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1、本科生毕业设计（论文）摘 要本文设计的PWM交流变频调速系统采用GTO作为主功率器件，以16位单片机8098为控制核心 ，辅以正弦脉宽调制专用芯片HEF4752V配合而完成三相异步电动机的PWM交流变频调速系统。本调速系统充分利用了三相PWM集成芯片HEF4752V的低功耗、可编程、输出开关频率高等优点，与高能的16位单片机8098构成调速系统的微机控制部分。同时采用HEF4752V产生的GTO驱动电路，HEF4752V的使用不仅使得系统的硬件设计得到简化，而且还有助于提高系统运行的可靠性。该调速系统由8279构成键盘显示部分，键盘部分通过16键键盘输入命令，09为数字键、AF为功能键实现相应
2、的功能；显示部分采用8位8段共阴极LED进行显示。HEF4752V用于产生PWM信号，它能方便组成各种PWM逆变器-交流电机变频调速系统、不断电电源等。本调速系统软件部分进行了系统主程序、键盘扫描程序、显示程序以及升降频的控制程序等的设计，还对PID算法进行介绍，并用其进行计算分析对本系统加以控制，为保证系统工作的可靠性，设计了多种保护电路和抗干扰措施。该变频系统的研究开发将有利于风机、泵类等传统传动机构的技术改造，为变频器的开发和研究打下基础。系统的实时控制性好，电路简单可靠，特别适用于中小功率的交流异步电动机的变频调速系统。关键词：单片机；变频调速；HEF4752V；GTOAbstract
3、In this paper, A digital control of AC variable frequency drive system based on high carrier frequency PWM converter is developed. It uses the power GTO as main switch, the 16 bit single chip microcomputer 8098 as the control unit, the large-scale integration HEF4752V as PWM waveform generator.The a
4、dvantages of HEF4752V are fully utilized. They are low consuming, programmable and high switching frequency. It forms the computer control component of the drive system with single chip microcomputer 8098. The GTO drive circuit uses HEF4752V driver. The hardware is simplified, and system reliability
5、 is improved. The system based on keyboard control. Its keyboard constitutes with 8279 .There are 16 keys in keyboard part. Keys 09 are data-keys, AF are functional keys ，adopt 8 bit 8 total cathode LED displays. HEF4752V is designed specially for generating PWM signals, It is convenient to get vari
6、ous variable frequency variable speed PWM inverter-AC motor driver system, interrupt table power sources etc.The software is institute with main process, keyboard scan process, display process and high-down frequency control process. The PID control is using equivalent area principle. It is high acc
7、uracy and easy to calculate. It designs protect system to make the system work well.The hardware, the control algorithm and the software of the control system are discussed, shows that the system works well. The real-time control performance of this system is good and electrical circuit is simple an
8、d reliable. It is preferable in the small and middle AC asynchronous motor frequency change-timing system.Key Words: Single chip microcomputer；Frequency change-timing；HEF4752V； GTO目 录第1章 绪 论11.1 交流调速技术的发展概述11.1.1 发展过程11.1.2 交流调速系统分类21.1.3 交流调速系统的主要应用领域31.2 器件技术与交流调速系统41.2.1 电力电子器件41.2.2 发展前景71.3 论文的
9、总体设计内容8第2章 PWM变频调速原理92.1 异步电动机变频调速运行原理92.2 PWM的调制方式102.3 变频器的构成与功能112.3.1 主回路122.3.2 控制回路132.3.3 保护回路14第3章 硬件电路设计163.1 主回路163.2 单片机控制系统163.2.1 控制核心8098单片机最小系统173.2.2 8253可编程定时/计数器183.2.3 键盘显示电路183.3 PWM信号的产生193.4 转速测量电路233.4.1 M法工作原理243.4.2 T法工作原理243.4.3 M/T法工作原理253.5 保护电路25第4章 软件设计274.1 系统的工作过程274.
10、2 键盘显示原理294.3 变频调速的PID控制30第5章 系统调试335.1 系统调试335.2系统抗干扰措施335.2.1硬件抗干扰措施335.2.2软件抗干扰措施34第6章 结 论35参考文献36致 谢38附录39附录52附录54附录58IV第1章 绪 论1.1 交流调速技术的发展概述1.1.1 发展过程19世纪相继诞生了直流电动机和交流电动机，由于直流电动机转矩容易控制，因此它作为调速电动机的代表在10世纪的大部分年代广泛地应用于工业生产中。直流调速系统具有起、制动性能好、调速范围广、静差小及稳定性好的等优点，晶闸管整流装置的应用更使直流调速在自动调速系统中占主导地位，相比交流电动机则
11、只能应用于不变速的或要求调速性能不高的传动系统中。虽然直流调速系统的理论和实践应用比较成熟，但由于电动机的单机容量、最高电压、最高转速及过载能力等主要技术指标受机械换向的制约，限制了直流调速系统的发展，使得人们长期以来寻找用交流电动机替代直流电动机调速的方案，研究没有换向器的交流调速系统。交流电动机的主要优点是：没有电刷和换向器，结构简单，运行可靠，使用寿命长，维护方便，且价格比相同容量的直流电动机低。早在20年代到30年代就有人提出用交流调速的有关理论来代替直流调速的有关理论，到60年代，随着电力电子技术的发展，交流调速得以迅速发展。1971年伯拉斯切克（F.Blaschke）提出了交流电动
12、机矢量控制原理，使交流转动技术从理论上解决了获得与直流转动相似的静、动态特性问题。矢量变换控制技术（或称磁场定向控制技术）是一种模拟直流电动机的控制。众所周知，调速的关键问题在于转矩的控制，直流电动机的转矩表达式为T=CT Ia，其中CT是转矩常数，磁通和电枢电流Ia是两个可以单独控制的独立变量，它们之间互成900正交关系，在电路上互不影响，可以分别进行调节。而交流异步电动机的转矩表达式为T=CTm I2cos 2 ，其中CT是异步电动机转矩系数气隙有效磁通m与转子电流I2之间是既不成直角关系又不相互独立的两个变量，转子电流I2不仅与m有关，且还与转差率s（或转速n）有关（因为），这也是市交流
13、电动机转矩难以控制的原因所在。为了获得与直流电动机相似的控制性能，矢量控制理论提出了坐标变换，即把交流电动机的定子电流I1分解成磁场定向坐标的磁场单六分量I1M和与之相垂直的坐标转矩电流I1T，把固定坐标系与变换为旋转坐标系解耦后，交流量的控制即变为直流量的控制，就与直流电动机相同了。矢量控制理论的提出只解决了交流传递控制理论上的问题，而要实现矢量控制技术，则需要复杂的模拟电子电路，其设计、制造和调试均很麻烦，直到有了全控制大功率快速电力电子器件和微机控制之后，可以用软件来实现矢量控制的算法，才使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了控制系统的可靠性。继矢量控制技术发明之后，又相继提出了直接转
14、矩控制、标量解耦控制等方法，均能达到良好的动态性能，这表面，交流调速系统完全可以与直流调速系统相抗衡、相媲美。1.1.2 交流调速系统分类我们知道交流电机包括异步电机和同步电机两大类。对交流异步电动机而言，其转速为： （1-1）从转速可以知道改变电动机的极对数p、改变定子供电频率f以及改变转差率s都可达到调速的目的。对同步电机而言，同步电机转速为： （1-2）由于实际使用中同步电机的极对数p固定，因此只有采用变压变频（VVVF）调速，即通常说的变频调速。交流调速系统分类如下：交流调速异步电机调速同步电机调速：变频调速转差功率不变型调速系统转差功率回馈型调速系统：串级调速系统转差功率消耗型调速系
15、统电磁转差离合器调速系统变电压调速系统晶闸管串级调速系统机械串级调速系统电气串级调速系统交-交变频器调速交-直-交变频器调速变频调速变极对数调速绕线式异步电机转子串电阻调速系统自控变频调速系统他控变频调速系统图1.1 变频调速系统的分类框图上述调速系统中，变频调速系统的静、动态特性能与直流调速系统媲美，实际应用中最为广泛，也是最有发展前途调速系统。一、异步电机调速系统1、转差功率不变型调速系统。这种调速系统中，转差功率是消耗在转子上的，不论转速高低，转差功率基本保持不变，因此效率高。变极对数调速和变频调速均属于此类，但变极对数调速是有级调速，应用受到限制；而变频调速是无级调速，应用非常广泛。根据变频器的不同，变频器又分为交-交变频器调速和交-直-交变频器调速。2、转差功率回馈型调速系统。这种调速系统中，转差功率转换成热能被消耗，因此效率低，但系统简单，因此仍有一定的应用场合。3、转差功率消
