通用變頻器的設計-資料下載頁

　　

【正文】 4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 （5）是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。 （6）當EOC變為高電平時，這時設定OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。 2. ADC0809芯片的應用如圖4—9所示，為單片機與ADC0809芯片接口電路圖，由于ADC0809片內無時鐘，可利用單片機的地址鎖存允許信號ALE經D觸發器二分頻后獲得，ALE腳的頻率為單片機時鐘頻率的1/6。如果單片機時鐘頻率采用6MHz，則ALE腳的輸出頻率為1MHz ，二分頻后為500KHz夠滿足ADC0809對時鐘頻率的要求。ADC0809的8位數據輸出具有輸出三態鎖存器功能，可直接與系統數據總線相連。圖4—9 AT89C51與ADC0809接口電路連接 存儲器EPROM2764和EEPROM2864的擴展技術EPROM2764和EEPROM2864是存儲器擴展芯片，其中EPROM2764為紫外線擦除存儲器，在本設計中可用來作為外部程序存儲器。EEPROM2864為電可擦除存儲器，用來存儲變頻器的參數和故障代碼。EPROM2764和EEPROM2864芯片引腳圖及說明見圖4—10表4。圖4—10 2764和2864芯片引腳圖引腳功能引腳功能A0A15地址輸入線Vcc主電源輸入線，一般為+5VO0O7三態數據總線，讀或編程校驗時為數據輸出線，編程時為輸入線Vpp編程電源輸入線，其值因芯片型號和制造商不同而變化片選信號輸入線，低電平有效讀選通信號輸入線，低電平有效編程脈沖輸入線GND接地表4 2764芯片主要引腳功能介紹2864芯片也是28腳封裝，各管腳功能如下：I/O0I/O7:雙向數據線 :輸入，寫允許線，低電平有效。在和為低電平時，把8位并行數據通過I/O0I/O7寫入2864的緩沖器中。其他引腳的功能與2764的引腳功能相同。擴展單片EPROM2764的接線框圖圖圖4—11示：圖4—11 擴展單片EPROM擴展單片EEROM2864的接線圖與擴展單片2764的接線圖基本相同。 以速度為控制對象的變頻器調速電動機傳動的生產機械的控制對象中，有速度、位置、張力、流量、溫度、壓力等。對于每一個控制對象，其產生的機械特性和性能要求是不同的，因此在設計變頻器時需考慮這些，做成專用的變頻器。日常生活中應用最廣的是一種通用型變頻器，它能與普通的籠型異步電動機配套使用，能適應各種不同性質的負載，并且具有不同功能模塊的選擇。這種變頻器大多用U/f控制方式。如果籠型電動機的電壓、頻率一定，因負載變化引起的轉速變化時非常小的。額定轉矩下的轉差率決定于電動機的轉矩特性，轉差率大約為1%—5%。對于二次方轉矩負載（如風機、泵），并不要求快速響應，常用開環控制，如圖4—12所示。輸入某一值的給定信號（頻率），變頻器就以在加減速時間給定的回路中所確定的時間特性控制U/f模式，向電動機輸出電壓和頻率。電動機的轉矩特性根據電壓和頻率而產生轉矩，與負載相一致，在轉速下穩定地運轉。影響此時轉速精度的因素有：①負載轉矩變化；②輸出頻率精度；③電源電壓變動等。由于負載轉矩變化使電動機轉速改變，電動機的轉差率也就發生變化。為了對此進行補償，可以檢出電動機電流，在頻率、電壓控制電路進行修正。圖4—12 開環控制系統。為補償電動機轉速的變化，將可以檢出的物理量作為電氣信號負反饋到變頻器的控制電路，這種控制方式為閉環控制。常用語造紙機、風機泵類機械、機床等要求速度精度高的場合，需要裝設傳感器，以便用電量檢測出電動機速度。常用的速度傳感器有DCPG、ACPG、PLG。也有用光電編碼器等器件的。圖4—13為閉環控制框圖。圖4—13 PLG速度閉環控制系統框圖5 變頻器系統軟件框架的構建 主程序流程圖圖5—1 主程序流程圖如圖51所示，主程序主要負責各個模塊的運行調度：首先系統運行前，先對系統相關參數、部件進行初始化；其次，當某模塊需要運行的時間到時，就調用相關模塊運行。總體來說，可以認為本系統采用分時輪轉的系統運作模式。系統主要包括的模塊（任務）有：鍵盤掃描處理模塊、顯示模塊、運行參數調整模塊、采樣和故障檢測模塊等。 單片機與SLE4520相結合形成SPWM脈沖1. 硬件連接電路(1)將SLE4520的腳1接+5V,腳15接地，腳2與腳3間接12MHz晶振。CLK OUT(腳28)接到AT89C51的XTAL2,使單片機的時鐘與SLE4520的時鐘保持同步。將SLE4520的RES(腳23)與單片機的給電復位電路的輸出相連,保證開機時以相同的狀態開始工作。(2)單片機的P0口和SLE4520的P0～P7相連,為數據總線。SLE4520的六路輸出口(腳117,腳114,腳112)接到驅動模塊的輸入端(接光耦發光二極管的陰極),以輸出SPWM脈沖。(3),由單片機控制SLE4520內部的三個可預置的計數器同時啟動。(4)SLE4520的SET STATUS接至外部故障電路的輸出端,一旦故障電路中任一故障出現時,通過該端將對SLE4520的六路輸出進行封鎖。 (5)將SLE4520的STATUS(腳20)與單片機INT0相連,當保護電路中有任一故障出現,SLE4520被封鎖時,將進入單片機INT0中斷服務程序,進行軟件封鎖和故障顯示及報警。 (6)給定頻率有電位器RP設定,經積分電路和ADC0809模數轉換器讀入AT89C51中。 (7)采用定時器T0定時開關頻率的周期T。2. 控制算法及軟件技術SLE4520把微機送來的三路8位數字量轉換成三路脈寬調制信號輸出。以此三路脈寬調制信號驅動三相逆變器,能否形成三相對稱的SPWM電壓波,完全取決于微機生成PWM波的模式或控制算法。原則上,各種SPWM控制算法都可以使用。本設計中,采用一種基于雙極性調制等面積法的控制算法。用這種雙極性調制等面積法生成SPWM波,這種方法概要如下: (1) 將一個正弦周期等分成若干區段。區段數S一定要是6的倍數。這是因為三相對稱正弦波,各相間相位差120176。,每隔60176。有一相過零。要從一相的正弦波數據方便地獲得其他兩相正弦波數據,只有把一個周期分成6的倍數份才有可能。因此至少需要6個區段。S越大,輸出的電流波形越接近正弦波。為了有較好的正弦波形,常常需要有更多的區段。(2) 每一區段用若干個等寬脈沖等效,由此確定脈沖寬度tw。每一區段的面積可用若干個(例如N個)寬度為tw的脈沖的面積之和與之等效。這在低正弦頻率和高開關頻率時很重要。因為這樣既可以提高開關頻率,改善波形,又可以減少計算新脈沖寬度的數量,節省計算機計算時間。設某一區段為(ωt1ωt2),如圖5—2所示,其正弦波面積為:圖5—2 等面積法調制PWM波 （5—1）先以高度為H，底為的矩形與A等效，則 （5—2） 由于 = 所以 （5—3） 再以N個寬度為、高度為Ud、周期為T的等寬脈沖的面積與面積等效，亦即與該段正弦波面積等效。采用雙極性調制，所以與H有線性關系，并且時，H=0；時，H=Ud；時，H=Ud。于是得到： （5—4）將式（5—3）代入式（5—4），得脈沖寬度的計算式為： （5—5）式中，；；稱為調制系數；為逆變器輸入直流電壓值；為正弦波幅值。輸出頻率、區段數和每個區段的脈沖數及脈沖周期(單位：us)之間有如下關系： (5—6)輸出頻率的變化范圍可以這樣來確定，例如，開關頻率取8Kz，則脈沖周期T=125us，如S最大取240，N最大取255，則可得逆變器輸出最低頻率Fmin=，若S最小取6，N最小取1，則可得逆變器輸出最高頻率Fmax=。如果變頻器輸出頻率為1—400Hz，逆變器最高開關頻率為10KHz，在選擇N、S、T時要將3個參數結合起來考慮。在不同的頻段，選擇某一固定的S和N，通過改變T來改變輸出頻率，各頻段S和N的選擇見表5輸出頻率F/Hz SN輸出頻率F/HzSN1—22402228—426042—2401242—70483—6240770—1113036—112404111—16712511—171205167—27812317—28606278—400122表5 各頻率段S和N的選擇脈沖周期T由AT89C51內部定時器T0定時。當由ADC0809讀入某一給定頻率f時,按表5可確定該頻率所在區段的S和N值,由式(5—6)可求得相應的脈沖周期T單片機采用12MHz晶振。因此,脈沖周期T即為定時器T0的定時計數脈沖數。由于采用8位模數轉換器讀取頻率,因此,1～400Hz的頻率可分為256檔(00H～FFH),相應地也可求得256個T值,將其作成表格,存入EPROM中,以備查用。單片機定時器T0為加法計數器。當設定為方式2,即8位自動裝載方式時,定時T的定時初值為。脈沖寬度由SLE4520中的8位減法計數器來定時。SLE4520采用12MHz晶振,設定計數器分頻比例為1∶12,則計數頻率為1MHz,即每1計數器減1。因此,脈沖寬度Tw即為SLE4520計數器的定時初值。根據負載要求給定的U—f曲線,由某一給定頻率f可求得相應得U值,并按表5確定S值,再由式k=MS/2π求得唯一確定的k值這樣,f由00H～FFH變化時,相應地也可求得256個k值,將其作成表格,存入EPROM中,以備查用函數值完全由S值來確定。某一頻率有S個區段,就有S個相應的函數值,可將S個函數值作一表格存入EPROM中每一頻率段有相應的S值,本設計中,在頻率的變化范圍內,有六個不同的S取值,因此可作得六張函數表,存入EPROM中,以備查用。死區時間是把脈寬調制信號與一個延遲信號相結合而獲得的。具體地講,由于SLE4520每一路輸出都是低電平有效,所以死區時間的形成是通過延遲脈沖負沿到來的時刻獲得的,而這個延遲又是通過一個15位位移寄存器來設定的。位移寄存器的時鐘,即延遲時間的頻率是由在可編程分頻器的分頻控制器中設置的數值來決定的。延遲時鐘分頻比率有兩種,或1:4,或1:6。由此可見,死區時間決定于3個因素,即晶振頻率、可編程控制器的設置數值以及位移寄存器的設置數值。如果我們選用12MHz的晶振頻率,死區位移寄存器中的數值設置為3,當延遲時鐘分頻比為1:4時,延遲時鐘分頻比為1:6時,；如死區位移寄存器中的數值設置為6,當延遲時鐘分頻比為1:4時,延遲時鐘分頻比為1:6時,。圖5—3 SPWM脈沖生成軟件流程圖 8279通用鍵盤和顯示電路軟件設計8279的編程可分為初始化、向顯示RAM中寫入數據和讀鍵盤數據三部分。在實際應用中，通常初始化編程在主程序中完成；顯示部分一般作為子程序；而鍵盤讀入部分作為中斷服務程序編寫。在此主要介紹8279的初始化編程。初始化編程是向8279寫入工作方式命令字，確定其工作方式及相關操作功能。1. 8279的命令及格式8279共有8條命令，均為8位，各命令的格式及功能分述如下： （1）鍵盤/顯示器方式設置命令此命令用于設置鍵盤與顯示器的工作方式，其各位定義為：D7 D6 D5=000 為此命令的特征位或稱命令碼。D4 D3 用來設定顯示方式0 0 8個LED顯示器，從左端輸入0 1 16個LED顯示器，從左端輸入1 0 8個LED顯示器，從右端輸入1 1 16個LED顯示器，從右端輸入D2 D1 D0 用來設定鍵盤、傳感器矩陣、顯示器操作方式0 0 0 編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定0 0 1 譯碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定0 1 0 編碼掃描鍵盤，N鍵依次讀出0 1 1 譯碼掃描鍵盤，N鍵依次讀出1 0 0 編碼掃描傳感器矩陣1 0 1 譯碼掃描傳感器矩陣1 1 0 選通輸入，編碼顯示掃描1 1 1 選通輸入，譯碼顯示掃描譯碼方式即為內部譯碼方式；編碼方式即為外部譯碼方式。（2）程序時鐘命令此命令用來設置分頻系數，其定義為： D7 D6 D5=001 為此命令的命令碼。D4～D0=2～31 此5位用來設定對外部輸入時鐘CLK進行分頻值，用以產生100kHz的頻率信號作為8279的內部時鐘，其值可取2～31。例如：假定CLK為2MHz，為取得100kHz的內部時鐘信號，則分頻系數=2MHz/100kHz=20，應使D4D3D2D1D0=10100B，即十進制數20D。（3）讀FIFO/傳感器RAM命令此命令用來設置讀FIFO/傳感器RAM，其定義為：D7 D6 D5=010 為此命令的命令碼。D4=1 設置FIFO/傳感器RAM地址讀后自動加1。D4=0 讀后地址保持不變。D3位沒有定義，可為任意。D2 D1 D0 在傳感器方式及選通輸入方式時該三位為FIFO RAM的地址。在鍵盤掃描方式時，每次讀取數據總是按先進先出的原則依次讀出的，D4位和此3位無關。（4）讀顯示RAM命令此命令用來設置讀顯示RAM，各