通用变频器的设计

****大学毕业设计说明书****大学毕业设计说明书摘要使异步电动机实现性能好的调速一直是人们的理想,过去如变极调速、绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速均属于有级调速；而调压调速虽能平滑调速,但调速范围不大,耗能多,仅限于小功率,无法和直流调速系统相比。随着新技术、新理论的不断发展,变频调速技术应运而生,其控制方式完全可以和直流调速系统相媲美。因此变频器的应用日益广泛，变频器性能的优劣直接影响着电机的运行特性，所以如何提高变频器的优化控制成为变频技术的关键。在变频调速中关键的一项就是控制端SPWM波的产生，它不仅要求电压和频率变化呈线性关系,而且要求输出波形尽可能接近于正弦波,特别是对于一些性能指标要求较高的全控型开关器件如IGBT等，其开关频率很高，因此就要求SPWM波发生器要达到一定的开关频率，基波频率也要求相对较高。为了解决这个问题，可以利用SLE4520这块集成芯片，来生成满足要求的SPWM波。本设计就是利用AT89C51单片机作为控制主机，与三相PWM集成芯片SLE4520配合工作，设置一种SPWM波生成的算法，通过单片机的定时模块产生脉冲，并将其送入SLE4520中，最后将SPWM脉冲送至逆变桥臂上下的IGBT中来控制逆变电路。本设计的优势在于可以通过键盘/显示来进行变频器的智能控制。在不同的工作状态下，可以显示不同的数据，再配合上各种故障保护电路，可以使得变频器安全的工作。关键词：SLE4520单片机SPWM脉冲****大学毕业设计说明书****大学毕业设计说明书ABSTRACTToachievegoodperformanceasynchronousmotorspeedisideal,suchasspeedregulatingpolechangemotorrotorasynchronousandwindingspeedrotorcircuitresistanceofallbelongtohavesteplessspeedregulation,Andalthoughspeedregulatingspeedcanbesmooth,butnotmorethanenergy-consuming,speedlimits,onlysmallpower,comparedwithdcspeedcontrolsystem.Withthenewtechnology,thenewtheoryoffrequencyconversiontechnologyunceasingdevelopment,thecontrolmode,andcancompletelyDcspeedcontrolsystem.ButinthefrequencyconversioncontrolisoneofthekeyisthewaveofSPWMnotonlyrequiresthevoltageandfrequencyvariation,andtherequirementsofalinearrelationshipbetweenoutputwaveforminsineascloseaspossible,especiallyforsomeperformanceindextodemandhigherall-controllingswitchingdeviceIGBTetc,suchasthehighfrequencyswitching,sorequiresSPWMwavegeneratortoreachacertainswitchingfrequencywavefrequencyalsorequirerelativelyhigh.Inordertosolvethisproblem,youcanuseSLE4520thisintegrationchip,tomeettherequirementsofSPWMwavegenerated.ThisdesignistouseAT89C51ashost,andthree-phasePWMcontrolSLE4520integratedchips,settinganSPWMwavegeneratedbyMCUtimingalgorithms,andwillproducepulsesmoduletoSLE4520,finallywillSPWMinverterpulsetobridgethearmupper-and-lowerIGBTinvertercircuitstocontrol.Thedesignofthekeyboard/strengthscandisplayforconverterintelligentcontrol.Indifferentworkingconditions,canshowthedifferentdata,combinedwiththevariousfaultprotectioncircuit,canmakethejobsecurity.Keywords：SCM(SingleChipMicrocomputer)SLE4520SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)河南理工大学本科毕业设计论文目录TOC\o"1-5"\h\z摘要IABSTRACTII1绪论1交流电动机调速发展现状1SPWM控制技术介绍3本系统设计的主要内容及意义42变频器应用电路5变频器的发展动向及技术指标5变频器的发展情况5变频器技术的发展趋势7变频器的技术指标8变频器结构与功能9变频器主电路结构及功能9变频器控制电路结构及功能15SPWM脉冲生成原理173变频器V/F控制技术20V/F控制的原理20V/F曲线的选择203.3转速开环的V/F控制方式213.4转速闭环的V/F控制方式234变频器硬件电路设计部分25变频器主电路设计25变频器控制电路设计26AT89C51单片机26SLE4520集成芯片27通用键盘显示电路32ADC0809模/数转换芯片与AT89C51的接口364.2.5存储器EPR0M2764和EEPR0M2864的扩展技术39以速度为控制对象的变频器405变频器系统软件框架的构建43主程序流程图435.2单片机与SLE4520相结合形成SPWM脉冲448279通用键盘和显示电路软件设计49变频器运行过程中参数调整模块设计56变频器采样及故障检测模块设计57定时器中断模块设计58总结59致谢60参考文献61****大学毕业设计说明书****大学毕业设计说明书****大学毕业设计说明书****大学毕业设计说明书#DDD=001为此命令的命令码。765D〜D=2〜31此5位用来设定对外部输入时钟CLK进行分频值，用以40产生100kHz的频率信号作为8279的内部时钟，其值可取2〜31。例如：假定CLK为2MHz，为取得100kHz的内部时钟信号，则分频系数=2MHz/100kHz=20,应使DDDDD=10100B,即十进制数20D。43210读FIFO/传感器RAM命令此命令用来设置读FIFO/传感器RAM，其定义为：DDD=010为此命令的命令码。765D=1设置FIFO/传感器RAM地址读后自动加1。4D=0读后地址保持不变。4D位没有定义，可为任意。3DDD在传感器方式及选通输入方式时该三位为FIFORAM的10地址。在键盘扫描方式时，每次读取数据总是按先进先出的原则依次读出的，D4位和此3位无关。读显示RAM命令此命令用来设置读显示RAM，各位定义为：DDD=011为此命令的命令码。765D位定义同上。4DDDD：为显示RAM的存储单元地址。当D设为1时，每次读出显2104示RAM后地址自动加1，指向下一个单元地址，D为0时读出后地址保持不变。4写显示RAM命令此命令用来设置写显示RAM，其各位定义为：DDD=100为此命令的命令码。765D〜D定义同上。40显示禁止写入/熄灭(消隐)命令此命令用来禁止数据写入显示RAM或向显示RAM写入空格(即熄灭)，其各位定义为：DDD=101为此命令的命令码。765D没有定义，可以任意。4DD位分别A、B组显示RAM或写入屏蔽位，设为“1”时禁止写入。这样32可以使得A、B组显示RAM单独送数，而又不影响另一组的显示。DD两位分别为A、B组的熄灭设置位，若设为1，则对应组的显示输出被10熄灭；若设为0则被恢复显示。（7）清除命令此命令用来清除显示器RAM和FIFORAM,其格式为：DDD=110为此命令命令码。765D=1清除显示RAM有效，与DD配合使用。32DD用来设定清除显示RAM的方式。320x将显示RAM全部清010将显示RAM置为20H（即A组=0010,B组=0000）11将显示RAM全部置1若D=0，则不清除显示RAM，DD位设置无效；但若D=1，则DD的设置仍432032有效。D=1清除FIFORAM存储器，并使中断输出线复位；同时传感器RAM的1读出地址也被置0。D位为中断清除标志位。0（8）中断结束/出错方式设置命令此命令用来设置中断结束及出错方式，其格式为：DDD=111为此命令的命令码。765D=1时，对N键依次读出方式可工作在特殊出错方式（多重按键按下时出4错）。对于传感器工作方式，此命令使IRQ变低，而结束中断，并允许FIFORAM的再次写入。D〜D位没有定义，可为任意。308279这8条命令根据程序的需要可在主程序，显示子程序和中断服务程序中使用。

2.用AT89C51进行8279键盘/显示器自动扫描源程序Z8279EQU08701H；8279状态/命令口地址D8279EQU08700H；8279数据口地址LEDMODEQU10H；右端输入八位字符显示；外部译码键扫描方式,双键互锁LEDFEQEQU38H；扫描速率LEDCLSEQU0D1H；清除LEDWR0EQU80H；设定的将要写入的显示RAM地址ORG0000HAJMPORGSTART0040HSTART：MOVSP,#60HLCALLINIT8279；初始化8279WAIT：MOVDPTR,#Z8279MOVXA,@DPTRANLA,#0FHJZWAITMOVA,#40HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#D8279MOVXA,@DPTRANLA,#3FHMOVR4,#00HMOVR5,ALCALLDISLEDSJMPWAITINIT8279:PUSHDPH；8279初始化子程序PUSHDPL；保存现场PUSHACCLCALLDELAY；延时MOVDPTR,#Z8279MOVA,#LEDMOD；置8279工作方式MOVX@DPTR,A率MOVA,#LEDFEQ；置键盘扫描速MOVX@DPTR,AMOVA,#LEDCLS；清除LED显示

MOVX@DPTR,ALCALLDELAY；延时MOVDPTR,#Z8279MOVA,#90HMOVDPTR,#D8279MOVA,#40HMOVX@DPTR,AMOVA,#40HMOVX@DPTR,AMOVA,#0HMOVX@DPTR,AMOVA,#0HMOVX@DPTR,AMOVA,#0EFHMOVX@DPTR,AMOVA,#27HMOVX@DPTR,AMOVA,#5BHMOVX@DPTR,AMOVA,#7FHMOVX@DPTR,APOPACC；恢复现场POPDPLPOPDPHRET；显示字符子程序；输入：R4,位置R5，值DISLED：PUSHDPH；保存现场PUSHDPLPUSHACC始地址MOVA,#LEDWR0；置显示起位置偏移量ADDA,R4；加MOVDPTR,#Z8279示位置MOVX@DPTR,A；设定显表起始位置MOVDPTR,#LEDSEGrm1_r；置显示常数MOVA,R5

MOVCA,@A+DPTR；查表MOVDPTR,#D8279MOVX@DPTR,A；显示数据POPACC；恢复现场POPDPLPOPDPHRETDELAY：；延时子程序PUSH0；保存现场PUSH1MOV0,#0HDELAY1：MOV1,#0HDJNZ1,$DJNZ0,DELAY1POP1；恢复现场POP0RETLEDSEG：DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H；'0,1,2,3,4,5,6,7'DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H；'8,9,A,B,C,D,E,F'DB6DH,02H,08H,00H,59H,0FH,76H；'U,-,_,,I,O,P,'END3.键盘扫描处理模块图5—4键盘扫描处理流程图如图5—4所示，系统定义了7个按键：+、-、MOVE、SET、RUN、STOP、LOAD（按流程图中左至右的顺序）。当在设置模式下，+和-键用于调整被选中的LED显示的参数值；MOVE用于切换下一个LED为被选中状态（闪烁）；SET用于保存设定好的参数到2764中去；RUN和STOP是在运行模式下，向变频器发送启动和停止运行命令；LOAD用于一键恢复系统出厂设定的参数值，便于重新修改参数等。3.显示模块显示模块需要考虑两部分：1是在设置模式下，要显示用户正在设定调整的参数值；2是在运行模式下，要显示用户想要了解的相关变量的当前实时值（包括电流、电压、频率、速度等）。用户在运行状态下按下MOVE键，可以起到切换显示变量的目的（即：MOVE除了设定模式下切换被选中的LED的功能，还具有运行模式下切换显示变量的功能，限于篇幅，在键盘模块中并未体现于流程图中）。若在运行中出现了某种故障，则应优先显示故障码，以便及时维护和检查系统。显示模块流程图见图5—5所示

「「开始ShQVFSairpleIShow=fsShowfl.送显示缓冲区显示图5—5显示模块软件流程图5.4变频器运行过程中参数调整模块设计变频器在运行过程中，会实时的根据负载的大小来调节运行状态，而此运行状态则是通过调节SPWM波的频率和幅值来实现的。在变频器运行过程中分为以下几个状态。加速态（ACC）、工作态（WORK）、减速态（DEC）、制动态（BRAKE）和停止态（STOP）；在设计中还应主要一些保护功能的开启，比如防跳闸功能，具体情况参见图5—6所示,fs为设定频率，fe为基频，通常为电机的额定频率。

L开址「T5=T=-JiC~U■■卩M-f(fg)N-t?/-=M-TU^■TaLus-nreaKt二Ee已L开址「T5=T=-JiC~U■■卩M-f(fg)N-t?/-=M-TU^■TaLus-nreaKt二Ee已mk-1；in.已畀—u=^L；/r-¥一=讦"ii=-<.is)图5—6变频器运行参数调整模块流程图5.5变频器采样及故障检测模块设计本系统设计采用ADC0809做为采样芯片对5个通道采样，分别为：直流侧电压、2相交流电流、外部模拟电压输入、外部模拟电流输入。采样到的值被送入各自变量中去，故障检测模块对是否过流、过压、欠压等故障做出判断，并设置故障状态变量为不同的状态值，以便其他模块获取系统的故障状态。需要提出的是，在欠压时，流程图中体现了AVR功能，自动调整了U/f曲线。流程图见图5—7所示

图5—7采样及故障检测模块流程图5.6定时器中断模块设计TO的主要任务是：一方面将计算得到的11,t2,t3这3相脉宽值送给外部的SPWM发生器进而产生频率和幅值可调的SPWM波；另一方面在系统为制动状态下时，保持脉宽不变，给电机输入直流电。总而言之，TO是实际产生波（交流的、直流的）的程序模块，如图5—8所示。而T1相当于时分系统的心跳，主要负责各个模块的定时调度。某模块定时到时，将在主程序中被调用执行。

送入SPWM员生器相应的寄存器件中柑—K=K+1K=0r送入SPWM员生器相应的寄存器件中柑—K=K+1K=0r给电机通直流电保持脉宽及桥的通斷状态不变定时器TO、T1中断服务程序流程图总结2010年的4月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。遇到困难，我会觉得无从下手，不知从何写起；当困难解决了，我会觉得豁然开朗，思路也就打开了。刚开始的时候，我不知道要写哪方面的，而且这个范围要掌握好，不能太窄，因为写起来会有局限性，也不能太宽，这样就写不出新意，很难有较高的突破了。通过老师的指导与帮助，在几个备选选题范围内确定了变频技术这个领域的，因为考虑到变频技术确实很多而且也是一个发展趋势，但真正认真研究它的却不多，因此，我确定了要写这个方面的。与此同时，我就开始了搜集资料的重要工作。我去学校的图书馆，阅览室，利用空闲时间，上网搜集等各种方式方法，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后，我认真对资料进行分类，理论的、实际的例子、图片等等相关内容整理出来，列出提纲，再与老师进行沟通。在不断的分析与查找中，结合实际现有的资料内容，我最终把题目确定为“基于AT89C51的通用变频器设计”确定好题目以后，我开始准备我的开题报告和论文提纲，并在2010年4月中旬上交了我的开题报告，然后就开始了毕业论文的撰写与设计。由于变频器实际电路很复杂，牵涉到各种保护措施和器件的选择，好些厂家都对其技术进行保密，所以我对于硬件电路的设计只是偏重于原理上的改进与突破，主要是在变频器控制电路上做一些改进，而对于主电路和保护电路等具体硬件参数的确定，则需要科研人员进行不断地实验才可以确定其各个部分的参数。在做毕业设计的过程中，确实学到了好些平时课本和课堂上无法学到的知识，最重要的一点是增强了我的自学能力，养成了一种提出问题，解决问题的思维习惯，这对以后的实践工作时有很大益处的。虽然写论文的过程很辛苦，但是学习的很开心。致谢经过