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1、小功率變頻器系統設計與實現摘要隨著工業技術的發展，變頻器的應用越來越廣泛，它的顯著的節能效果和靈活多變的運行方式，給人們留下了深刻印象，但是由於變頻器價格昂貴，影響了它的普及推廣應用如何在提高變頻器性能的同時儘量降低其價格，是一個非常值得研究的問題。 本文針對這一情況，並順應當前變頻器集成化、高頻化的發展趨勢，決定採用性能價格比很高的專用積體電路SA4828和智慧功率模組(IPM)開發一台低價格、高性能、具有實用價值的通用變頻調速器。它採用V/F控制方式，有多種控制運行功能和完善的保護措施，從而使其既有較好的運行性能，又有安全穩定的運行狀態，不會因各種故障而輕易損壞。同時，先進的人機介面使得參
2、數的輸入和變頻器運行方式的改變極為方便，新型集成元件的採用也使得它的開發週期短，整機結構簡潔，成本較低。本文詳細地分析、設計了該通用變頻器的硬體電路及控制程式，介紹了兩種最主要的集成元件：SA4828和IPM模組PM25RSBl20，以及它們在設計中的應用。最後，本文還分析了硬體電路中產生的干擾問題，並分別從硬體、軟體兩方面提出相應的抗干擾措施。關鍵字變頻器；脈寬調製；V/F控制Design of Small Frequency InvertersAbstractDue to the development of industrial technology, the application o
3、f VVVF motor drive is broadening, more and more people are interested in its striking effect on power-saving and flexible operating mode. But it is too expensive to be popularized.For this reason, it is worthy of research that how to bring down its price at the time of enhancing its capability.To re
4、solve this problem, an Application Specified Integrated Circuit(ASIC)SA4828 and an Intelligent Power Module(IPM) PM25RSB120 are adopted in the design, of an low-cost, high-capability Variable Voltage Variable Frequency (VVVF)Motor Drive for general purpose. This motor drive is controlled by V/F mode
5、,furthermore it has many operating and protecting functions. All these make the motor drive have a high capability and a reliable running status. At the same time, it is very convenient to input parameters or change the drives operating mode due to the advanced human-machine interface. Moreover, owi
6、ng to the adoption of new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive, and then the motor drive has a very low cost, simple structure together with an appropriate stable operational capability,In this paper, the drives hardware and software is analyzed in detail, two main parts:
7、 SA4828 and IPM Module PM25RSBI20 and their applications are introduced too. At the end, this paper analyzes the problem of disturbance, and expounds some methods of anti-disturbance from the aspect of hardware and software.Keywordsfrequency inverter, pulse wide modulate, V/F control不要删除行尾的分节符，此行不会被
8、打印目錄摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.2通用变频器技术的发展和展望1第2章 系统组成及工作原理102.1 系统的组成102.2 系统工作原理112.3 主控器件结构及特点14第3章 硬件电路设计193.1 主回路设计193.2 控制电路333.3 键盘显示部分40第4章 软件设计424.1 主程序设计424.2 子程序设计434.4 中断程序设计504.5 软件抗干扰设计50结论52致谢53参考文献54附录56千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 緒
9、論1.1 概述隨著工業的發展，變頻技術發展越來越廣泛，它的顯著的節能效果和靈活多變的運行方式，給人們留下了深刻印象。同時本人的工作去向為普傳公司，其主產變頻器，遂欲將變頻器進行深入瞭解和研究。於是選擇小功率變頻器設計這個課題。其對步入公司工作有很大的幫助。1.2通用變頻器技術的發展和展望1.2.1關於交流傳動 交流傳動與控制技術是目前發展最為迅速的技術之一，這是和電力電子器件製造技術、變流技術控制技術以及微型電腦和大型積體電路的飛速發展密切相關。通用變頻器作為商品開始在國內上市，是近十年的事，銷首惡逐年增加，於今全年有超過數十億元（RMB）的市場。其中各種進口品牌居多，功率小至百瓦大至數千千瓦
10、；功能簡易或複雜；精度低或高；回應慢或快：有PG（測速機）或無PG;有噪音或無噪音等等。對於許多用戶來說,這十年中經歷了多次更新，現所使用的變頻器大都屬於目前最為先進的機型如果從應用的角度來說，我們的水準與發達國家沒有什麼兩樣。作為國內製造商,通過這十年來對國外的先進技術進行銷化，也正在積極地進行國產變頻器的自主開發努力追趕世界發達國家的水準。回顧近十年來國外通用變頻器技術的發展對於深入瞭解交流傳動與控制技術的走向，以及如何站在高起點上結合我國國情開發我國自己的產品應該說具有十分積極的意義.1.2.2 關於功率器件變頻技術是建立在電力電子技術基礎之上的。在低壓交流電動機的傳動控制中，應用最多的
11、功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智慧模組IPM(Intelligent Power Module），後面二種集GTR的低飽和電壓特性和MOSFET的高頻開關特性於一體是目前通用變頻器中最廣泛使用的主流功率器件。IGBT集射電壓Vce可3V,頻率可達到20KHZ,內含的集射極間超高速二極體Trr可達150ns,1992年前後開始在通用變頻器中得到廣泛應用。其發展的方向是損耗更低,開關速度更快、電壓更高,容量更(3.3KV、 1200A), 目前，採用溝道型柵極技術、非穿通技術等方法大幅度降低了集電極一發射極之間的飽和電壓VCE（sat)的第四代IGBT也已問世。第四代IGBT的應用使變頻器
12、的性能有了很大的提高。其一是ICBT開關器件發熱減少，將曾占主回路發熱5070的器件發熱降低了30。其二是高載波控制，使輸出電流波形有明顯改善；其三是開關頻率提高，使之超過人耳的感受範圍，即實現了電機運行的靜青化；其四是驅動功率減少，體積趨於更小。而IPM的投入應用比IGBT約晚二年，由於IPM包含了1GBT晶片及週邊的驅動和保護電路甚至還有的把光耦也集成於一體，因此是種更為好用的集成型功率器件，目前，在模組額定由流10600A範圍內，通用變頻器均有採用IPM的趨問，其優點是： l 開關速度快，驅動電流小，控制驅動更為簡單。 2內含電流感測器，可以高效迅速地檢測出過電流和短路電流，能對功率晶片
13、給予足夠的保護，故障率大大降低。 3由於在器件內部電源電路和驅動電路的配線設計上做到優化，所以浪湧電壓，門極振盪，雜訊引起的干擾等問題能有效得到控制。 4保護功能較為豐富，如電流保護、電壓保護、溫度保護一應俱全，隨著技術的進步，保護功能將進一步日臻完善。5 IPM的售價已逐漸接近IGBT而計人採用IPM後的開關電源容量、驅動功率容量的減小和器件的節省以及綜合性能提高等因素後在許多場合其性價比已高過IGBT，有很好的經濟性。為此IPM除了在工業變頻器中被大量採用之後，經濟型的IPM在近年內也開始在一些民用品如家用空調變頻器，冰箱變頻器、洗衣機變頻器中得到應用。IPM也在向更高的水準發展，日本三菱
14、電機最近開發的專用智慧模組ASIPM將不需要外接光耦，通過內部自舉電路可單電源供電並採用了低電感的封裝技術，在實現系統小型化，專用化，高性能，低成本方面又推進了一步。1.2.3關於控制方式早期通用變頻器如東芝TOSVERT130系列、FUJI FVRG5P5系列，SANKEN SVF系列等大多數為開環恒壓比（VF=常數）的控制方式其優點是控制結構簡單、成本較低，缺點是系統性能不高，比較適合應用在風機、水泵調這場合。具體來說，其控制曲線會隨著負載的變化而變化；轉矩回應慢，電視轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降穩定性變差等。對變頻器UF控制系統的改造主要經歷了三個階段
15、；第一階段：1. 八十年代初日本學者提出了基本磁通軌跡的電壓空間向量（或稱磁通軌跡法）。該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成二相調製波形。這種方法被稱為電壓空間向量控制。典型機種如1989年前後進入中國市場的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、SANKEN（三墾）MF系列等。2. 引人頻率補償控制，以消除速度控制的穩態誤差3. 基於電機的穩態模型，用直流電流信號重建相電流，如西門子MicroMaster系列,由此估算出磁鏈幅值，並通過回饋控制來消除低速時定子電阻對性能的影響。4. 將輸出電壓、電流進行閉環控制，以提高動態負載下的電壓控制精度和穩定度，同時也一定程度上求得電流波形的改善。這種控制方法的另一個好處是對再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實現快速的加減速。之後，1991年由富士電機推出大家熟知的FVR與 FRNG7P7系列的設計中，不同程度融入了2、3、4項技術，因此很具有代表性。三菱日立，東芝也都有類似的產品。然而，在上述四種方法中，由於未引入轉矩的調節，系統性能沒有得到根本性的改善.第二階段：向量控制。也稱磁場定向控制。它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出，以直流電動機和交流電
