異步電機變頻調速pwm控制電氣工程(存儲版)

　　

【正文】 兩個優先級別。每個端口中的每條引腳都可以獨立作為輸入引腳或者輸出引腳。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內均有固定的上拉電阻，當這3個準雙向I/O口作為輸入口使用時，要向該口先寫“1”；另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態。該端口線由內部上拉電阻提拉成高電平，同時也能被外部輸入源拉成低電平，即當外部輸入“1”時，該端口線為高電平，而輸入“0”時，該端口線為低電平。中斷源的中斷請求是否得到響應，受中斷允許寄存器IE的控制；各個中斷的優先級可以由中斷優先級寄存器IP的各位來確定；同一優先級中的各中斷源同時請求中斷時，由內部的查詢邏輯來確定響應的次序。 TCON是定時器/計數器T0和T1的控制寄存器，它同時也用來鎖存T0、T1的溢出中斷請求源和外部中斷請求源。 （4）IT1為外部中斷1（）觸發防止控制位。串行口控制寄存器SCON中的低兩位用作串行口中斷標志，如表。 中斷控制在8051中斷系統中，中斷允許或禁止是由片內的中斷允許寄存器IE（IE為特殊功能寄存器）控制的，IE中的各位分布如表44所示。（4）EX1為外部中斷1中斷允許位。復位時IE寄存器各位都被清0，表明在默認狀態下各個中斷源都處于被禁止狀態。PT1=1時，定時器/計數器1定義為高優先級中斷源；PT1=0時，定時器/計數器1定義為低優先級中斷源。（2）一種中斷源（不管是高優先級或低優先級）一旦得到響應，與它同級的中斷源不能再中斷它。 定時器的方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON，只能字節尋址，字節地址為89H。當GATE=1時，不僅要TCON中的TR0或TR1置位，還需要P3口的INT0或INT1引腳為高電平（即沒有外部中斷請求信號），才允許計數。當GATE=1時，且INT1為高電平時，TR1置1啟動定時器1 ；當GATE=0時，TR1 置1 啟動定時器1 。TMOD和TCON寄存器在復位時其每一位均清“0”。當TL1 和TH1 都計滿之后，置位T1的定時器回零標志TF1，以此表明定時時間或計數次數已到，以供查詢或在打開中斷的條件下，向CPU請求中斷，如需要進一步定時∕計數，需用指令重置時間常數。啟動T1前，TL1和TH1裝入相同的時間常數，當TL1計滿后，除定時器回零標志TF1置位，具有向CPU請求中斷的條件外，TH1中的。定時器啟動后，定時或計數脈沖加到TL1 的低5位，從預先設置的初值（時間常數）開始不斷增1。（8）IT0 ：外部中斷0觸發方式選擇位。使用中斷服務程序后，由硬件自動清0，在查詢方式下用軟件清0.（2）TR1 ：定時器1 運行控制位。（2）GATE為定時器/計數器運行控制位，用來確定對應的外部中斷請求引腳（、）是否參加T0或T1的操作控制。其優先級排列如下：中斷源 同級內的中斷優先級定時器/計數器0溢出中斷 最高外部中斷1定時器/計數器1溢出中斷串行口中斷 最低 定時器/計數器的結構 8051單片機的定時器/計數器（T/C）Tn的內部結構簡化圖如圖46所示。8051中斷系統具有兩級優先級（由IP寄存器把各個中斷源的優先級分為高優先級和低優先級），他們遵循下列兩條基本規則。PS=1時，串行口定義為高優先級中斷源；PS=0時，串行口定義為低優先級中斷源。中斷允許寄存器中各相應位的狀態可根據要求用指令置位或清0，從而實現該中斷源允許中斷或禁止中斷。（3）ET1為定時器/計數器1（T1）的溢出中斷允許位。在方式0中，每當發送完8位數據時由硬件自動置位T1（T1=1），向CPU發出中斷請求；在其他方式中，于停止位開始時置位T1，并向CPU發出中斷請求。其含義同IT1。如果IT1=1，則當外中斷1引腳上的電平由1變0時，IE1由硬件置位（使IE1=1），外中斷1請求中斷。表41 8051的中斷源名稱說明INT0（外中斷0）INT1（外中斷1）T0片內定時器/計數器0的溢出（TF0）中斷請求T1片內定時器/計數器1的溢出（TF1）中斷請求T1或R1串行口中斷 每一個中斷源都對應有一個中斷請求標志位，他們設置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。 中斷系統的結構 8051允許有五個中斷源（2個外部中斷、2個定時器中斷、1個串行中斷），提供兩個中斷優先級。圖42 P1端口位邏輯電路圖作輸出時，如將“0”寫入鎖存器，場效應管導通，輸出線為低電平，即輸出為“0”。P2口：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅動4個LSTTL負載。 單片機I/O口51單片機有4個8位并行的I/O端口，分別記作P0、PPP3。該串行端口即可作為雙全工異步通信收發器（UART）使用，也可以作為同步移位器使用。圖41 8051系列單片機的內部基本結構由圖41可見，8051單片機由微處理器（由運算器和控制器組成）、片內存儲器RAM/ROM、P0~P3組成的I/O端口、各種存儲器組成的特殊功能寄存器SFR、串行接口、定時/計數器、中斷系統、振蕩器等所構成。變頻調速系統主電路見圖31所示。 4． 功能豐富的應用工具箱（如信號處理工具箱、通信工具箱等） ,為用戶提供了大量方便實用的處理工具總之，MATLAB是由美國mathworks公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。新版本的Matlab對整個圖形處理功能做了很大的改進和完善，使他不僅在一般數據可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數據的表現等），Matlab同樣表現了出色的處理能力。這也是Matlab能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。隨著計算機技術的發展，計算機仿真越來越多地取代純物理仿真。（5）保護電路：對電路發生故障是提供保護，保護電路器件不受損壞，在發生故障瞬間與電路隔離。整流器有兩種基本類型，可控的和不可控的。負載電壓可以由下列公式得到： （210） SAPWM模式 SAPWM波形產生通過分析得出鞍形波的生成函數如公式（211），SAPWM調制波的分析給出的SAPWM調制波前半個周期的表達式可寫成如下的函數： （211） 這個函數是定義在[0，]上的函數，而在[，]內的波形和前面的對稱，波形表達式與之相似。從而使輸出脈寬隨變化，達到了輸出電壓幅值調節的目的。在調制正弦波半周期（0 ）中，S1 和S4 分別導通和關斷N /2次。 SPWM模式下工作波形 逆變器拖動感性負載時線電流波形 SPWM波生成對SPWM逆變電路分析時，應為分同步和非同步兩種調制方式情況來分析。 單極性調制對于一個具體的逆變電路，是采用單極性還是雙極性PWM控制方式，取決于主電路本身的結構。 SPWM波形 SPWM調制 SPWM調制分為單極性調制和雙極性調制。 恒壓頻比控制特性在基頻以上調速時，頻率應該從f1N向上升高，但定子電壓Us 卻不可能超過額定電壓UsN，最多只能保持Us =UsN，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當于直流電機弱磁升速的情況。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。（2）電壓空間矢量（SVPWM）控制方式：它是以三相波形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，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。從式（21）可以看出，改變電源頻率就可以改變電機轉速。這是現在最有發展前途的一種裝置形式，也是我們畢業設計的主要內容。（2）PWM（脈寬調制）變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來進行調制。我們把將電網提供的恒壓恒頻CVCF變流電變換為變壓變頻VVVF變流電供給負載的過程稱為變頻，實現變頻的裝置叫做變頻器。這時可以人為地把電壓抬高一點，以便近似地補償定子壓降。這樣會拖動轉矩下降，這樣電動機的拖動能力會降低，對恒轉矩負載會因拖不動而堵轉；倘若調節下降，則上升，當小于額定頻率時，主磁通將超過額定值。（4）經濟性方面，變頻調速裝置的價格明顯地高于直流調速裝置。如電源頻率f=50Hz，則 P=1， （14） P=2， （15） P=3， （16） P=4， （17）由于定子繞組的設計需照顧到兩種磁極對數的情形，所以不管工作在那種情況下，都不可能得到最佳設計，故而電動機的效率將很低。 異步動機調速發展及特性（一）異步電動機的調速方式 對于籠型異步電機來說，要調節轉速，只有通過改變同步轉速來實現。 結構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、慣量小、效率高、無電刷、維護費用低。但由于直流電動機的結構特點，使其必須有換向器和電刷，因而必須經常檢查維修。例如直流電動機具有電刷和換向器而必須經常檢查維護，換向火花使它的應用環境受到限制，換向能力限制了直流電動機的容量和速度等等。尤其是當前最熱的幾種8位和16位單片機，比如：51系列、AVR系列、PIC系列，仿真學習的條件最為成熟。單片機誕生于20世紀70年代，自1971年美國Intel公司制造出第一塊4位微處理器以來，其發展十分迅猛，到目前為止，大致可分為以下幾個階段。PWM的產生方法有很多，包括純硬件電路產生方法和采用基于可編程器件的軟件實現方法。由于當今科學技術的發展已經沒有了學科之間的界限，結合現代控制理論思想或實現無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發展的主要方向之一。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。在逆變器主電路中，6個IGBT的導通和關斷由MCS51單片機P1口輸出的控制字決定，其中控制字是通過波形調制圖上各項電壓在每一個時間段上的高低電平來確定的。在此控制方式中，采用規則采樣法，用正弦波來調制等腰三角形，從而得到一系列的等幅不等寬的PWM波形。 33 中斷系統的結構 33 中斷請求源 33 中斷控制 35 定時器/計數器的結構 37 定時器的方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON 37 定時器∕計數器的工作方式 39 定時器∕計數器的初始化 40第五章 PWM變頻調制的實現 41 三相正弦波轉化為PWM波 41 三角載波與三相正弦調制波 41 PWM脈寬計算 41 PWM輸出值 44 MCS—51單片機編程 46 單片機程序流程圖 46 應用程序 47 Keil軟件介紹及其運用 49 Proteus軟件介紹及其仿真 50 Proteus軟件介紹 50 Proteus軟件仿真 51 輸出波形 52 上下橋臂互補信號流程圖 52 相鄰橋臂之間信號及其信號差圖 53總結 57致　　謝 59參考文獻 60外文翻譯 61English 61中文 77第一章 概述本文主要研究了利用MCS51單片機，通過PWM方式控制直流電機調速的方法。PWM控制技術以其控制簡單、靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。 PWM調速系統的組成和功能 PWM信號發生與調節模塊 作為一個PWM調速系統，首要的是需要產生PWM信號。所以，單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現代工業控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。當前能夠用于計算機仿真學習單片機的軟件也已日趨成熟，而各種集成開發環境更是層出不窮，極大地方便了學生通過計算機仿真學習單片機。這時，直流電動機和交流電動機相比的缺點日益顯露。 直流調速系統的問題 一直以來直流調速系統具有起、制動性能好，調速范圍廣，靜差小及穩定性好等優點而得到廣泛的應用。交流電動的主要優點是：沒有電刷和換向器，結構簡單，運行可靠，使用壽命長，維護方便，且價格比相同容量的直流電動機低等等。所以，在此用這些理論來完成交流電動機的變頻調速。這種方法的缺點是顯而易見的，主要有：有極的，且級數很少。在頻率給定信號為模擬量時，以4極電動機（p=2）為例，則每檔的轉速差為： （18） 如頻率給定信號為數字量時，則第二檔的轉速差為： （19）（3）在工作特性方面，不管是靜態特性，還是動態特性，都能做到和直流調速系統不相上下的程度。于是，主磁通： （113）假設現在只改變調速，設上升，則將下降，于是由電磁轉矩的公式： （114）式中，—電磁轉矩（）； —轉矩常數； —轉子電流折算至定子側的有效值； —轉子電路的功率因數。低頻時，和都較小，定子阻抗壓降所占的分量就鼻較顯著了，不能忽略。我們用于逆變的直流電能通常由電網提供的交