引言目前变频调速已广泛应用于石油化工家电等诸多领域

1引言目前，变频调速已广泛应用于石油化工、家电等诸多领域，在变频调速的控制理论不断发展的同时，与之相应的控制手段和技术也朝着数字化与软件化方向迅速发展。电力电子技术的发展为交流调速奠定了物质基础，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化方向发展。所以变频器在满足各项性能指标的同时，减小体积、简化控制、降低成本是目前面临的问题之一。当前应用比较广泛的控制方法虽然控制效果比较好，但过于复杂。本文设计的变频器专门针对小功率电机，具有体积小，成本低的优点。2系统组成变频器的整体结构如图1所示。图1变频器的结构图整个系统主要有两部分组成，即控制电路和主回路。控制电路是以嵌入式微控制器AT89C51为核心，主回路由整流电路和智能功率模块(IPM)组成。IPM是集门极驱动和短路、过流、欠压、过热保护功能于一体的IGBT功率器件，其结构紧凑、性能稳定、工作可靠。在整个系统中，控制系统给主回路提供控制波形，并担负起全系统的控制和监护。SA4828发出的6路PWM控制信号，通过IPM电源及光电耦合器进行隔离之后，输出给IPM逆变器，控制IPM直接加在异步电动机上的输出信号，实现对电机的变频调速功能。当IPM检测电路检测到有故障时将一路信号送到SA4828，SA4828的输出PWM波立即变成低电平，从而关断IPM。另一路送给单片机进入中断处理程序。3主电路的参数选择电机参数为额定功率0.75kW，额定电流2.1A，额定电压380V。整流器的输入电压为单相工频交流电，当没加滤波电容时，单相桥式整流电路输出的平均直流电压为:由加上滤波电容后，Udc的最大值可达到交流线电压的峰值:3.1整流二极管模块的参数计算整流二极管的选择应从电机在最大负载电流下仍能可靠工作的情况下考虑。所以流过二极管的电流有效值为:式中，Im为电机最大负载电流峰值，其值一般取为电机额定电流的5～6倍。故二极管的额定电流为:二极管的耐压值为:式中，U21为变压器二次线电压有效值。根据市场供货情况选择二极管整流模块的参数为1000V，30A。3.2滤波电容的选择当输入单相线电压为220V时，整流输出的最大电压是311V，考虑到电压为10％的波动，则最大输出可达342V，因此滤波电容的耐压值应在此电压之上，并有一定的安全裕度，故取滤波电容的耐压值为450V。理论上，滤波电容的值越大越好，但考虑到体积成本等因素，电容值也不可能选得太大，事实上，中间直流滤波电容的容量是从限制电压波动的角度来选择的，根据经验，可选3个450μF的铝电解电容。3.3逆变器功率器件的选择IGBT是场控型大功率开关元件，它热时间常数小，承受过载能力差，在实际应用时，从负载最严重的情形来选择功率元件。功率元件的电流额定值:式中，λ—电机的过载系数，一般取1.5～2;In—电机的额定电流。此外，还应保证功率器件IGBT的集电极－发射极额定承受电压Uceo至少应为实际承担的最高峰值1.2倍以上，则功率器件的耐压值:所以选择IPM为600V/20A的智能功率模块，经比较多种型号的IPM的性能价格指标，最终采用三菱公司的PM20CSJ060。4各部分电路功能4.1PWM产生器SA4828功能介绍SA4828是MITEL公司于90年代末推出的专为感应电机的变频驱动而设计的一款集成电路。它采用双缘调制技术，能够产生精确的SPWM脉冲，并且可在紧急情况下快速关断脉冲，保护逆变器和电机。它与单片机配合使用，所有需定义的参数如载波频率、死区对间、最小脉宽、调制波形、V/F曲线等均由单片机通过A/D复用总线传送，输入一次数据后就可让它独立连续运行，直到需要更新控制数据。在使用中，它可以看作是单片机的外部存储器或一个I/O端口。SA4828的工作频率范围很宽，时钟频率为25kHz时，载波频率可达24kHz，输出频率4kHz。它还可以提供三种调制波形供用户选择:增强型,正弦型和高效型。此外，它的频率分辨率很高，可达16位字长。它兼容INTEL和MOTOROLA总线的单片机。该电路通过数据总线和控制线,即可直接与微处理器进行通讯,不需增加外围电路。图2SA4828的管脚分布图SA4828的管脚布置如图2所示，它采用双列直插式封装，共28个管脚。介绍如下:(1)与单片机接口的标准总线AD0—AD7为8位地址与数据复用总线。(2)控制总线(3)信号输出及控制RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB输出三相PWM脉冲驱动信号，均为标准的TTL电平。端指示输出封锁状态，低电平有效。SETTRIP为关断触发信号输入端，当输入为高电平时，输出脚及6个PWM输出将被迅速地箝位在低电平状态，这种封锁信号只有在信号作用下才能解除。(4)电源VDD为＋5V电源端，VSS为芯片接地端。湖4.反2泽SA沿48际28蓬的控膜制慈S绿A4差82洪8通参过8啄位地英址数戒据复奏用总详线与腥单片驻机8尖9C遗51满相连埋，如犁图3执所示伯。孟图凉3痕SA致48运28室与8峰9C吃51逢的连填接金PW识M脉备冲的胖各种貌必需如参数绢都是异通过构这条捷总线平传给翻SA桂48务28恢的。稀故障罪封锁逼信号异直接删接在赴89晴C5抬1的后变小个上，惠一旦菜SA蛾48钓28清收到寒来自竟IP黄M或日故障谨保护塔电路驰的故惭障信阳号。逮它期除了还封锁视PW锻M脉苦冲输杠出外叔，还收将端基箝位氏在低诞电平灭以向畅89馋C5史1发汪外部玉中断紧信号体，使场单片瞎机转茫入中经断处敢理子钱程序炉，处把理故遮障中诊断信芬号。蒙S层A4禁82险8芯务片是叛可编目程的备。通琴过6谷只临摧时寄益存器茂R0蜓～R促5、挖2只贞虚拟慕寄存毅器R羽14攀、R扑15勿,对孔48纱位的暗初始琴化寄促存器抹和控丛制寄俭存器你进行属编程乡,获编得P酷WM帝波。保S粒A4匀82钥8内尺部有读两个驱48米位的佛寄存拨器，防分别我是初赚始化促寄存盒器和导控制师寄存男器。崖初始扮化寄贪存器匀存放窜基本热的运捞行参革数，驾如载挽波频句率、截脉冲悦删除霸、波窑形选佳择等离，它疼只能仿在变厕频器呈开始葬运行希前设挺定，呼并且笼在运卧行过扑程中越不能阀修改东。控典制寄屠存器球用来缓设定剧变频酱器的夹输出径频率扯、启港动停即止等赵。它捡在整颂个运舰行期斤间可恼以不者断修萝改，开以实蛙时控姥制电漠机的管运行绕。遥(1状)初宅始化抗寄存暂器闸初始惜化寄鉴存器则及其盒功能洲见表堂1。恰实际轧输出书ＰＷ窄Ｍ波持形的第最小吴脉宽兆为脉枪冲取乓消时售间减既去失熄去时西间。轻若幅将值控享制A芹C=由1,良则可斧三相肥幅值婆独立影控制蛛。选奥择不馒同的轧WS背1和落WS毫0,斩可输名出正糖弦型恳(0雁0)弄、增宜强型太(0脊1)农和高纱效型增(1症0)杏PW糠M波什。通偏过对昨虚拟抓寄存涝器R稠14右的写崭操作推,就运可将概R0岔～