变频器中单片机控制的设计研究.doc

变频器中单片机控制的设计研究 王妍 [前言]日新月异的科技发展带动着单片机更快的发展，其更深的研究设计使单片机的应用范围变得也越来越广阔。将单片机应用于变频器中能较好的对变频器进行控制，相较于传统的利用接线方式，单片机利用串行通讯接口对变频器的参数进行修改，使其改变对变频器的控制方法，从而提高了控制效率和减低了运行的成本。本文针对单片器在变频器中的设计进行了研究。 [关键词] 变频器 单片机 控制 前言 随着社会的不断进步与发展，多种行业也顺应时代的变迁发生着巨大的变化，电子电器行业作为时代发展的佼佼者一直都走在社会发展的前沿。相对于传统的计算机设备，因为单片微型计算机即单片机结合了中央处理器、储存器、各种的传入与传出设备端口等零部件而形成了集成电路，所以它具有体积小、节约空间、便于使用等优点。将单片机应用于变频器中对电子电力的发展具有重大的意义。变频器在我们生活中应用也十分的广泛，它应用变频驱动技术改变交流电动机工作的频率和幅度以达到控制交流电机速度及转矩的目的。因此如何将单片机充分的应用于变频器中并且实现降低材料消耗、便于变频器的单片机控制成为目前最引人注目的问题。 本文的研究是基于AT89C51单片机使用SPWM的变成方法，采用异步电动机的变压变频调速管理模式和近似机械性的一些变频调压方法来接收信号和反馈，通过这个过程输出由变频控制下产生的一些数据内容。 主电路的设计研究 主电路的设计是保证整个电路能顺利运行的关键。通常情况下主电路采用的是交流电-直流电-交流电这种交流简单、形式清晰的逆变电路形式。这种组合形式不仅可以根据实际情况适宜的对电路进行调试和修改，并且可以使主电路的功率因数达到较高值。逆变电路的4个双单元模块能控制电容的取值范围，将3000uF/450V的电容作为电路中的储能元件来构成电路电压型的逆变器，使其完成指定的功能和任务。为实现电路的变压变频，单片机AT89C51用PWM技术形式控制IGBT模块信号的改变。主电路如图1所示。 对IGBT驱动的设计研究 IGBT作为一种具有容性输入阻抗结构的电压驱动元件，在驱动过程中的开始内阻值处于较小、前后沿空间较大的状态，因此使得IGBT开关时所消耗的能量较小，可是一旦增加了栅极的电压，并且促使开关耗损降低时并不能对整个系统运行的安全性做出全面的保护。因此为降低风险一般选择在电压15V的情况下切点开关，若需要给栅极电压加负偏压时则栅极电容需处于放电状态，并且将电压值控制在5V左右。 根据上述的分析设计采用的EXB841厚膜和IGBT高速型驱动电路，它的内部结构如图所示： 由图中看出，为确保正常顺利的发射将1与IGBT的发射级相连。2连接+20V的直流工作电源。4为了防止过流保护误动作而设立的以保护功能为主的连接，大多数的情况可以不考虑连接4。5主要是保护正常输出高电平的信号。6主要用于判断是否有短路或者集电极电流较大的情况发生，它是通过将快速二极管和IGBT集电极相连接检测UCE的大小这个方法来判断的。除了电源点9外7到11都是空端。 EXB841单臂驱动电路图如图3所示。 对交流异步电动机的变频设计研究 由于交流异步电动机设计变频调速时的机械特性超出了通常的额定功率50Hz，所以为了避免因恒压频增加定子电压造成的电机故障和事故，通常情况下采用恒压升频的变频调速方法使电动机的转速加强以减小磁通量，使得最终允许输出的转矩下降。这样允许输出的功率基本没有发生变化，可以看做是相近于恒功率调速的方式。下图为相近恒功率机械特性曲线，可以从图中了解到其设计原理。 AT89C51单片机程序的设计过程 AT89C51单片机的程序设计决定着逆变器的性能。AT89C51单片机的内部软件资源和硬件资源都可以在其具体的设计过程中被充分利用，因此AT89C51单片机的程序设计具有强大的灵活性。一般采用的是额定频率以上不调压，额定频率以下恒压频比调速。下面对AT89C51单片机实现恒压频比和频率自动化的程序设计做出具体分析。 AT89C51单片机设计思路分析 AT89C51单片机设计思路主要为当变频器输出频率为f，则正弦脉宽调制的调制脉冲频率为512f。利用冲量相等的原则可以确定第一个输出的脉冲宽度，该脉冲宽度△t1就可以用下式表示： 式中f表示输出点也平率；U表示整流器输出的平均电压；Um表示预期正弦交流输出电压峰值。作为单片机定时器T0的初始值△t1在开启变频器设计T0之后，由P1.0输出的低电平驱动EXB841的P14引脚。当T0满了之后就开始定时器T1，准备输出第二个调制脉冲。 第二个调制脉冲宽度△t2可以用下列公式计算出来： 同时，定时器T1的初始值t11可由下列公式计算： 使用同样的方法可以得出每相邻的两个调制脉冲之间的时间间隔。前面输出的脉冲结束