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，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性能指標(biāo)的同時，減小體積、簡化控制、降低成本是目前面臨的問題之一。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的控制方法雖然控制效果比較好，但過于復(fù)雜。本文設(shè)計的變頻器專門針對小功率電機(jī)，具有體積小，成本低的優(yōu)點。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刂破鰽T89C51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)動和短路、過流、欠壓、過熱保護(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，通過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直接加在異步電動機(jī)上的輸出信號，實現(xiàn)對電機(jī)的變頻調(diào)速功能。當(dāng)IPM檢測電路檢測到有故障時將一路信號送到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)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)沒加濾波電容時，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5～6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220V時，整流輸出的最大電壓是311V，考慮到電壓為10％的波動，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，事實上，中間直流濾波電容的容量是從限制電壓波動的角度來選擇的，根據(jù)經(jīng)驗，可選3個450μF的鋁電解電容。3.3逆變器功率器件的選擇IGBT是場控型大功率開關(guān)元件，它熱時間常數(shù)小，承受過載能力差，在實際應(yīng)用時，從負(fù)載最嚴(yán)重的情形來選擇功率元件。功率元件的電流額定值:式中，λ—電機(jī)的過載系數(shù)，一般取1.5～2;In—電機(jī)的額定電流。此外，還應(yīng)保證功率器件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)比較多種型號的IPM的性能價格指標(biāo)，最終采用三菱公司的PM20CSJ060。4各部分電路功能4.1PWM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)動而設(shè)計的一款集成電路。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)對間、最小脈寬、調(diào)制波形、V/F曲線等均由單片機(jī)通過A/D復(fù)用總線傳送，輸入一次數(shù)據(jù)后就可讓它獨立連續(xù)運行，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)的外部存儲器或一個I/O端口。SA4828的工作頻率范圍很寬，時鐘頻率為25kHz時，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。它兼容INTEL和MOTOROLA總線的單片機(jī)。該電路通過數(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2SA4828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個管腳。介紹如下:(1)與單片機(jī)接口的標(biāo)準(zhǔn)總線AD0—AD7為8位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線。(2)控制總線(3)信號輸出及控制RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB輸出三相PWM脈沖驅(qū)動信號，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)信號輸入端，當(dāng)輸入為高電平時，輸出腳及6個PWM輸出將被迅速地箝位在低電平狀態(tài)，這種封鎖信號只有在信號作用下才能解除。(4)電源VDD為＋5V電源端，VSS為芯片接地端。湖4.反2澤SA沿48際28蓬的控膜制慈S綠A4差82洪8通參過8啄位地英址數(shù)戒據(jù)復(fù)奏用總詳線與腥單片駐機(jī)8尖9C遺51滿相連埋，如犁圖3執(zhí)所示伯。孟圖涼3痕SA致48運28室與8峰9C吃51逢的連填接金PW識M脈備沖的胖各種貌必需如參數(shù)絹都是異通過構(gòu)這條捷總線平傳給翻SA桂48務(wù)28恢的。稀故障罪封鎖逼信號異直接刪接在赴89晴C5抬1的后變小個上，惠一旦菜SA蛾48釣28清收到寒來自竟IP黃M或日故障謹(jǐn)保護(hù)塔電路馳的故慚障信陽號。逮它期除了還封鎖視PW鍛M脈苦沖輸杠出外叔，還收將端基箝位氏在低誕電平滅以向暢89饞C5史1發(fā)汪外部玉中斷緊信號體，使場單片瞎機(jī)轉(zhuǎn)茫入中經(jīng)斷處敢理子錢程序爐，處把理故遮障中診斷信芬號。蒙S層A4禁82險8芯務(wù)片是叛可編目程的備。通琴過6谷只臨摧時寄益存器茂R0蜓～R促5、挖2只貞虛擬慕寄存毅器R羽14攀、R撲15勿,對孔48紗位的暗初始琴化寄促存器抹和控叢制寄儉存器你進(jìn)行屬編程鄉(xiāng),獲編得P酷WM帝波。保S粒A4勻82鑰8內(nèi)尺部有讀兩個驅(qū)48米位的佛寄存撥器，防分別我是初賺始化促寄存盒器和導(dǎo)控制師寄存男器。崖初始扮化寄貪存器勻存放竄基本熱的運撈行參革數(shù)，駕如載挽波頻句率、截脈沖悅刪除霸、波窯形選佳擇等離，它疼只能仿在變廁頻器呈開始葬運行希前設(shè)挺定，呼并且籠在運臥行過撲程中越不能閥修改東?？氐渲萍耐来嫫髑蛴脕砭徳O(shè)定劇變頻醬器的夾輸出徑頻率扯、啟港動停即止等趙。它撿在整頌個運艦行期斤間可惱以不者斷修蘿改，開以實蛙時控姥制電漠機(jī)的管運行繞。遙(1狀)初宅始化抗寄存暫器閘初始惜化寄鑒存器則及其盒功能洲見表堂1。恰實際軋輸出書ＰＷ窄Ｍ波持形的第最小吳脈寬兆為脈槍沖取乓消時售間減既去失熄去時西間。輕若幅將值控享制A芹C=由1,良則可斧三相肥幅值婆獨立影控制蛛。選奧擇不饅同的軋WS背1和落WS毫0,斬可輸名出正糖弦型懇(0雁0)弄、增宜強(qiáng)型太(0脊1)農(nóng)和高紗效型增(1癥0)杏PW糠M波什。通偏過對昨虛擬抓寄存澇器R稠14右的寫嶄操作推,就運可將概R0岔～