通用變頻器的設計-wenkub.com

　 　

【正文】 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。D4=1 設置FIFO/傳感器RAM地址讀后自動加1。（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。在此主要介紹8279的初始化編程。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。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,因此,脈沖寬度Tw即為SLE4520計數器的定時初值。單片機定時器T0為加法計數器。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。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。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。因此至少需要6個區段。這是因為三相對稱正弦波,各相間相位差120176。原則上,各種SPWM控制算法都可以使用。 (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。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。 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。圖4—13為閉環控制框圖。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。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。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%。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。其他引腳的功能與2764的引腳功能相同。EEPROM2864為電可擦除存儲器，用來存儲變頻器的參數和故障代碼。 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。 （3）送要轉換的那一通道的地址到A，B，C端口上。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。當A／D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量。 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖4—8所示：　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端 21～28：8位數字量輸出端　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路.　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。動態顯示需要元件個數少，其缺點是當刷新頻率不高時，LED顯示有點閃爍。習慣上，大家常喜歡將D7連接至dp，D6連接至g，以次類推，將D0連接到a，這樣顯示‘039。一種是8個發光二極管的陽極連在一起，稱為共陽極LED顯示器；另一種是8個發光二極管的陰極連在一起的，稱為共陰極LED顯示器。3. 數碼管顯示LED簡介（1） LED顯示器的結構與原理。DB7—DB0直接接至P0口；8279讀引腳/RD接單片機的讀信號（）；8279寫引腳接單片機的寫信號（）；CLK引腳接單片機的ALE信號，ALE信號的頻率為系統晶體振蕩器頻率的1/6；A0接地址總線A0。OUT B0～OUT B3：動態掃描顯示的輸出口（低四位）。CNTL/：控制/選通輸入線，高電平有效。RL0～RL7：回復輸入線，它們是鍵盤或傳感器的列（或行）信號輸入線；平時保持為“1”，當矩陣結點上有鍵（開關）閉合時變為“0”。IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。：讀取控制線。RESET：復位信號，輸入線，當RESET=1時，8279復位，其復位狀態為：16個字符顯示，編碼掃描鍵盤——雙鍵鎖定，程序時鐘編碼1。所以使用8279的通用鍵盤顯示電路可使系統設計簡單化。故障排除后，給狀態觸發器的清零端CLEAR STATUS（21腳）輸入一個高電平脈沖，即可解除封鎖，開通SLE4520的SPWM信號輸出。而在初始化程序結束后，再將此端口置為低電平，允許SLE4520輸出。這時，若輸出是連接到光耦中發光二極管的陰極，則發光二極管無電流，變頻器的6個開關器件全部被封鎖。輸出信號的負沿都向右延遲一個由程序設置的死區時間。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。計數器減到零后即停止工作，直到下一個SYNC端的同步觸發脈沖到來，再使該相輸出為高電平。圖4—4 SLE4520內部結構框圖SLE4520采用內部譯碼結構，各寄存器地址見表1表1 SLE4520內部寄存器地址表地址寄存器00U相寄存器01V相寄存器02W相寄存器03死區位移寄存器044分頻控制寄存器(2)數字量如何轉換為脈寬　 在片選信號CS有效、SET STATUS及INHIBIT端信號無效的情況下，當ALE、WR信號有效時，由微機輸出的地址數據經由數據總線PO～P7寫入地址譯碼鎖存器。(4) 2個電源端 ①UDD（1腳），為電源正端，接+5V電源。該端為高電平時SLE4520的輸出全被封鎖，可用作變頻器各種故障保護的封鎖脈沖端。該端為高電平時，使SLE4520內部各狀態鎖存器、計數器等復位，保證開機時從相同的狀態開始工作。該端輸入信號控制3個可預置8位減法計數器是否開始進行遞減運算。當該端為低電平(0)時，將來自微機的地址數據寫到SLE4520中的地址鎖存器內。分別說明如下：圖4—3 SLE4520芯片管腳圖(1) 13個輸入端 ①XTALl(2腳)、XTAL2（3腳），為外晶振輸入端，可外接12MHz晶振，為SLE4520內部各單元電路提供一個外接參考時鐘。SLE4520能把三個8位數字量同時轉換成三路相應脈寬的矩形波信號，與8位或16位微機聯合使用，可產生三相變頻器所需的六路控制信號，輸出的SPWM波的開關頻率可達20kHz，基波頻率可達2600Hz。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。其它部分電路主要有鍵盤顯示8279電路以及速度檢測等電路。當實際電流達到額定電流時通過短路開關將功率電阻短接。如圖4—1系統主電路所示，輸入端接交流變壓器，起隔離變壓作用，變壓后經三相橋式不可控電路整流，可以提高輸入端功率因數，且不需要控制驅動電路，結構簡單。在產生電壓和頻率指令時，還加入了電流限制信號，它只在電流超過限制值時才起作用。 轉速閉環的V/F控制方式對于開環的速度控制系統來說，即使緩慢、平滑地增加負載轉矩也會使轉差頻率增加，電機轉速下降，負載轉矩的突然變化更會使電機轉速波動。2. 電流型逆變器異步電機轉速開環V/f控制系統如圖3—4所示為電流型逆變器異步電機轉速開環V/f控制系統框圖，該系統的主電路由相控整流器、濾波電感和電流型逆變器組成。假設圖3—3所示的系統穩定工作在某一轉速和轉矩下，若想將轉速提高，可以提高頻率指令。該系統的主電路由二極管整流器、LC濾波器和PWM電壓型逆變器組成，負載為三相交流異步電機。圖3—1 基本U/f線 圖3—2可供選擇的U/f線線1是時的基本U/f線 線1是未做補償的U/f線線2是時的基本U/f線 線2是低減補償的U/f線線3是時的基本U/f線 線3是更低減補償的U/f線 轉速開環的V/F控制方式轉速開環控制可以省去速度、磁通等傳感器，由于其簡單、成本低，所以異步電機的轉速開環的恒壓頻比控制至今仍是應用的最廣泛的一種調速方法。在給定信號X從0增大至最大值的過程中，給定頻率線性的從0增大至的頻率給定線稱為基本頻率給定線。以上的都是單相的PWM調制，用于實際于是就擴充為三相的如圖2—14所示 圖 2—14 三相PWM調制波形3 變頻器V/F控制技術 V/F控制的原理V/f控制就是保證輸出電壓V跟頻率f成正比的控制方式，這樣可以使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生，多用于風機、泵類節能型變頻器。他的特點是在信號波的半周期內，PWM波的脈沖個數不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內前后1/4周期的脈沖也不對稱；當調制波頻率較低時，載波比較大，一周期內脈沖數較多，脈沖不對稱產生的不利影響都較??；當調制不頻率增高時，載波比減小，一周期內的脈沖數減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大。載波比N=載波頻率 fc與調制信號頻率 fr 之比，即 N = fc / fr。 圖 2—122. 采樣原理 三角波兩個正峰值之間，為一個采樣周期Tc，每個脈沖的中點都以相應的三角波中點為對稱，使計算大為簡化，如圖2—13給出的原理圖中所示 圖2—13正弦波信號式中，M 稱為調制度，0 ≤a 1；wr為信號波角頻率。 SPWM脈沖生成原理1. SPWM技術的要點 采用正弦波發生器、三角波發生器和比較器來實現上述的SPWM控制。中心控制單元計算出的脈寬調制波通過驅動電路放大后加在逆變器上，所以驅動電路視逆變器的不同而不同。變頻器的所有控制、狀態判斷都可以通過通信接口來實現，與輸入輸出接口不同的是，通信可以交換更多的信息。中心控制單元包括一個功能完善的計算機或單片機系統和一個專用的SPWM集成電路。2）開關量輸出接口向外部提供變頻器運行、故障等信號。在實際應用中，逆變電路中的開關器件是各種電力電子器件，在中小功率通用變頻器中使用最多的事BJT和IGBT兩種，在大中功率通用變頻器中使用最多的是IGCT、GTO及IGBT 3種。（2）電流型逆變電路 電流型逆變電路在直流側串接有大電感，使直流電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗，相當于電流源。制動電路介于整流器和逆變器之間，接在整流后的直流回路中，圖中的制動單元包括晶體管VB和制動電阻RB。2—9 電壓型變頻器的主電路框圖2）電感濾波：由于經電感濾波后加在逆變器的電流值穩定不變，所以輸出電流基本不受負載的影響，電源外特性類似電流源，因而稱為電流型變頻器。電容串并聯使用時為了使各電容上電壓相等而給電容并聯電阻，電阻阻值為幾十千歐，即所謂“平衡電阻”，如圖2—9所示，平衡電阻的另一個作用是在變頻器斷電后給電容放電提供通道。（1）濾波電路 雖然利用整流電路可以從電網的交流電源得到直流電壓或直流電流，但這種電壓或電流含有頻率為電源頻率6倍的紋波，影響逆變電路。（1）不可控整流電路 不可控整流電路使用的器件為電力二極管，不可控整流電路按輸入交流電源相數不同分為單相整流電路、三相整流電路和多相整流電路。采用單極控制方式時在正弦波的半個周期內每相只有一個開關器件開通或關斷。在PWM波形中，各脈沖量的幅值是相等的，也就是在變頻中整流電路整流及中間電路穩壓后的電壓幅值，在變頻器工作時一直基本保持不變。晶體管VTB和電阻RB組成斬波器，以消耗電動機回饋時的能量，RB一般體積較大，通常安裝在變頻器的外面。操作面板是人機聯系的接口，由按鈕、顯示器、指示燈、連接線等組成。主電路指的是電源由進線端（R、S、T）輸入，經過整流、濾波、逆變，變換成電壓、頻率連續可調的交流電，由出線端（U、V、W）輸出接電動機的電路。變頻器的控制端子一般包括以下幾方面：（1） 模擬輸入（AI）用作速度給定、反饋等功能，每個端子具體參數可以設置（2） 模擬輸出（AO）AO通常用作遠程測量儀表的信號，用以顯示變頻器的輸出電流、頻率、轉速等參數。（2）矢量控制方式，現在大部分變頻器使用這種控制方式。（1）頻率范圍 即變頻器工作時能夠輸出的最高頻率fmax與最低頻率fmin。 變頻器的技術指標 輸入側的額定值主要是電壓、頻率、相數。其目的是更好地發揮變頻器的獨特功能并盡可能的方便用戶。 變頻器的小型化就是向發熱挑戰。PWM技術一直是變頻技術的核心技術之一。1995年ABB公司首先推出的ACS600直接轉矩控制系列，已達到小于2ms的轉矩響應速度，%；在不帶測速機的情況下，即使受到輸入電壓的變化或負載突變的影響，%的速度控制精度。矢量控制的基本點是控制轉子磁鏈，以轉子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉矩和磁場兩個分量，經過坐標變換實現正交或解耦控制。 變頻器的控制方式主要經歷了如下3個階段： 第一階段：早期通用變頻器大多數為變壓變頻VVVF技術（Variabl Voltage Variabl Frequency）（又稱為V/f控制