控制的交流变频调速系统 11 6）时钟输入频率控制时钟（ FCT）控制输出 PWM 信号的基波频率，即决 定逆变器的输出频率 fout，从而控制电机转速， fFCT=3360fout。电压控制时钟（ VCT）控制 PWM 信号的基波电压幅值，使输出电压自动地正比于其输出频率，在给定的输出频率下，平均逆变输出电压的幅度由 fVCT 控制。参考时钟（ RCT）是一个固定时钟，它决定逆变器的最高开关频率 fs(max)， fRCT=280fs(max)，一旦 fRCT 确定，则 HEF4752 输出脉冲的调制频率就在 (max)～ fs(max)之间变化， 且逆变器的开关频率是输出频率的严格整数倍 fs=Nfout， N 为频率比，其 N 值为 15， 21， 30， 42， 60， 84， 120， 168； 7）输出推迟时钟（ OCT）控制 HEF4752 每对输出信号互锁推迟间隔时间 τd（对晶体管模式）以防逆变器同一桥臂上、下两只开关器件同时导通引起直通，推迟间隔时间的选择端（ K）一起决定 τd的长短，其关系式为 : 一般情况 K 保持为高电平，通常可取 fRCT=fOCT。 输出功能 1）逆变驱动输出 HEF4752 有六个主驱动输出组成三个互补对，还有和每一主输出相关联的辅助输出。在驱动 GTR 逆变器时，输出波形是双边沿调制的脉宽调制波，其调制原理可由图 3 加以说明。 图中假定载波在一个周期内有 9 个脉冲（这个脉冲数被称为频率比），载波脉冲的两个边沿都用一个可变的时间间隔量 δ 加以调制，而且使 δ∝ sinθ（ θ 为未被调制时载波脉冲边沿所处的时间，或称角相位）。 sinθ0 时，该处的脉冲变宽； sinθ0 时，该处的脉冲变窄。三相输出的调制脉冲波相位互差 120176。，如图 3 中 UR、 UY、 UB所示。图 3 中的 VRY是 R相和 Y 相间的线电压波形。这个脉冲波平均值的波形接近正弦波。显然，频率比N 的值越大，线电压平均值的波形就越接近正弦波，而良好的正弦波输出，正是交流电机所要求的。 基于单片机控制的交流变频调速系统 12 2）控制输 出 RSYN 是一个脉冲输出，其频率等于 fout，脉宽等于 VCT 时钟的脉宽，主要为触发示波器扫描提供一个稳定的参考信号。 输出电压模拟信号 VAV 为一数字信号，它模拟逆变器输出线电压的平均值。它不受互锁推迟间隔的影响，也不被控制输入 L封锁，其频率等于逆变输出频率 fout，并为 6fout所调制， VAV 在 fVCT的闭环控制中非常有用，可用来改善输出电压对输出频率关系的非线性。逆变器开关输出 CSP 是一脉冲串，不受 L 状态的影响，其频率为逆变器开关频率的 2 倍，其中每一脉冲的下降沿发生在主输出的零调制点。 ADC0809 ADC0809 是采样频率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模 — 数转换的器件。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8个单断模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。 8253 芯片 intel8253 是 NMOS 工艺制成的可编程计数器 /定时器， CR、 CE 和 OL 都是 16位寄存器，但是也可以作 8 位寄存器来用。 系统组成 系统由 MCS5 825 HEF4752 及其它支持芯片组成，如图所示： 基于单片机控制的交流变频调速系统 13 系统中 HEF4752 所需的频率控制时钟 f 由 8253 的通道 2 提供，该通道的分频系 数取固定值，通道 2 的时钟信号 f 由比例乘法器提供，比例乘法器由两只 MC14527 串联构成，它的数据