单片机控制变频调速系统的设计
目 录
引言 0
第一章 概述 1
1.1 交流调速系统 1
1.2 单片机控制的变频调速 1
第二章 变频调速系统 2
2.1 系统调速原理 2
2.2 单片机控制的变频调速系统 2
2.2.1 系统框图 2
2.2.2 系统原理图 3
2.3 系统主回路设计 4
2.3.1整流滤波电路的设计 4
2.3.2 三相逆变电路的设计 4
2.4 驱动电路及系统保护电路的设计 5
2.4.1 驱动电路的设计 5
2.4.2 电流检测及过流保护电路 7
第三章 系统主要模块设计 7
3.1 89C51主控制模块 7
3.1.1 主要特性 8
3.1.2 管脚定义 8
3.1.3 振荡器特性 9
3.1.4 芯片擦除 10
3.2 SA8281的主要特点及引脚功能 10
3.2.1 SA8281的主要特点 10
3.2.2 SA8281的引脚功能 11
3.3.3 SA8281的内部结构及工作原理 12
第四章 控制电路设计 14
4.1 控制硬件电路的实现 14
4.2 控制电路软件设计 15
4.2.1 主程序 16
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
.3.2 初始化子程序 17
结论 18
致谢 18
参考文献 19
引 言
变频调速系统是通过电机电源变频调速，以达到巧妙的技术的速度。20世纪末以来，变频调速系统随着科技进步和技术突破，实现飞速发展。它可分为同步电动机调速系统和异步电动机调速系统等等。现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和电量检测器等四大部分组成。驱动器（VFD）是变频技术与微电子技术的完美结合，通过改变电机功率的应用来实现控制交流电机变频控制设备的电源。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。它具有 节能、调速 、对电机有保护作用和满足工业要求的优点。?
本文首先讨论了电机调速控制电路，主电路的频率控制的基础技术，然后阐述系统驱动电路和单片机控制的SPWM生成器，并介绍了过电流检测和保护电路；分析了实现控制软、硬件的方法，并且对控制系统方案进行了探讨。
第一章、概述
1.1交流调速系统
19世纪中叶先后诞生直流调速和交流调速系统，20世纪70年代以前，直流可调速运行占市场80%的份额。交流调速系统虽然已问世，被实践运用，但其性能始终无法与直流调速系统相比，变速传动领域基本上垄断的是直流电机速度控制系统。电力电子技术在70年代的发展迎来了通信速度的新时代。之后，交流调速是调速领域的主要发展方向。
交流调速控制系统作用相当明显，其优异特性 ：
(1) 调速时平滑性好，方便
(2) 调速精度高
(3) 效率高,节约能源
(4) 体积小、重量轻、占地面积小
(5) 易于实现过程自动化
(6) 转动惯量小
1.2 单片机控制的变频调速
单片机(微处理器)作为控制器，来进行变频调速。具有如下特点：
（1）使电路简单化
（2）逻辑性强，有能力实现复杂的控制
（3）灵活方便，适应性高
（4）控制精度高
（5）可以提供人机界面，多机连网工作
第二章、 电机变频调速系统
2.1 变频调速原理
由电机学可知， 变频调速的转速公式如下：
n =60 f（1-s）/p
式中：?n——电动机的转速，m/min；?
f——电动机的同步转速，r/min；?
s——电动机的转差率?s=(n1-n/)=△n/?n1；可见，更改电源频率可以改变同步转速和电机转速。
降低频率导致一个增加的磁通，引起磁饱和，励磁电流增加时，功率因数下降，铁心和线圈过热。显然，这是不允许的。为此，也可在当所述降压降低频率。这需要协调的频率和电压控制。此外，在许多情况下，为了保持该调速器的时候，所述电机产生的最大扭矩常数，还需要保持恒定通量，其从频率和电压控制增加来实现协调，它被称为可变电压可变频音调的速度（VVVF），简称为频率控制。
2.2?单片机控制的变频调速系统??
2.2.1?系统框图
经过连续的翻阅资料，查找各种书籍，浏览变频调速系统的一些相关报道，了解当今其发展方向。结合所学知识设计了如图1所示的系统结构框图。
图1 系统结构框图
2.2.2 系统原理图
图2 系统原理图
整个系统电路共由主回路、驱动电路以及控制电路三大部分构成。此外，考虑到系统结构的稳定性，加入了过流检测和保护电路。
2.3 系统主回路设计
2.3.1整流滤波电路的设计
整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利用储存特性以达到滤波的目的。
本设计中，利用三相二极管整流器不可控的，不受控制的整流器不可控二极管电路结构完全由电路必须购买整流比其直流电压和交流电压是固定的。如图3所示，电路简单，无需控制。
图3 整流电路
2.3.2 三相逆变电路的设计
电路由三个半桥电路组成，开关管可以采用全?控型电力电子器件，即ＩＧＢＴ，ＶＤｌ～ＶＤ６为续流二极管。这样使电路简单化，便于操作。如图4 所示
图4 三相逆变电路
工作电压的三相逆变桥的基本方式为180°的导电方式，每个臂的导通角是180°。相同的导电相交替的上，下桥臂。每次的相位差开始导120℃。在一个周期内?，６个开关管触发导通的次序为V1--V2--V3--V4--V5--V6，依次相隔?60°，任意时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为V1V2V3，V2V3V4,V3V4V5，V4V5V6，V5V6V1，每种组合工作。
具体的导通顺序如下：
引言 0
第一章 概述 1
1.1 交流调速系统 1
1.2 单片机控制的变频调速 1
第二章 变频调速系统 2
2.1 系统调速原理 2
2.2 单片机控制的变频调速系统 2
2.2.1 系统框图 2
2.2.2 系统原理图 3
2.3 系统主回路设计 4
2.3.1整流滤波电路的设计 4
2.3.2 三相逆变电路的设计 4
2.4 驱动电路及系统保护电路的设计 5
2.4.1 驱动电路的设计 5
2.4.2 电流检测及过流保护电路 7
第三章 系统主要模块设计 7
3.1 89C51主控制模块 7
3.1.1 主要特性 8
3.1.2 管脚定义 8
3.1.3 振荡器特性 9
3.1.4 芯片擦除 10
3.2 SA8281的主要特点及引脚功能 10
3.2.1 SA8281的主要特点 10
3.2.2 SA8281的引脚功能 11
3.3.3 SA8281的内部结构及工作原理 12
第四章 控制电路设计 14
4.1 控制硬件电路的实现 14
4.2 控制电路软件设计 15
4.2.1 主程序 16
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
.3.2 初始化子程序 17
结论 18
致谢 18
参考文献 19
引 言
变频调速系统是通过电机电源变频调速，以达到巧妙的技术的速度。20世纪末以来，变频调速系统随着科技进步和技术突破，实现飞速发展。它可分为同步电动机调速系统和异步电动机调速系统等等。现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和电量检测器等四大部分组成。驱动器（VFD）是变频技术与微电子技术的完美结合，通过改变电机功率的应用来实现控制交流电机变频控制设备的电源。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。它具有 节能、调速 、对电机有保护作用和满足工业要求的优点。?
本文首先讨论了电机调速控制电路，主电路的频率控制的基础技术，然后阐述系统驱动电路和单片机控制的SPWM生成器，并介绍了过电流检测和保护电路；分析了实现控制软、硬件的方法，并且对控制系统方案进行了探讨。
第一章、概述
1.1交流调速系统
19世纪中叶先后诞生直流调速和交流调速系统，20世纪70年代以前，直流可调速运行占市场80%的份额。交流调速系统虽然已问世，被实践运用，但其性能始终无法与直流调速系统相比，变速传动领域基本上垄断的是直流电机速度控制系统。电力电子技术在70年代的发展迎来了通信速度的新时代。之后，交流调速是调速领域的主要发展方向。
交流调速控制系统作用相当明显，其优异特性 ：
(1) 调速时平滑性好，方便
(2) 调速精度高
(3) 效率高,节约能源
(4) 体积小、重量轻、占地面积小
(5) 易于实现过程自动化
(6) 转动惯量小
1.2 单片机控制的变频调速
单片机(微处理器)作为控制器，来进行变频调速。具有如下特点：
（1）使电路简单化
（2）逻辑性强，有能力实现复杂的控制
（3）灵活方便，适应性高
（4）控制精度高
（5）可以提供人机界面，多机连网工作
第二章、 电机变频调速系统
2.1 变频调速原理
由电机学可知， 变频调速的转速公式如下：
n =60 f（1-s）/p
式中：?n——电动机的转速，m/min；?
f——电动机的同步转速，r/min；?
s——电动机的转差率?s=(n1-n/)=△n/?n1；可见，更改电源频率可以改变同步转速和电机转速。
降低频率导致一个增加的磁通，引起磁饱和，励磁电流增加时，功率因数下降，铁心和线圈过热。显然，这是不允许的。为此，也可在当所述降压降低频率。这需要协调的频率和电压控制。此外，在许多情况下，为了保持该调速器的时候，所述电机产生的最大扭矩常数，还需要保持恒定通量，其从频率和电压控制增加来实现协调，它被称为可变电压可变频音调的速度（VVVF），简称为频率控制。
2.2?单片机控制的变频调速系统??
2.2.1?系统框图
经过连续的翻阅资料，查找各种书籍，浏览变频调速系统的一些相关报道，了解当今其发展方向。结合所学知识设计了如图1所示的系统结构框图。
图1 系统结构框图
2.2.2 系统原理图
图2 系统原理图
整个系统电路共由主回路、驱动电路以及控制电路三大部分构成。此外，考虑到系统结构的稳定性，加入了过流检测和保护电路。
2.3 系统主回路设计
2.3.1整流滤波电路的设计
整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利用储存特性以达到滤波的目的。
本设计中，利用三相二极管整流器不可控的，不受控制的整流器不可控二极管电路结构完全由电路必须购买整流比其直流电压和交流电压是固定的。如图3所示，电路简单，无需控制。
图3 整流电路
2.3.2 三相逆变电路的设计
电路由三个半桥电路组成，开关管可以采用全?控型电力电子器件，即ＩＧＢＴ，ＶＤｌ～ＶＤ６为续流二极管。这样使电路简单化，便于操作。如图4 所示
图4 三相逆变电路
工作电压的三相逆变桥的基本方式为180°的导电方式，每个臂的导通角是180°。相同的导电相交替的上，下桥臂。每次的相位差开始导120℃。在一个周期内?，６个开关管触发导通的次序为V1--V2--V3--V4--V5--V6，依次相隔?60°，任意时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为V1V2V3，V2V3V4,V3V4V5，V4V5V6，V5V6V1，每种组合工作。
具体的导通顺序如下：
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