畢業(yè)設計（論文）單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計

用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計1錯誤!未定義書簽。11交流調(diào)速的現(xiàn)狀…………錯誤!未定義書簽。32用單片機控制的交流調(diào)速……………錯誤!未定義書簽。53系統(tǒng)設計的參數(shù)………錯誤!未定義書簽。124用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計………………錯誤!未定義書簽。124.1調(diào)速系統(tǒng)總體方案設計…………錯誤!未定義書簽。124.2原器件的選擇……………………錯誤!未定義書簽。134.3系統(tǒng)主回路的設計以及參數(shù)計算…………………錯誤!未定義書簽。194.4單元模塊的設計……………………錯誤!未定義書簽。224.4.1轉(zhuǎn)差頻率控制原理及調(diào)節(jié)器的設計………錯誤!未定義書簽。224.4.2PWM控制信號的產(chǎn)生及變換器的設計……錯誤!未定義書簽。244.4.3光電隔離及驅(qū)動電路設計…………………錯誤!未定義書簽。294.4.5模擬量輸入通道的設計………錯誤!未定義書簽。314.5系統(tǒng)軟件的設計……………………錯誤!未定義書簽。314.5.1程序框圖及其介紹…………錯誤!未定義書簽。314.5.2部分子程序……………………錯5結(jié)束語……………………錯誤!未定義書簽。36參考文獻……………………錯誤!未定義書簽。37致謝…………錯誤!未定義書簽。38附錄…………錯誤!未定義書簽。38用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計2文摘單片機控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設計思想是用轉(zhuǎn)差頻率進行控制。通過改變程序來達到控制轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)主要由電機等組成?；芈分杏辛藱z測保護電路就可以使整個系統(tǒng)運行的可靠性有了保障。關鍵詞MCS-51單片機；HEF4752;8253定時器；晶閘管；整流器；三相異步電動機直流和交流兩大類，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(diào)速系統(tǒng)，推動了電動機的調(diào)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(diào)速電動機的代表，在工業(yè)中得到了廣泛的應用。它的優(yōu)點主水平，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動技術領域中相當長時間內(nèi)幾乎都采用直流拖動系統(tǒng)。題，同時，制造大容量，高轉(zhuǎn)速以及高電壓直流電動機也統(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(diào)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(diào)速的原始方案，晶閘管的出現(xiàn)使交流電動調(diào)速的發(fā)展出現(xiàn)了一個質(zhì)的飛躍，使得半際上在60年代后期解決了交流電動機調(diào)速方案中的關鍵問題，70年代開始就實現(xiàn)了產(chǎn)品的用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計3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)容量大這是電動機本身的容量所決定的。直流電動機的單機容量能達到12—14MW,而交流電動機的容量卻遠遠的高與此數(shù)值。(2)轉(zhuǎn)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6—10KV,甚至更高。一般直流電動機最高轉(zhuǎn)速只能達到3000轉(zhuǎn)/min左右，而交流電動機則可以高達每分鐘幾萬轉(zhuǎn)。這使得交流電動機的調(diào)速系統(tǒng)具有(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(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，經(jīng)濟可靠，慣性小成了交流調(diào)速系統(tǒng)的一大優(yōu)點。(4)交流電動機的調(diào)速裝置環(huán)境適應性廣。直流電動機由于結(jié)構(gòu)復雜，換向器工作要求高，使用中受到很多限制，如工廠里的酸洗車間要檢查碳刷，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(diào)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(chǎn)領域。(6)交流調(diào)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(diào)速，而僅采用擋板，節(jié)流閥來控制風量或流量。大量的電機調(diào)速系統(tǒng)來改變風量或流量的話，效率就會大大的提高，動機為交流調(diào)速電動機，有著可觀的能源效益。所有的調(diào)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(diào)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(diào)速的目的。變極對調(diào)速，電抗或自藕降壓啟動以及繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻還處于開發(fā)的階段。交流調(diào)速緩慢的主要原因是決定電動機率的改變和電動機的轉(zhuǎn)距控制都是非常困難的，使效率均不能滿足生產(chǎn)要求。后來發(fā)展起來的調(diào)壓，調(diào)頻控制只控制了電動機的氣隙磁通，而不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)距。轉(zhuǎn)差頻率控制在一定程度上能控制電動機的轉(zhuǎn)距。用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計4得到了飛速的發(fā)展。據(jù)資料顯示，現(xiàn)在有90%以上的動力來源來自電動機。我國生產(chǎn)的電能60%用于電動機，電動機與人們的生活息息相關，密不可分，所以要對電動機的調(diào)速有足夠的重視。我們都知道，動力和運動是可見的運動源，對運動控制的最有效方式是對來實現(xiàn)運動控制。實際上國外已將電動機的控制改名為運動控制。對電動機的控制可以分為簡單控制和復雜控制兩大類。簡單控制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可以通現(xiàn)。復雜控制是指對電動機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)距，的前進，人民對自動化的需求也越來越高。使電動機極為廣泛。在軍事和雷達天線，火炮瞄準，慣性泵和壓縮機，軋機主傳動等設備的控制。計算機外圍設備和辦公設備中的各種磁盤驅(qū)動器，繪圖儀，打印機，復印機等的控制；音像設備和家用電器中的錄音機，數(shù)碼相機，洗衣機，冰箱空調(diào)，電扇等的控制，我們統(tǒng)統(tǒng)稱其為電動機的控制。交流調(diào)速系統(tǒng)目前的發(fā)展水平而言，可概括的如下：(1)已從中容量等級發(fā)展到了大容量、特大容量等級。并解決了交流調(diào)速的性能指標問題，填補了直流調(diào)速系統(tǒng)在特大容量調(diào)速的空白。(2)可以使交流調(diào)速系統(tǒng)具有高的可靠性和長期的連續(xù)運行能力，從而滿足有些場合不停機檢修的要求或?qū)煽啃缘奶厥庖蟆?3)可以使交流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)高性能、高精度的轉(zhuǎn)速控制。除了控制部分可以得到和直流調(diào)速控制同樣良好的性能外，異步電動機本身態(tài)性能。采用數(shù)字鎖相控制的異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速精度可以達到0.002%。根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式n=(1-s)60f/p=n0?？芍?，當極對P不變時，均勻的改變定子供電的頻率f,則可以連續(xù)的改變異步電動機的同步轉(zhuǎn)速no。達到平滑調(diào)節(jié)電動機實際運行轉(zhuǎn)速n的目的。這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。變頻調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，應用相用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計5當廣泛，是交流調(diào)速的主流。保持V?/F?=常數(shù)的恒壓頻比控制方式在忽略定子阻抗壓降后可得到V?/F?=C?中。,式中C?=4.44Kn?N?為常數(shù)，因此，在變頻時要維持磁通恒定，只要使V?與F?成比例的改變即可。此時，由公式n?=(1-s)60f?/p得，所以，帶負載時轉(zhuǎn)速降落△n為△n=sn0=60f?s/p,將異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式T=3PU?2R?/{2SF?N[(R?+R'?/S)2+(X?+X1?)2]}近似處理后得T=(3P/2π)(U?/F)2SF?/R?oS,可以導出,由此可見，當U?/F為恒值時，對于同一轉(zhuǎn)矩T,sF?是基本不變的。也就是說，在恒壓頻比條件下改變頻率時，機械特性基本是批心平行上下移動的，頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，T太小將限制調(diào)速系統(tǒng)的帶負載能力，所以在低頻時，采用定子壓降補償法來適當?shù)奶岣唠妷篣?,以增強帶負載的能力。從而達到比較滿意的效果。保持Tmax=常數(shù)的恒磁通控制方式對于U?/F?=常數(shù)的控制方式，無法保證最大的轉(zhuǎn)距。對于要求調(diào)速范圍的的恒轉(zhuǎn)距負載，則希望在整個調(diào)速范圍內(nèi)Tmax不變，即使保持Φm恒定?？刹捎肊?/F?=常數(shù)的恒磁通控制方式。保持Tmax=常數(shù)，此時，機械特性曲線形狀不變，不同定子頻率下的機械特性曲線平行，且最大轉(zhuǎn)距保持不變，但由于異步電動機的感應電動勢E?不好測量和控制，所以在實際應用中，采用電壓補償?shù)姆椒▉磉_到維持最大轉(zhuǎn)距的目的?？紤]到低頻空載時，由于電阻壓降減小，應減少補償量，否則將使電動機中Φ增大，導致磁路過飽和而帶來的問題，故U與F的曲線是折線。保持P=常數(shù)的恒功率控制方式變頻調(diào)速時，在定子頻率大于額定頻率的情況下，若仍按照上述方法進行控制，則定子電壓要高于額定電壓，這是不允許的。所以當在頻率超過額定頻率時，往往使定子電壓不再升高，而保持U?為額定電壓不變，這樣一來，氣隙磁通就就會小于額定磁通，從而導致轉(zhuǎn)距減少，保持Pa=常數(shù)時的恒功率控制方式所要求的電壓與頻率的協(xié)調(diào)關系。可知，額定轉(zhuǎn)距(式中λ為過載倍數(shù)),對于恒功率調(diào)速，有T.F=T'F',可得出用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計6,只要滿足數(shù)的條件，即可達到恒功率調(diào)速。恒電流控制方式在變頻調(diào)速時，保持異步電動機的定子電流I?為恒值，稱為恒流控制方式。I?的恒定是通過PI調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)作用來實現(xiàn)的。恒流變頻調(diào)速與恒磁通變頻調(diào)速的機械特性基本一樣。都屬于恒轉(zhuǎn)距調(diào)速，在變頻調(diào)速時，最大轉(zhuǎn)距T是不變的，由于恒流控制限制了I,所以恒流時的最大轉(zhuǎn)距T要比恒磁通時小得多，使過載能力降低。因此，這種控制方式只適用于負載不大的場合。2用單片機控制的交流調(diào)速微處理器(單片機)取代模擬電路作為電動機的控制器，具有如下特點：(1)使電路更簡單模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路更復雜，采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實現(xiàn)。(2)可以實現(xiàn)較為復雜的控制微處理器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。因此，有能力實現(xiàn)復雜的控制。(3)靈活性和適應性微處理器的控制方式是有軟件來實現(xiàn)的，如果需要修改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路，只須修改程序即可，在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。(4)無零點漂移，控制精度高數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點漂移問題，無論被控量是大還是小，都可以保證足夠的控制精度。(5)可以提供人機界面，多機連網(wǎng)工作。用工業(yè)控制計算機可謂功能強大，它有極高的速度，很強的運算能力和接口功能，方便的軟件功能，但是由于成本高，體積過大，所以只用于大型的控制系統(tǒng)，可編程控制器則恰好相反，它只能完成邏輯判斷，定時，記數(shù)和簡單的運算，由于功能太弱，所以它只能用于簡單的電動機控制。在民用生產(chǎn)中，通常用介于工控機和可編程控制器之間的單片機作為微處理器。本次設計就是用單片機作為電動機的控制器。在設計中用單片機作為電動機的核心控制元件來取代模擬電路，就可以將傳統(tǒng)的調(diào)速方案中的一些缺點避免，達到提高控制精度的目的。在本次設計中所用到的控制方式是用轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比調(diào)速系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，異步電動機在不同的頻率下都能夠獲得較硬用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計7的機械特性曲線，但是不能保證必要的調(diào)速精度；而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需要的轉(zhuǎn)距，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能要求都不高的場合。如果異步電動機能像直流電動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)距，那么就能夠得到和支流電動機一樣的動靜態(tài)性能。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉(zhuǎn)距控制問題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機恒磁通調(diào)速相似的性能。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念，原理由式動機的機械特性方程式可以得出異步電令式中W=SW,它是轉(zhuǎn)差頻率。又由式U?=E.=4.44F?N?KN?Φ。即：所以：由于異步電動機機械特性曲線上有一最大值，當轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差頻率(對應于電磁轉(zhuǎn)距最大的轉(zhuǎn)差率)時，電動機運行在穩(wěn)定工作區(qū)，電動機的電流比較小；當轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率時，電動機進入不穩(wěn)定工作區(qū)，電動機的電流增大，轉(zhuǎn)距減小。所以在調(diào)速過程中要使電動機的轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差率。也就是說，異步電動機穩(wěn)定工作時的轉(zhuǎn)差率很小，從而W=SW?也很小，可以認為SR?],(L?+L?)]_,所以T可近似寫成T.=K.φ2W,/R?。此式表明，在轉(zhuǎn)差頻率WΦ不變，異步電動機的轉(zhuǎn)距就近似與轉(zhuǎn)差頻率成正比，這就是說，在異步電動機中控制W,就能和直流電動機中控制電流一樣，能夠達到控制轉(zhuǎn)距的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表了控制轉(zhuǎn)距，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律上面只是近似找到了轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)差頻率的正比關系，可以用它表明轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理，但是這一正比關系必須有兩個條件才能成立。首先轉(zhuǎn)差頻率W,必須較小，即控制系統(tǒng)必須對W限幅，使其滿足W<_;其中Wmax=S,W,S。對應于最大轉(zhuǎn)距時的轉(zhuǎn)8I0時，,這是I?=f(Ws)曲9調(diào)速系統(tǒng)的工作原理可知，定子電流I,轉(zhuǎn)差頻率W恒定，則勵磁電為0(W=0),所以按Ws+W=W?產(chǎn)生的對應于頂子額定電流為W=Ws+W=W,記為W?,如果逆變器輸出頻率保持W?不變，則電動機的工作點將沿著這條曲線達到B點，記定子頻率W為W?=Ws+WB,由于電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，因此電動機的工作點移到了這轉(zhuǎn)角頻率W,氣隙磁通φ,恒定。負載變化負載變化如圖3所示，負載變化時，若轉(zhuǎn)速給定信號為U,電動機工作點為N,當負調(diào)速過程電動機的工作點將瞬間地從N,點轉(zhuǎn)到1對應的特性曲線上的A點，在A點電磁轉(zhuǎn)距數(shù)數(shù)生函發(fā)器整流環(huán)電流環(huán)電壓環(huán)整流環(huán)電流環(huán)電壓環(huán)器用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計4.1調(diào)速系統(tǒng)總體方案設計EX359主回路顯示器圖5調(diào)速系統(tǒng)總體框圖轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)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(diào)速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉(zhuǎn)速，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩控制問題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相似的性能。為了使系統(tǒng)具有較好的動靜態(tài)性能，滿足設計要求，可將整個系統(tǒng)設計為轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式，對轉(zhuǎn)速進行動態(tài)調(diào)節(jié)，考慮電動機負載為恒轉(zhuǎn)距負載，在高頻段，采用恒比例控制方式來做近似恒磁通控制方式；在低頻段，采用恒磁通補償方法來維持磁通的恒定，實現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。當頻率高于額定轉(zhuǎn)速時，維持U?=U,實現(xiàn)恒4.2原器件的選擇譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。其引腳如圖6所示，譯碼功能如高電平。CBA1000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111其它狀態(tài)XX×11111111主要功能1)一個芯片上有三個獨立的16位計數(shù)器通道；用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計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78253引腳圖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.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。的變頻調(diào)速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路HEF4752為核心構(gòu)成的控制電路，由HEF4752產(chǎn)生用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計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6457A3圖8HEF4752引腳圖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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖范圍為0～100Hz,且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)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(diào)。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)動信號輸出，3個控制輸出。各管腳功能描述如表所列。表2HEF4752管腳功能腳稱1相換流開關信號12相主開關信號2用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計3相主開關信號14T最高開關頻率基準時鐘5電機換相控制信號6T推遲輸出時鐘7K選擇互鎖推遲間隔8R相主開關信號19R相主開關信號2R相換流開關信號1R相換流開關信號2T頻率時鐘A復位輸入控制S接地端B測試電路用信號C測試電路用信號T電壓時鐘電流采樣脈沖用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計PY相換流開關信號2Y相換流開關信號1Y相主開關信號2Y相主開關信號1R相同步信號L停止/啟動系統(tǒng)I選擇晶體管/晶閘管模式V平均電壓B相換流開關信號2D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(qū)動輸出模式的選擇，當引腳I為低電平時，驅(qū)動模式是晶體管，當引腳I為高電平時，驅(qū)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。用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計8255是可編程的并行I/0接口芯片，它具有3個8位的并行I/0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：D0—D7:三態(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。44噩5986圖98255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。本次設計用到8255的工作方式0,且A口作為輸入，B口，C口作為輸出。FF7CH,FF7DH,FF7FH,如果無用位為“0”,則4個地址為0000H,0001H,0002H,0003H,地址便可以靈活的選出了。 正T2正T0AB113兒51789圖10ADC0809引腳圖各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。為時鐘信號輸入端。用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計39圖118279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：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及其狀態(tài)寄存器6)顯示RAM和顯示地址寄存器(1)主回路的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主回路是交一直一交電壓型變頻電路，其圖12如下所示：圖12系統(tǒng)主回路電路圖1)大功率開關管SPWM正弦脈寬調(diào)制方法的直流利用率為0.866,即U(BR)ceo=1000V,IcM=50A,Pa倍，即I=3*4.8A=14.4A,GRT關斷時間T,=6us,升泵電壓Up=50V,4.4單元模塊的設計(1)轉(zhuǎn)差頻率控制原理電圖14系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖(2)調(diào)節(jié)器設計U.(K)=U(K-1)+K,△(K)=U.(K-1)+△U,(K)——轉(zhuǎn)速誤差；U:(K)——轉(zhuǎn)速給定；U.(K)——轉(zhuǎn)速反饋；AV(k)用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計4.4.2PWM控制信號的產(chǎn)生及變換器的設計在本系統(tǒng)中，控制信號用HEF4752大規(guī)模集成塊來產(chǎn)生。要使HEF4752正常工作，必須提供4路時鐘信號和4個開關信號。將HEF4752的I端接地，使HEF4752工作在晶體管模塊式，將K端接+5v電源，使每兩路互補信號之間有較大的輸出延遲，CW端，L端分別接8255C口的PC1、PC0。這樣剩下的只有4個控制端了。FCT端為頻率控制端，VCT端為電壓控制端，逆變器的輸出頻率和電壓就是通過控制著兩個端輸入的方波信號頻率來控制的。而電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過調(diào)頻，調(diào)壓實現(xiàn)的。所以，必須在轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器與HEF4752之間正比的方波信號為FCT和VCT時鐘信號。(1)fvcr,frcr與U?的關系及低頻補償考慮到8098單片機中A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為10位，所以頻率指令信號U用10位二進制數(shù)來表示。頻率指令信號Un、f重重重重重012頻率與f的關系如下：f?(Hz)feCT=3360f重每重重每重重重事所以有frcr=168Ufl,Ufl=20fl。為了使成立，必須滿,故取在fl=20」50Hz范圍內(nèi)，維持fvcr=336000Hz不變，這樣可自動維持U1/f1=常數(shù)。在0」20Hz范圍內(nèi)，引入低頻補償，以維持磁通恒定。低頻補償?shù)乃枷胧牵涸诘皖l段，按一用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計定規(guī)律減少fvcT,比值增大，從而相對增大，以補償定子繞組電阻上的壓降，維持磁通恒定。低頻補償曲線如圖16所示，當fl=20Hz時，有fVCT=fVCTO+K20Hz=fVCT(nom)所以可解得K'=(fVCT(nom)-fVCTO)/20Hz=(336000-8400下面來簡單估算一下，看取fVCTO=84000Hz、K=12600是否合適。額定狀態(tài)有圖16低頻補償曲線圖與未補償時的U1比較，當fl=0.2Hz時，U1大約提高了5.9V。這個5.9V用來補償定子繞組上的電阻壓降。從估算結(jié)果上看，顯然是比較合適的，故取fVCTO=84000Hz,用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計(1)變換器的設計以上找出了fFCT、fVCT與Uf1的關系，剩下的就是怎樣按照關系式產(chǎn)生頻率為fFCT、fVCT方波信號。單片機上系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz,將其6分頻后，得到2MHz的時鐘信號φ,再對φ進行P、P分頻后作為FCT、VCT時鐘信號。顯然，Pf、Pv應與Uf1頻率指令信號成一定關系變化，其關系可推導如下：可解得：分頻系數(shù)變化范圍較大，需采用16位分頻器，所以可通過擴展一片可編程定時/計數(shù)器8253來完成整數(shù)分頻。8253內(nèi)部有三個6位計數(shù)器，完全可滿足設計要求。由于Pf、Pv都不是一個純整數(shù)，為了保證系統(tǒng)的精度，可擴展2片比例乘法器CD4527,用它進行比例分頻。二進制碼/方波信號變換器硬件連線圖如圖17所示。po6OUTICLki中圖17變換器硬件連接圖NO=BCD輸入數(shù)*Np/10如果輸入的BCD數(shù)為6,則每輸入10個時鐘脈沖，可在輸出端得到6個輸出脈沖。CD4527引腳如圖18所示各引腳功能如下：SET“9”:置9端，工作時接地。用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計ST和CF:分別為選通端和級聯(lián)端。用于級聯(lián)?！?”O(jiān)UT:狀態(tài)“9”輸出端。INHout:時鐘禁止輸出端，當有脈沖輸出時，INHout輸出"1"電平。采用一級CD4527,只能獲得小數(shù)點后一位的乘法系數(shù)，為了獲得小數(shù)點后兩位的乘法系數(shù)(即0.00」0.99的比例分頻系數(shù)),本系統(tǒng)中采用級聯(lián)的方法進行加法運算，對φ進行兩位數(shù)的比例分頻，連接圖如圖所示。第一級CD4527輸出的脈沖數(shù)為。由于Q1與CF1連接，故Q1的輸出脈沖經(jīng)第二級CD4527直接從Q2輸出，脈沖不變。由于INHout1到CP1端第9個脈沖后才為“0”,即INHout2在φ第10個脈沖來時才為“0”,允許脈沖輸入，故100個φ脈沖中只從CP2端輸入10個，所以輸出脈沖數(shù),總的輸出脈沖數(shù)為：式中：A、B一比例分頻系數(shù)，分別對應于1/10位和1/100位。“9”“9”O(jiān)UTCDQQ9678圖18CD4527引腳圖8253是可編程序定時/計數(shù)器，片內(nèi)具有3個獨立的16位計數(shù)器通道，每個通道有6種工作方式。關于8253引腳功能、工作方式等這里不再贅述。本系統(tǒng)中，設定0、1、2通道工作在方式3(方波信號發(fā)生器),用比例分頻的輸出Φ,,Φ,分別作為0、1通道的計數(shù)時鐘信號，對φ,,φ、進行整數(shù)位分頻，產(chǎn)生FCT、VCT兩路時鐘信號。0、1通道的計數(shù)值即位整數(shù)分頻系數(shù)，由CPU通過執(zhí)行幾條輸出指令置入。2通道用來產(chǎn)生RCT、OCT時電路，其電源電壓為12V,輸入信號4],輸出電壓1.6V(對應GTR導通)和-2V(對應GTR關斷),工作頻率為2],可驅(qū)動50A以下的逆變器，其內(nèi)部電路如圖19所圖19EX359驅(qū)動模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)鎖HEF4752輸出的PWM控制信號，斷開主回路電源。A1、A2接8數(shù)轉(zhuǎn)換電路。經(jīng)過考慮選用的是ADC0808芯片C=0.47uF,對應的時間常數(shù)為0.005S。4.5系統(tǒng)軟件的設計4.5.1程序框圖及其介紹→中斷服務(U,U。和△Usu,PI運算，查表求出z,x,,z,x)→可逆切換程序→輸出控工給于方式1,駕計姓施初怕235列的化A4鄲出。CD高4繪輸人4伉幅串動放片定時o蜜時10轉(zhuǎn)軟作定時基9(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)速調(diào)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22所示。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序中，完成轉(zhuǎn)速、△Us的采樣，進行PI運算，求出頻率指令信號U,然后查表求得分頻系數(shù)z,,x,,zv,x。增量式PI運算子程序框圖如圖23所示，它包括按圖所示控制曲線計算轉(zhuǎn)差頻率增量YN(4)可逆切換程序可逆切換程序由停車控制和可逆切換控制兩部分組成，其程序框圖如圖24所示。系統(tǒng)對PC6進行判斷。若PC6=0,表示命令停車，這時接下來判斷轉(zhuǎn)速是否為0。若不為0,則經(jīng)PC2輸出“1”電平，使HEF4752的L端為0,封鎖其輸出信號，使逆變器輸出為0,可逆切換部分。NKYYNN取AuglK:l1Y區(qū)G(K家升圖23增量式PI運算子程序框圖明切換過程。當正/反轉(zhuǎn)開關由“正”轉(zhuǎn)到“反”時，PC7輸入0電平，表示反轉(zhuǎn)，接下來判斷當前轉(zhuǎn)向是正(CW=1)還是反(CW=0),若轉(zhuǎn)向為正，表示與給定轉(zhuǎn)向不一致，需用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計進行切換，于是經(jīng)PC2輸出1電平，使HEF4752的L端為0,封鎖其輸出信號，使逆變器端，電動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降。一旦轉(zhuǎn)速降到0,則經(jīng)PC1輸出0電平至CW端，經(jīng)PC2輸出0YNN轉(zhuǎn)速=0?N正轉(zhuǎn)?Y反轉(zhuǎn)?正轉(zhuǎn)?N反轉(zhuǎn)?正轉(zhuǎn)?N封鎖PWM信號封鎖封鎖PWM信號N轉(zhuǎn)速=0?Y轉(zhuǎn)速=0?YrN返匪圖24可逆切換程序(5)故障處理程序故障處理程序即為8051外部中斷服務程序，其程序框圖如圖25所示。用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計開始開始封鎖HEF4752PWM過電流?Nv