畢業(yè)設計基于80C51單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設計

1、基于80C51單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設計目錄第1章概述21.1三相異步電動機變頻調(diào)速的發(fā)展21.2 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)概述3第2章SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理42.1 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理42.2 系統(tǒng)設計總方案的確定5第3章 主電路設計63.1主電路功能說明63.2 主電路設計73.3 主電路電路圖7第4章 控制電路設計94.1 控制電路設計總思路94.2 SPWM波形產(chǎn)生電路9第5章 系統(tǒng)軟件設計19結論22致謝語22參考文獻23引 言隨著電力電子技術、微機控制技術以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，基于集成PWM電路構成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結構簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等

2、突出優(yōu)點而得到廣泛應用。本文介紹的GTRSPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路HEF4752和單片機（80C51）為核心構成的控制電路，由HEF4752產(chǎn)生的三相PWM信號經(jīng)隔離、放大后，驅(qū)動由GTR構成的三相橋式逆變器，使之輸出三相SPWM的波形，實現(xiàn)異步電機變頻調(diào)速。第1章 概述1.1三相異步電動機變頻調(diào)速的發(fā)展隨著變頻調(diào)速異步電動機在國內(nèi)外市場上日益擴大應用。自90年代中期以來，我國有眾多電動機生產(chǎn)企業(yè)設計、研制和生產(chǎn)適用于不同應用的各種系列變頻調(diào)速三相異步電動機，例如：通用變頻調(diào)速電動機系列、起重冶金變頻調(diào)速電動機系列、隔爆變頻調(diào)速電動機系列、電梯變頻調(diào)速電動機系列、輥道變頻調(diào)速電

3、動機系列、牽引變頻調(diào)速電動機系列等。從目前情況看，這些系列電動機能基本滿足國內(nèi)市場的需求。據(jù)資料顯示，我國對于變頻凋速三相異步電動機的品種不斷擴大，產(chǎn)品設計也不斷改進。為了適應不同用途、不同工作條件和使用環(huán)境、不同工況等各種要求，專用系列和改型系列變頻調(diào)速電動機產(chǎn)品不論現(xiàn)在和將來，都在迅速發(fā)展。變頻器供電電源會存電動機端子和各相繞組的前幾匝線圈上產(chǎn)生高頻瞬間脈沖峰值電，因此，如果不對絕緣系統(tǒng)采用增強措施將會使繞組存高電壓應力作用下過早失效，從而引起絕緣擊穿故障。在電氣傳動領域中，隨著自關斷器件技術水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術（簡稱PWM技術）也日趨成熟。PMW交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)

4、、輸出波形好、結構簡單等優(yōu)點，在井下風機、水泵、造紙機等設備中得到了廣泛的應用。將單片機應用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，可有效地避免傳統(tǒng)調(diào)速方案中的一些缺點，達到了提高控制精度的目的，其特點：（1）采用單片機可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件實現(xiàn)，簡化了電路。（2）單片機具有更強的邏輯功能，運算速度快，精度高，有大容量的存儲單元，可以實現(xiàn)較為復雜的控制。（3）無零點漂移，控制精度高。（4）可以提供人機界面，多機連網(wǎng)工作。1.2 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)概述二十世紀末以來,電力電子技術及大規(guī)模集成電路有了飛速的發(fā)展，在此技術背景下SPWM電路構成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結構簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出

5、優(yōu)點而得到廣泛應用。眾所周之早期的交-直-交變壓變頻器說輸出的交流波形都是矩形波或六拍階梯波，這是因為當時逆變器只能采用半控式的晶閘管，會有較大的低次諧波，使電動機輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。為了改善交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，在出現(xiàn)了全控式電力電子開關器件之后，科技工作者在20世紀80年代開發(fā)應用PWM技術的逆變器，由于它的優(yōu)良技術性能，當今國內(nèi)外生產(chǎn)的變壓變頻器都已采用這種技術。PWM技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達到改變電壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達到變壓和變頻的目的

6、。在變頻調(diào)速中，前者主要應用于PWM斬波（DCDC變換），后者主要應用于PWM逆變（DCAC變換）。PWM脈寬調(diào)制是利用相當于基波分量的信號波（調(diào)制波）對三角載波進行調(diào)制，以達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當于基波分量的信號波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式控制中可以是預畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調(diào)制信號，但決不是最優(yōu)信號。PWM控制技術有許多種，并且還在不斷發(fā)展中。但從控制思想上分，可把它們分成四類，即等脈寬PWM法、正弦波PWM法（SPWM）、磁鏈跟蹤PWM法（SVPWM）和電流跟蹤PWM法等。本課題設計主要介紹正弦波SPWM的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。SPWM(Sinuso

7、idal PWM)法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個重要結論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同.SPWM法就是以該結論為理論基礎,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。第2章 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理2.1 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理PWM的原理，就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具

8、有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來等效一些想要的波形。PWM技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達到改變電壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達到變壓和變頻的目的。變頻調(diào)速中，前者主要應用于PWM斬波（DCDC變換），后者主要應用于PWM逆變（DCAC變換）。PWM脈寬調(diào)制是利用相當于基波分量的信號波（調(diào)制波）對三角載波進行調(diào)制，以達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當于基波分量的信號波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式控制中可以是預畸變的信號波，正弦信號波是一種最通常的調(diào)

9、制信號，但決不是最優(yōu)信號。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。當前逆變電源的控制技術中，滯環(huán)控制技術和SPWM控制技術是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環(huán)控制技術開關頻率不固定，濾波器較難設計，且控制復雜，難以實現(xiàn)；SPWM控制技術開關頻率固定，濾波器設計簡單，易于實現(xiàn)控制。當二者采用電壓電流瞬時值雙閉環(huán)反饋的控制策略時，均能夠輸出高質(zhì)量的正弦波，且系統(tǒng)擁有良好的動態(tài)性能.三相交流電動機定子繞組中的三相交流電在定子隙圓周上產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱同步轉(zhuǎn)速，記為n

10、 實際電動機轉(zhuǎn)速n要低于同步轉(zhuǎn)速，故一般稱這樣的三相交流電動機為三相異步電動機。異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為其中為同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為其中s為異步電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。在對異步電機調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)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壞電機。主磁通是由

11、勵磁電流產(chǎn)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。2.2 系統(tǒng)設計總方案的確定在三相交流電源供電的情況下，共需經(jīng)過八個主要模塊完成整個調(diào)速過程。首先是三相整流變壓器降壓，然后經(jīng)二極管橋式整流，再者由電容濾波器濾波獲得直流電源，最后經(jīng)IGBT逆變電路逆變，得到可調(diào)交流電源。IGBT為場控輸入器件，輸入功率小。確定主電路模塊之后，本課程設

12、計將采用HEF4752芯片構成SPWM波形生成電路，實現(xiàn)PWM波的調(diào)制。并采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制系統(tǒng)，同時確定保護電路模塊，檢測電路模塊，驅(qū)動電路模塊等。系統(tǒng)總流程圖如圖1所示。M逆變電路平波回路整流電路檢測電路隔離保護保護電路電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制電路驅(qū)動電路HEF4752波形控制電路圖1 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)總流程圖第3章 主電路設計3.1主電路功能說明主電路為AC/DC/AC逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經(jīng)橋式整流后，得到脈動的直流電壓經(jīng)電容器濾波后供給逆變器。二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，電阻R1為起動限流電阻，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形，可以

13、用來觀察波形。C1為濾波電容?？赡鍼WM變換器主電路系采用IGBT所構成的，IGBT (V1、V2、V3、V4、V5、V6）和六個續(xù)流二極管（VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6）組成的雙極式PWM可逆變換器。經(jīng)變換器逆變，可將直流電源變成穩(wěn)定的或可變的交流電源。3.2 主電路設計1.整流器本課題中的整流器是使用六個二極管組成，如圖2所示，它把工頻電源變換為直流電源。該電路整流輸出接有大電容，而且負載也不是純電感負載，但為了簡化計算，仍可按電感計算，只是電流裕量要可適當取大些即可。2.平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有6倍頻率的脈動電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓

14、變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。在濾波電容選擇時，一般根據(jù)放電的時間常數(shù)計算，負載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴格計算，多取2000以上.3.逆變器逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。3.3 主電路電路圖主電路電路圖如圖所示。3.1 主電路第4章 控制電路設計主電路采用了交直交變頻器，工作原理即：先將工頻交流電源通過整流器變換成直流電，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電，由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個“中間直溜環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式變頻器。它又分為電壓源型和電流源型兩種，電壓源型采用較大電容量的電容器進行濾波，直流

15、電路電壓波形平直，輸出阻抗小，電壓不易變化，相當于直流恒壓源，它在當前中小功率變頻調(diào)速系統(tǒng)中應用十分廣泛。如下：圖2圖2 交-直-交變頻電源整流部分原理圖如圖3，其中A，B，C是交流電輸入端，接有熔絲，當出現(xiàn)電流過大時熔絲會自動熔斷，起到保護整個電路的作用，在整流電路入口還接有電容和電阻，能夠起到抗干擾的作用，使得系統(tǒng)的性能更加的穩(wěn)定。圖3整流部分原理圖IGBT的分立驅(qū)動電路的設計 IGBT的驅(qū)動設計問題亦即MOSFET的驅(qū)動設計問題，設計時應注意以下幾點：IGBT柵極耐壓一般在±20V左右，因此驅(qū)動電路輸出端要給柵極加電壓保護，通常的做法是在柵極并聯(lián)穩(wěn)壓二極管或者電阻。前者的缺陷是

16、將增加等效輸入電容Cin，從而影響開關速度，后者的缺陷是將減小輸入阻抗，增大驅(qū)動電流，使用時應根據(jù)需要取舍。盡管IGBT所需驅(qū)動功率很小，但由于MOSFET存在輸入電容Cin，開關過程中需要對電容充放電，因此驅(qū)動電路的輸出電流應足夠大。假定開通驅(qū)動時，在上升時間tr內(nèi)線性地對MOSFET輸入電容Cin充電，則驅(qū)動電流為IgtCinUgs/tr，其中可取tr2.2RCin，R為輸入回路電阻。為可靠關閉IGBT， 防止擎住現(xiàn)象，要給柵極加一負偏壓，因此最好采用雙電源供電。IGBT集成式驅(qū)動電路    IGBT的分立式驅(qū)動電路中分立元件多，結構復雜，保護功能比較完善的分立電路就更

17、加復雜，可靠性和性能都比較差，因此實際應用中大多數(shù)采用集成式驅(qū)動電路。日本富士公司的EXB系列集成電路、法國湯姆森公司的UA4002集成電路等應用都很廣泛。第4章 控制電路設計4.1 控制電路設計總思路給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制回路?？刂齐娐酚梢韵码娐?，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測回路”，電動機的“速度檢測回路”，將運算電路的控制信號進行放大隔離的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。下面詳細介紹各單元電路。4.2 SPWM波形產(chǎn)生電路4.2.1 HEF4752芯片介紹HEF4752簡介HEF4752是采用LOCMOS

18、工藝制造的大規(guī)模集成電路，專門用來產(chǎn)生三相PWM信號。它的驅(qū)動輸出經(jīng)隔離放大后，既可驅(qū)動GTO逆變器，也可驅(qū)動GTR逆變器，在交流變頻調(diào)速和UPS中作中心控制器件主要特點1）能產(chǎn)生三對相位差120°的互補SPWM主控脈沖，適用于三相橋結構的逆變器；2）采用數(shù)控方式不僅能提高系統(tǒng)控制精度，也易于與微機聯(lián)機；3）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(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調(diào)制頻率的可調(diào)范圍為0100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)。4）為防止逆變器上下橋臂器件直通，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔，間隔時間連

19、續(xù)可調(diào)。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(qū)動逆變器輸出，3個控制輸出。其外部管腳排列如圖1所示。各管腳功能描述如表1所列HEF4752工作原理HEF4752是一種基于同步式雙緣調(diào)制原理產(chǎn)生SPWM信號的專用集成電路,其原理框圖如圖2所示。輸入功能1）輸入I用來決定逆變器驅(qū)動輸出模式的選擇，當I為低電平時，驅(qū)動模式是晶體管，當I為高電平時，驅(qū)動模式是晶閘管圖2.1 HEF4752 引腳圖2）輸入控制信號K和時鐘輸入OCT共同決定逆變器每對輸出信號的互鎖推遲間隔時間；3）相序輸入CW用來控制電機轉(zhuǎn)向。當CW為低電平時，相序為R、B、

20、Y；當CW為高電平時，相序為R、Y、B；4）輸入L用來控制起動/停止，L為低電平時，在晶體管模式下封鎖HEF4752所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動輸出，但產(chǎn)生輸出信號的內(nèi)部電路仍在繼續(xù)“運行”。L為高電平時解除封鎖。L除起停電路外，還可方便地用于過流保護；5）控制輸入A、B、C供制造過程試驗用。工作時必須接到Vss（低電平）。但A還有另外一個用處，即剛通電時，A置高電平初始化整個IC片，被用作復位信號；6）時鐘輸入頻率控制時鐘（FCT）控制輸出PWM信號的基波頻率，即決定逆變器的輸出頻率fout，從而控制電機轉(zhuǎn)速，fFCT=3360×fout。電壓控制時鐘（VCT）控制PWM信號的基波電壓幅值，

21、使輸出電壓自動地正比于其輸出頻率，在給定的輸出頻率下，平均逆變輸出電壓的幅度由fVCT控制。參考時鐘（RCT）是一個固定時鐘，它決定逆變器的最高開關頻率fs(max)，fRCT=280×fs(max)，一旦fRCT確定，則HEF4752輸出脈沖的調(diào)制頻率就在0.6fs(max)fs(max)之間變化，且逆變器的開關頻率是輸出頻率的嚴格整數(shù)倍fs=N×fout，N為頻率比，其N值為15，21，30，42，60，84，120，168；7）輸出推遲時鐘（OCT）控制HEF4752每對輸出信號互鎖推遲間隔時間d（對晶體管模式）以防逆變器同一橋臂上、下兩只開關器件同時導通引起直通，推

22、遲間隔時間的選擇端（K）一起決定d的長短，其關系式為:一般情況K保持為高電平，通?？扇RCT=fOCT。輸出功能1）逆變驅(qū)動輸出HEF4752有六個主驅(qū)動輸出組成三個互補對，還有和每一主輸出相關聯(lián)的輔助輸出。在驅(qū)動GTR逆變器時，輸出波形是雙邊沿調(diào)制的脈寬調(diào)制波，其調(diào)制原理可由圖3加以說明。圖中假定載波在一個周期內(nèi)有9個脈沖（這個脈沖數(shù)被稱為頻率比），載波脈沖的兩個邊沿都用一個可變的時間間隔量加以調(diào)制，而且使sin（為未被調(diào)制時載波脈沖邊沿所處的時間，或稱角相位）。sin>0時，該處的脈沖變寬；sin<0時，該處的脈沖變窄。三相輸出的調(diào)制脈沖波相位互差120°，如圖3中

23、UR、UY、UB所示。圖3中的VRY是R相和Y相間的線電壓波形。這個脈沖波平均值的波形接近正弦波。顯然，頻率比N的值越大，線電壓平均值的波形就越接近正弦波，而良好的正弦波輸出，正是交流電機所要求的。2）控制輸出RSYN是一個脈沖輸出，其頻率等于fout，脈寬等于VCT時鐘的脈寬，主要為觸發(fā)示波器掃描提供一個穩(wěn)定的參考信號。輸出電壓模擬信號VAV為一數(shù)字信號，它模擬逆變器輸出線電壓的平均值。它不受互鎖推遲間隔的影響，也不被控制輸入L封鎖，其頻率等于逆變輸出頻率fout，并為6fout所調(diào)制，VAV在fVCT的閉環(huán)控制中非常有用，可用來改善輸出電壓對輸出頻率關系的非線性。逆變器開關輸出CSP是一脈

24、沖串，不受L狀態(tài)的影響，其頻率為逆變器開關頻率的2倍，其中每一脈沖的下降沿發(fā)生在主輸出的零調(diào)制點。ADC0809ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8個單斷模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。8253芯片intel8253是NMOS工藝制成的可編程計數(shù)器/定時器，CR、CE和OL都是16位寄存器，但是也可以作8位寄存器來用。系統(tǒng)組成系統(tǒng)由MCS-51、8253、HEF4752及其它支持芯片組成，如圖所示：FCTCLKFLT系統(tǒng)中HEF4752所需的頻率控制時鐘f 由8253的通道2提供，該通道的

25、分頻系數(shù)取固定值，通道2的時鐘信號f 由比例乘法器提供，比例乘法器由兩只MC14527串聯(lián)構成，它的數(shù)據(jù)輸入D0D7由MCS-51的PB0PB7提供?？勺儽嚷氏禂?shù)的比例乘法器與固定分頻系數(shù)的8253的通道2相串聯(lián)，達到均勻輸出f 控制信號;8253的通道1提供VCT時鐘信號，分頻系數(shù)由P0口寫入8253，RCT、OCT時鐘脈沖直接使用系統(tǒng)時鐘經(jīng)8253的0通道分頻產(chǎn)生。4.2.2用80C51單片機控制HEF4752的PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的組成由80C51 單片機控制HEF4752 的PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖所示，整個系統(tǒng)由速度給定環(huán)節(jié)no，微機控制系統(tǒng)MC，PWM 調(diào)制信號生成環(huán)節(jié)PW

26、M，電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)LT， 測速環(huán)節(jié)和電壓型逆變器等組成。SPWM波形產(chǎn)生技術原理 SPWM 技術的基本原理是利用一個三角波載波和一個正弦波進行比較，得到一個寬度 按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，用它們來驅(qū)動逆變器開關管的開關轉(zhuǎn)換。由微控制器來實 現(xiàn)SPWM 波形的方法有表格法、隨時計算法和實時計算法，但前兩種無實時處理能力。 采用實時計算法要有數(shù)學模型，其中一種較為常用的是采樣型SPWM 法，它分為自然采 樣法、對稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)則采樣法。本文采用對稱規(guī)則采樣法，即利用經(jīng)過采 樣的正弦波（實際上是階梯波）與三角波相交，由交點得出脈沖寬度。圖4 是典型的單 極性對稱規(guī)則采樣法，它只在三角波的峰值時

27、刻采樣正弦調(diào)制波并將采樣值保持，分別 取保持值和三角波交點作為脈沖寬度時間。圖中Ts 為三角波的周期，同時也是采樣周 期；Ur 為三角波的高，正弦波為Ucsint。根據(jù)三角形相似關系，得到 所以其中，M=Uc/Ur 為調(diào)制比，t 為采樣點（這里為頂點采樣）的時刻。則脈沖寬度為采樣點時刻t 只與載波比N 有關。對于圖1 情況有t=kTS+ ，其中k=0，1，2， N-1， =180/N 度。 圖4 對稱規(guī)則采樣圖對稱規(guī)則采樣法 在對稱規(guī)則采樣情況下，只要知道采樣點時刻t 就可以確定這個采樣周期內(nèi)的脈沖 寬度tpw 和時間間隔toff，從而可以計算出SPWM 波形高、低脈沖的寬度。圖8 為SPWM

28、波形生成原理圖。載波調(diào)制波圖5 SPWM波形生成原理圖1）載波頻率設定載波頻率（即三角波頻率）越高越好，但頻率過高損耗會越大，另外，還受開關管最高頻率限制，因此要合理設定。設定字由CFS0CFS2這3位組成。載波頻率通過下式：求出。式中為時鐘頻率，n值的二進制數(shù)即為載波頻率設定字。2）調(diào)制波頻率范圍設定設定調(diào)制波頻率范圍的目的是在此范圍進行16位分辨率的細分，這樣可以提高控制精度。調(diào)制波頻率范圍設定字是由CFS0CFS2三位組成。式中：m值的二進制數(shù)即為調(diào)制波頻率范圍設定字。4.2.3 單片機80C51單片機介紹單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。1 電源:1 VC

29、C - 芯片電源，接+5V；2 VSS - 接地端；2 時鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3 控制線:控制線共有4根， ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。（2） PSEN:外ROM讀選通信號（3）RST/VPD:復位/備用電源。 RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。（4）EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能

30、：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4 I/O線80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 4.2.4 SPWM波形產(chǎn)生電路設計說明SPWM產(chǎn)生電路設計如圖4所示。在該控制電路中，由外圍電路芯片產(chǎn)生推遲時鐘（OCT）和參考時鐘（RCT）、頻率控制時鐘（FCT）和電壓控制時鐘（VCT）3路時鐘信號供給HEF4752。HEF4752圖4 SPWM產(chǎn)生電路5.2.5驅(qū)動電路（有強弱電隔離）HEF4752輸出的6路控制信號是TTL電平的，它們不能直接驅(qū)動IPM中的6個

31、IGBT。原因有兩個：IGBT需要的開關信號幅值約為±10V，TTL電平不能勝任；逆變橋中三個下橋臂是共地的，而三個上橋臂是懸浮的，HEF4752輸出的6路信號均是共地的，必須加以隔離。因此驅(qū)動電路的任務有兩個：電平轉(zhuǎn)換和隔離。1) 電平轉(zhuǎn)換IGBT一般用集成電路芯片來驅(qū)動，常用電路有富士公司的EXB840、841、850、851系列、三菱公司的M5796系列等。這里介紹一種東芝公司的產(chǎn)品TLP250，電路非常簡單。TLP250采用8腳的DIP封裝，輸入端光耦的隔離電壓達到3000V，輸入電流為510mA，可以驅(qū)動100A/600V的IGBT。它采用單電源供電，使用時須外接一個電阻和

32、一個10V的穩(wěn)壓管，把25V的隔離電源變?yōu)?15V的導通電壓和10V的關斷電壓。 TLP250驅(qū)動電路2) 隔離電源為了驅(qū)動主電路逆變橋的三個上橋臂的IGBT，必須給每一路提供一個隔離的25V電源而三個下橋臂可以共用一個電源。此外，HEF4752及單片機系統(tǒng)還需要+5V電源以及異步通訊所需的±12V電源，一共需要7路電源，如圖6所示。該電源可以采用線性電源，也可采用開關電源。前者體積大，笨重，但電路簡單，各路電源完全獨立，調(diào)試容易。后者則輕便、小巧，電路相對較復雜。采用單片開關電源芯片可大大簡化電路。 圖 6 隔離電源第5章 系統(tǒng)軟件設計軟件設計是整個逆變控制的核心，它決定著逆變器的

33、輸出特性。該系統(tǒng)軟件設計由三部分組成：主程序、初始化程序和中斷服務子程序。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地調(diào)用系統(tǒng)中各個子程序，使它們形成一個聯(lián)系緊密的整體，有條不紊的完成各種各樣的操作命令。主程序：圖7 給出了本系統(tǒng)的主程序流程圖。單片機首先初始HEF4752，打開中斷系統(tǒng)。傳送控制參數(shù)后，判斷HEF4752有沒有保護動作，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，單片機不斷的處理檢測反饋回來的信號，控制HEF4752 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。初始化子程序：它實現(xiàn)鍵盤處理、刷新處理與下位機和其它程序主要完成硬件器件工作方式的設定、系統(tǒng)運行參數(shù)和變量的初始化等，其流程圖如圖8 所示。 故障保護中斷子程序：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。如圖9 所示。開始單片機初始化開中斷允許輸出更新看門狗送初始化數(shù)據(jù)至HEF4752NHEF4752工作是否正常？調(diào)整控制數(shù)據(jù)延時送控制數(shù)