基于A(yíng)T89C51單片機的變頻調速控制系統設計

1.概述

　　在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，隨著(zhù)自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調制技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)PWM技術(shù)）也日趨成熟。PMW交流變頻調速以其高效率、高功率因數、輸出波形好、結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在井下風(fēng)機、水泵、造紙機等設備中得到了廣泛的應用。將單片機應用于交流變頻調速系統，可有效地避免傳統調速方案中的一些缺點(diǎn)，達到了提高控制精度的目的[1]，其特點(diǎn)：

　?。?）采用單片機可以使絕大多數控制邏輯通過(guò)軟件實(shí)現，簡(jiǎn)化了電路。

　?。?）單片機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，可以實(shí)現較為復雜的控制。

　?。?）無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高。

　?。?）可以提供人機界面，多機連網(wǎng)工作。

　　根據國內外有關(guān)變頻調速的最新研究成果及研究動(dòng)向，參閱大量的文獻、資料，本著(zhù)先進(jìn)性與成熟性兼顧、標準化、可靠性、連續性、及時(shí)性的系統設計原則，設計了如圖1所示的系統結構框圖。

圖1系統結構框圖

圖2整流電路

　　整個(gè)電路分為三大部分：主回路、驅動(dòng)電路以及用單片機控制PWM產(chǎn)生器的控制電路，另外還有過(guò)流檢測和保護電路，這樣使得系統工作更穩定、可靠。

2.系統主回路設計

　　2.1整流濾波電路的設計

　　為了給逆變器提供一個(gè)穩定的直流電壓，需要將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流。通常整流電路可分為可控整流和不可控整流?？煽卣骺梢允瓜到y的功率因數接近l，并且具有較小的紋波，頻率高，可降低較小幅值的濾波電容。但是采用可控整流電路會(huì )使得系統成本上升，并且控制電路復雜。

　　目前比較經(jīng)濟可靠的方案，一般都是采用二極管整流，使電網(wǎng)功率因數與逆變輸出電壓無(wú)關(guān)而接近于1。在本系統中，我們采用了三相二極管不可控整流，如圖2所示，采用它無(wú)需控制電路驅動(dòng)，電路簡(jiǎn)單、可靠，成本低，缺點(diǎn)就是紋波較大，需采用較大幅值的濾波電容。

　　2.2三相逆變電路的設計

　　三相交流負載需要三相逆變器，在三相逆變電路中，應用最廣的是三相橋式逆變電路[2]。采用IGBT作為可控元件的電壓型三相逆變電路如圖3所示，可以看出電路由三個(gè)半橋組成。

圖3三相逆變電路

圖4IR2110驅動(dòng)半橋電路

　　電壓型三相逆變橋的基本工作方式與單相逆變橋相同，是導電方式，即每個(gè)橋臂的導電角度為，同一相（同一半橋）上下兩個(gè)臂交替導電，各相開(kāi)始導電的時(shí)間依次相差。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導通?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)臂，下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導通。因為每次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此，也被稱(chēng)為縱向換流。用T記為周期，只要注意三相之間互隔T/3（T是周期）就可以了，即B相比A相滯后T/3，C相又比B相滯后T/3。