基于AT89C51單片機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

1.概述

　　在電氣傳動領(lǐng)域中，隨著自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術(shù)（簡稱PWM技術(shù)）也日趨成熟。PMW交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、輸出波形好、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在井下風(fēng)機(jī)、水泵、造紙機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。將單片機(jī)應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，可有效地避免傳統(tǒng)調(diào)速方案中的一些缺點，達(dá)到了提高控制精度的目的[1]，其特點：

　?。?）采用單片機(jī)可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件實現(xiàn)，簡化了電路。

　?。?）單片機(jī)具有更強(qiáng)的邏輯功能，運算速度快，精度高，有大容量的存儲單元，可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。

　　（3）無零點漂移，控制精度高。

　　（4）可以提供人機(jī)界面，多機(jī)連網(wǎng)工作。

　　根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)變頻調(diào)速的最新研究成果及研究動向，參閱大量的文獻(xiàn)、資料，本著先進(jìn)性與成熟性兼顧、標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性、連續(xù)性、及時性的系統(tǒng)設(shè)計原則，設(shè)計了如圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2整流電路

　　整個電路分為三大部分：主回路、驅(qū)動電路以及用單片機(jī)控制PWM產(chǎn)生器的控制電路，另外還有過流檢測和保護(hù)電路，這樣使得系統(tǒng)工作更穩(wěn)定、可靠。

2.系統(tǒng)主回路設(shè)計

　　2.1整流濾波電路的設(shè)計

　　為了給逆變器提供一個穩(wěn)定的直流電壓，需要將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流。通常整流電路可分為可控整流和不可控整流?？煽卣骺梢允瓜到y(tǒng)的功率因數(shù)接近l，并且具有較小的紋波，頻率高，可降低較小幅值的濾波電容。但是采用可控整流電路會使得系統(tǒng)成本上升，并且控制電路復(fù)雜。

　　目前比較經(jīng)濟(jì)可靠的方案，一般都是采用二極管整流，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變輸出電壓無關(guān)而接近于1。在本系統(tǒng)中，我們采用了三相二極管不可控整流，如圖2所示，采用它無需控制電路驅(qū)動，電路簡單、可靠，成本低，缺點就是紋波較大，需采用較大幅值的濾波電容。

　　2.2三相逆變電路的設(shè)計

　　三相交流負(fù)載需要三相逆變器，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路[2]。采用IGBT作為可控元件的電壓型三相逆變電路如圖3所示，可以看出電路由三個半橋組成。

圖3三相逆變電路

圖4IR2110驅(qū)動半橋電路

　　電壓型三相逆變橋的基本工作方式與單相逆變橋相同，是導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相（同一半橋）上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的時間依次相差。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€臂，下面兩個臂，也可能是上面兩個臂下面一個臂同時導(dǎo)通。因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此，也被稱為縱向換流。用T記為周期，只要注意三相之間互隔T/3（T是周期）就可以了，即B相比A相滯后T/3，C相又比B相滯后T/3。