单片机控制的交流异步电机变频调速

单片机控制的交流异步电机变频调速摘要：单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。本文用MCS-51系列的8051单片微型计算机和SA4828三相SPWM产生器及少量的扩展外围芯片构成，充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点，实现三相异步电机变频调速的目的。关键词：单片机；三相异步电机；变频调速1、 交流三相异步电动机和变频调速技术介绍1.1三相异步电动机交流电动机，尤其是感应异步电动机，具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便，可工作在恶劣的环境中等优点，在伺服驱动系统中越来越受到人们的关注。1.2变频调速技术三相异步电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速、变频调速。其中变频调速具有很大优势，效率最高、性能最好、应用最广泛的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，并且是交流调速的主要发展方向。它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节能效果明显，而且易于实现自动化控制，所以交流电动机的变频调速刚反应用于工业行业。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。2、 三相异步电机的变频调速原理异步电动机的转速是取决于同步转速的：n-n(1-s)式中：n 电动机的转速，m/minn0 电动机的同步转速，r/mins 电动机的转差率s=(n1-n/)=An/七而同步转速则主要取决于频率60f式中：f——输入频率，HzP——电动机的磁极对数由以上两式可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:60f(1—s)由上式可知，在电动机磁极对数不变的情况下，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。当改变电动机定子电源的频率时，电动机的同步转速将随频率正比变化，于是转子转速将随之而变化，这种通过改变电源频率实现的速度调节称为变频调速。如果电源频率可以连续调节，则电动机的转速就可以连续、平滑地调节。在转矩恒定时， J基本不变，异步电动机的输出功率f=To)=Z缈。(1一s)与输入电磁功率辱=丁缈。成比例变化，损耗基本没有增加，是高效率的调速方法。3、变频调速技术的特点调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好，。无级调速，调速范围较大，精度高。起动电流低，对系统及电网无冲击，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全并且节能效果明显。变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。非常方便接入通讯网络控制，易于实现过程自动化。微处理器(单片机)取代模拟电路作为电动机的控制器，具有如下特点：使电路更简单模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件，使电路更复杂，采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可通过软件来实现。可以实现较为复杂的控制微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量的存储单元。因此，有能力实现复杂的控制。灵活性和适应性微处理器的控制方式是有软件来实现的，如果需要修

改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只须修改程序即可，在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。无零点漂移，控制精度高数字控制不会出现模拟电路中经常遇见的零点漂移问题，无论被控量是大还是小，都可以保证足够的控制精度。可以提供人机界面，多机连网工作。工业控制计算机功能强大，它有很高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能。但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统，可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断，定时，记数和简单的运算，由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。在民用生产中，通常用介于工控机和可编程控制器之间的单片机作为微处理器。4、主要硬件介绍U1IE930ST17亘7J77U1IE930ST17亘7J77>XT^JL1XT虬2RSTPPPPPPPPPO.D//IJDOPO.V^DIPO27AD2PHI.&WD3PDA/AE4P0.&^JD5PDB/AD6P0.7/AD7P2.0^8P2.1/A9P2.2/A10P2.3W11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/AMP2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDpg.s/nno-P33JINTTP3.d/T0P3.5VT1P3.EWRP3.T/RD39:E口3635343392112223--25327ZE1D111213151617AD2AMAD'\AD5ADOAE6UDDAEi?b.1UXWRRSRDZPPRALEWSSRSTRPHTCLKSETTRIPcsYPHTTRIPBPI-TRPhiBUssYPHBBPHBSA4律00514.189C51主控制模块89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。管脚说明：VCC:供电电压。GND：接地。P0□:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P089C51管脚图外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。4.2SPWM波发生器SA4828芯片SA4828是英国MITEL公司研制出的一种专门用于三相SPWM信号发生和控制的集成电路芯片。它采用28引脚，分DIP和SOIC两种封装。并且可以方便实现与单片机的接口，通过单片机的强大控制功能，实现SPWM波的产生。SA4828芯片的主要特点有：采用全数字控制，能与多种系列的单片机兼容，输出调制波频率范围广，可达O〜4kHz，载波频率最高可达24kHz，16位调速分辨率，8位调

压分辨率。内部只读存储器固化正弦型、增强型、高效型三种波形，可选最小脉宽和延迟时间，可单独调整各相输出以适应不平衡负载，具备看门狗定时器，可实现正反转。1=jio2273膈4255246231228219201019111S121713161415AD3[AD4[AD"AD<[AD7[WRAD3[AD4[AD"AD<[AD7[WR[RD[ALE[RST[CLK[cs[TRIP1rphbI-YPHB[itfjI*-(]AD2]AD1]ADO]UDI>JMUX]rsitfjI*-(]RPHT]SETTRIP]YPHT]BPHT]确&IbphbSA4828有14个输入端、3个控制端、9个输出端、2个电源端，其主要端子的功能和接法如下：（1）输入类引脚说明AD0〜AD7：地址或数据通道，其功能是将单片机输出指令或数据送入SA4828。SETTRIP：通过该引脚，可以快速关断全部SPWM信号输出，当其有效时，TRIP端输出高电平，指示灯亮。RST:为硬件复位引脚，低电平有效，复位后，寄存器的INH、CR、WTE和RST各位为0。CLK:时钟输入端，SA4828既可以单独外接时钟，也可以与单片机共用时钟;MUX：用于总线选择。当MUX高电平时，使用地址与数据共用的总线，这时，地址/数据引脚RS不用；当MUX低电平时，使用地址与数据分开的总线，这时，地址锁存引脚ALE接低电平，RS引脚要与一条地址线相连，来区分输入的字节是地址（低电平），还是数据（高电平），通常先地址后数据。CS:片选引脚，与微机系统的输出端相连。WR、RD、ALE:用于“RD/WR”模式，分别接受写、读、地址锁存指令。（2）输出类引脚说明：RPHB、YPHB、BPHB:这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的下臂开关管；RPHT、YPHT、BPHT:这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的上臂开关管；它们都是标准的TTL输出，每一个输出都有12mA的驱动能力，可直接驱动6个EXB840快速型IGBT专用驱动模块。TRIP：该引脚输出一个锁存状态，当SETTRIP有效时，TRIP为低电平，表示输出已被封锁。它有12mA的驱动能力，可直接驱动一个LED指示灯；ZPPR：该引脚输出调制波频率；WSS:该引脚输出采样波形。5、主要硬件电路设计硬件电路是由8051系统，SA4828、隔离驱动电路和逆变电路等组成。8051的P0口与SA4828的AD07口相连，可提供8为数据和低8位地址；SA4828的地址锁存器由8051的ALE信号控制；SA4828的片选信号由8051的P7来控制；ZPPR引脚接8051的P32（INT0），来测量调制波的频率，可用于显示；SA4828的六个输出引脚RPHT、YPHT、BPHT、RPHB、YPHB、BPHB分别通过各自的驱动电路来驱动逆变桥上的6只开关管开始时可通过键盘输入转向转速等参数然后经键处理程序处理后去填写初始化和控制寄存器系统可通过LED滚动显示系统参数及故障情况所显示的参数可由参数符号和参数值组成所显示的故障类型可由故障代号确定。

IB相页我帛口显示8051_Pfr也RHALEINTOP2.DXIAI3_LFC—I《□MUXRS普器2浦时阮.必 TB-ZPPR PT改藉.¥IB相页我帛口显示8051_Pfr也RHALEINTOP2.DXIAI3_LFC—I《□MUXRS普器2浦时阮.必 TB-ZPPR PT改藉.¥SIIRPVs或门隔驱电瓯度检测电流检测AD该硬件系统主要包括主电路与控制电路两个部分，其中主电路包括交 -直-交变频电路（本设计采用IPM集成模块）与电动机；控制电路包括89C51主控制模块、SA4825产生SPWM波模块、驱动模块以及外围设备模块（如键盘输入、液晶显示、A/D模数转换以及串口等）。以CPU为核心，配以键盘、显示、通讯等设备，完成对交流电动机的速度控制。这里选用TATMEL公司的89C51单片机，