交流异步电动机变频调速系统标准设计.doc

中南大学工程训练设计汇报设计题目：异步电机变频调速指导老师：黎群辉设 计 人：冯露学 号：专业班级：自动化0906班设计日期：9月交流异步电动机变频调速系统设计摘要多年来,交流电机变频调速及其相关技术研究己成为现代电气传动领域一个关键课题,而且伴随新电力电子器件和微处理器推出和交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会取得巨大进步。本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一个新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制关键，采取IGBT作为主功率器件，同时采取EXB840组成IGBT驱动电路，整流电路采取二极管，可使功率因数靠近1，而且只用一级可控功率步骤，电路结构比较简单。本文在控制上采取恒控制，同时，软件程序使得参数输入和变频器运行方法改变极为方便，新型集成元件采取也使得它开发周期短。另外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了具体介绍，完成了整个系统控制部分软硬件设计。关键字:变频调速，正弦脉宽调制，控制，SA4828波形发生器目录摘 要i1.1 研究目标和意义11.2此次设计方案介绍21.2.1 变频器主电路方案选定21.2.2 系统原理框图及各部分介绍31.2.3 选择电动机原始参数42交流异步电动机变频调速原理及方法52.1 异步电机变频调速原理52.2 变频调速控制方法及选定62.2.1 比恒定控制62.2.2 其它控制方法113变频器主电路设计13 3.1 主电路工作原理13 3.2 主电路各部分设计13 3.3. 采取EXB840IGBT驱动电路154控制回路设计164.1 驱动电路设计164.2 保护电路164.2.1 过、欠压保护电路设计164.2.2 过流保护设计184.3 控制系统实现195变频器软件设计225.1 步骤图225.2 程序设计23总结33参 考 文 献34所谓变频就是利用电力电子器件(如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT)将50Hz市电变换为用户所要求交流电或其它电源。它分为直接变频(又称交-交变频)，即把市电直接变成比它频率低交流电，大量用在大功率交流调速中;间接变频(又称交-直-交变频)，即先将市电整流成直流，再变换为要求频率交流。它又分为谐振变频和方波变频。前者关键用于中频加热，方波变频又分为等幅等宽和SPWM变频。常见方法有正弦波(调制波)和三角波(载波)比较SPWM法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等。 本设计所设计题目属于间接变频调速技术。它关键包含整流部分、逆变部分、控制部分及保护部分等。逆变步骤为三相SPWM逆变方法。 1.1 研究目标和意义在工业发展初级阶段，大家关键使用集中传动。作为动力鼠笼电动机，是不需要调速。它只需要满足多种生产条件对它提出起动和稳速运行要求就能够，调速任务是由皮带和齿轮来完成。伴随生产规模不停扩大，对生产连续性和步骤化要求愈来愈高，发展电机调速技术已经是势在必行了。直流调速系统，因为其良好调速性能，很长时期内在调速领域内占据首位。不过因为直流电动机本身有机械换向器，给直流调速系统造成部分固有、难于处理问题。伴随交流传动电动机调速理论问题突破和调速装置(关键指变频器)性能完善，交流电动机调速系统性能差缺点已经得到了克服，现在，交流调速系统性能已经能够和直流系统相媲美，甚至能够超出直流系统。因为交流调速不停显示其本身优越性和巨大社会效益，使变频器含有越来越旺盛生命力。多种性能优越新型电力半导体器件出现，如既能控制导通又能控制关断门极可关断晶闸管GTO；含有良好功率转换效率和适于在高频大功率情况下工作MOSFET；现有MOS管栅极驱动电压功率小和驱动线路简单，又有双极性功率晶体管导通饱和压降小优点绝缘栅双极性大功率管IGBT；和内部现有大功率开关器件，又有多种驱动电路和过压、过流等保护电路智能型功率模块IPM等器件应用，不仅使交流调速系统控制装置体积小，效率高，而且还更轻易实现多种功效复杂但在结构上简单控制方案，愈加充实和推进了变频器理论深入发展。能完成多种复杂信号和信息处理集成芯片出现，如能产生脉宽调制信号专用集成电路和多种单片机和计算机系统用微处理器和接口芯片大量问世，为高质量控制发明了良好条件。建立在电机统一理论和机电一体化理论基础上多种优异控制方案，经过快速检测电流实现PWM控制变频技术，经过直接控制转矩来快速控制转速转速自调整技术，和含有很强抗干扰能力变结构控制系统等等，全部极大地丰富了电机调速领域内容。总而言之，交流电机调速技术发展，尤其是变频器传动本身固有优势，必将使之应用于社会生产各个领域，以表现出不一样功效，达成不一样目标，收到对应效益。所以，本论文经过对变频器研究，对于交流变频调速系统理论应用，有着实际意义和一定应用价值。1.2 此次设计方案介绍1.2.1 变频器主电路方案选定变频器最早形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。伴随电力半导体器件发展，静止式变频电源成为了变频器关键形式。静止式变频器从变换步骤分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。1.交-交型变频器：它功效是把一个频率交流电直接变换成另一个频率可调电压交流电（转换前后相数相同），又称直接式变频器。因为中间不经过直流步骤，不需换流，故效率很高。所以多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。但这种控制方法决定了最高输出频率只能达成电源频率1/31/2,所以不能高速运行。2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流经过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是现在广泛应用通用变频器。它依据直流部分电流、电压不一样形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流步骤采取大电感器作为储能步骤来缓冲无功功率，即扼制电流改变，使电压波形靠近正弦波，因为该直流步骤内阻较大，故称电流源型变频器。（2）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流步骤储能元件采取大电容器作为储能步骤来缓冲无功功率，直流步骤电压比较平稳，直流步骤内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。因为电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其关键优点是运行几乎不受负载功率因数或换流影响，它关键适适用于中、小容量交流传动系统。和之相比，电流型变频器施加于负载上电流值稳定不变，其特征类似于电流源，它关键应用在大容量电机传动系统和大容量风机、泵类节能调速中。因为交-直-交型变频器是现在广泛应用通用变频器，所以此次设计中选择此种间接变频器，在交-直-交变频器设计中，即使电流型变频器能够填补电压型变频器在再生制动时必需加入附加电阻缺点，并有着无须附加任何设备即能够实现负载四象限运行优点，不过考虑到电压型变频器通用性及其优点，在此次设计中采取电压型变频器。1.2.2 系统原理框图及各部分介绍本文设计交直交变频器由以下几部分组成，图1.1所表示。图1.1 系统原理框图系统各组成部分介绍：供电电源：电源部分因变频器输出功率大小不一样而异，小功率多用单相220V，中大功率采取三相380V电源。因为本设计中采取中等容量电动机，所以采取三相380V电源。整流电路：整流部分将交流电变为脉动直流电，必需加以滤波。在本设计中采取三相不可控整流。它能够使电网功率因数靠近1。滤波电路：因在本设计中采取电压型变频器，所以采取电容滤波，中间电容除了起滤波作用外，还在整流电路和逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要交流电。在设计中采取三相桥逆变，开关器件选择全控型开关管IGBT。电流电压检测：通常在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。控制电路：采取8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路关键功效是接收多种设定信息和指令，依据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作信号。这些信号经过光电隔离后去驱动开关管关断。1.2.3 选择电动机原始参数在这次设计中，采取中等容量电动机，具体数据以下：额定功率Pe=3KW，额定电压Ue=380V; 额定电流Ie=6.1A，转速ne=2880/min; Y接法，fe=50Hz.2交流异步电动机变频调速原理及方法2.1 异步电机变频调速原理交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛电动机类型。依据统计，中国异步电动机使用容量约占拖动总容量八成以上，所以了解异步电动机调速原理十分关键。交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛电动机类型。依据统计，中国异步电动机使用容量约占拖动总容量八成以上，所以了解异步电动机调速原理十分关键。交流调速是经过改变电定子绕组供电频率来达成调速目标，但定子绕组上接入三相交流电时，定子和转子之间空气隙内产生一个旋转磁场，它和转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流和旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同时转速，用表示： （2-7）式中：为三相交流电源频率，通常是50Hz；为磁极对数。当=1是，=3000rmin；=2时，=1500rmin。由上式可知磁极对数越多，转速就越慢，转子实际转速比磁场同时转速要慢一点，所以称为异步电动机，这个差异用转差率表示： （2-8）在加上电源转子还未转动瞬间，=0，这时=1；开启后极端情况=，则=0，即在01之间改变，通常异步电动机在额定负载下 =1%6%。综合（2-7）和（2-8）式能够得出： （2-9）由式（2-9）能够看出，对于成品电机，其极对数已经确定，转差率改变不大，则电机转速和电源频率成正比，所以改变输入电源频率就能够改变电机同时转速，进而达成异步电机调速目标。2.2 变频调速控制方法及选定2.2.1 比恒定控制比恒定控制是异步电动机变频调速中最基础控制方法。它是在改变变频器输出电压频率同时改变输出电压幅值，以维护电机磁通基础恒定，从而在较宽调速范围内，使电动机效率、功率因数不下降。控制是现在通用变频器中广泛采取控制方法。三相交流异步电动机在工作过程中铁心磁通靠近饱和状态，从而使铁心材料得到充足利用。在变频调速过程中，当电动机电源频率发生改变时，电动机阻抗将随之改变，从而引发励磁电流改变，使电动机出现励磁不足或励磁过强。在励磁不足时电动机输出转矩将降低，而励磁过强时又会使铁心中磁通处于饱和状态，是电动机中流过很大励磁电流，增加电动机功率损耗，降低电动机效率和功率因数。所以在改变频率进行调速时，必需采取方法保持磁通恒定为额定值。由电机理论知道，电机定子感应电势有效值是： 则 即 （2-10）另外，电机电磁转矩为: （2-11）其中 和电动机相关常数；Cos转子每相电路功率因数；转子电压和电流相位差；电机电磁转矩。由式(2-10)推断，若不变，当定子电源频率增加，将引发气隙磁通减小；而由式(2-11)可知，减小又引发电动机电磁转矩减小，这就出现了频率增加，而负载能力下降情况。在不变时，而定子电源频率减小，又将引发增加,增加将造成磁路饱和，励磁电流升高，从而造成电动机发烧，严重时会因绕组过热而损坏电动机。由以上情况可知:变频调速时，必需使气隙磁通不变。所以，在调整频率同时，必需对定子电压进行协调控制，但控制方法随运行频率在基频以下和基频以上而不一样。1.基频以下调速由式(2-10)可知，要保持不变，当频率从额定值向下调整时，必需同时降低,使=常值只要保持为常数，就能够达成维持磁通恒定目标。所以这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方法。依据电机端电压和感应电势关系式： (2-12) 式中: -定子相电压； -定子电阻； -定子阻抗； -定子电流。当电机在额定运行情况下，电机定子电阻和漏阻抗压降较小，和能够看成近似相等，所以保持=常数即可。因为比恒定调速是从基频向下调速，所以当频率较低时，和 全部变小，定子漏阻抗压降(关键是定子电阻压降)不能再忽略。这种情况下，能够人为地合适提升定子电压以赔偿电阻压降影响，使气隙磁通基础保持不变。变频后机械特征图2.4所表示。图2.1 电动机低于额定转速方向调速时机械特征从图2.4中能够看出，当电动机向低于额定转速方向调速时,曲线近似平行地下降，减速后电动机仍然保持原来较硬机械特征；不过临界转矩却伴随电动机转速下降而逐步减小，这就是造成了电动机负载能力下降。临界转矩下降原因能够以下解释：为了使电动机定子磁通量保持恒定，调速时就要求感应电动势和电源频率比值不变，为了使控制轻易实现，采取电源电压来近似替换，这是以忽略定子阻抗压降作为代价，当然存在一定误差。显然，被忽略定子阻抗压降在电压中所占百分比大小决定了它影响。当数值相对较高时，定子阻抗压降在电压中所占百分比相对较小，所产生误差较少；当数值较低时，定子阻抗压降在电压中所占百分比下降，而定子阻抗压降并不按同百分比下井，使得定子阻抗压降在电压中百分比增大，已经不能再满足。此时假如仍以替换，将带来很大误差。因为定子阻抗压降所占百分比增大，使得实际上产生感应电动势减小，比值减小，造成磁通量减小，所以造成电动机临界转矩下降。变频后机械特征降低将是电动机带负载能力减弱，影响交流电动机变频调速使用。一个简单处理方法就是所表示转矩赔偿法。转矩赔偿法原理是：针对频率降低时，电源电压成百分比地降低引发下降过低，采取合适提升电压方法来保持磁通量恒定，使电动机转矩回升，所以，有些变频器说明书又称它为转矩提升（Torque Boost）。带定子压降赔偿压频比控制特征示于图2.5中b线，无赔偿控制特征则为a线。定子降压赔偿只能赔偿于额定转速方向调速时机械特征，而对向高于额定转速方向调速时机械特征不能赔偿。图2.2 压频比控制特征曲线赔偿后机械特征曲线图2.6所表示。图2.3赔偿后机械特征曲线2.在基频以上调速 在基频以上调速时，频率能够从额定频率向上增高，不过电压却不能超出额定电压，由式（2-10）可知，这将迫使磁通和频率成反百分比降低。这种调速方法下，转子升高时转矩降低，属于恒功率调速方法。变频后机械特征图2.7所表示。图2.4 电动机高于额定转速方向调速时机械特征当电动机向高于额定转速方向调速时，曲线不仅临界转矩下降，而且曲线工作段斜率开始增大，使得机械特征变软。造成这种现象原因是：当频率升高时，电源电压不可能对应升高。这是因为电动机绕组绝缘强度限制了电源电压不能超出电动机额定电压，所以，磁通量将伴随频率升高反百分比下降。磁通量下将使电动机转矩下降，造成电动机机械特征变软。以上调速方法对应特征曲线图2.8所表示。图2.5整个频率调速特征曲线注：图中曲线1在低频时没有定子降压赔偿压频曲线和主磁通曲线 图中曲线2在低频时有定子降压赔偿压频曲线和主磁通曲线比恒定控制存在关键问题是低速性能差。其原因首先是低速时定子电压和电势近似相等条件已不能满足，所以仍按比恒定控制就不能保持电机磁通恒定，而电机磁通减小势必会造成电机电磁转矩减小。其次原因是低速时逆变器桥臂上、下开关元件导通时间相对较短，电压下降，而且它们互锁时间也造成了电压降低，从而引发转矩脉动，在一定条件下这将会引发转速、电流振荡，严重时会造成变频器不能运行。2.2.2 其它控制方法 1.转差频率控制变频调速转差率控制方法是控制一个改善，这种控制需要由安装在电动机上速度传感器检测出电动机转速，组成速度闭环，速度调整器输出时转差率，而变频器输出频率则有电动机实际转速和所需转差频率之和决定。它是处理控制静态性能较差一个有效方法。即使这种方法能够提升调速精度，不过它需要使用速度传感器来求取转差角频率，还要针对具体电机机械特征调整控制参数，所以此方法通用性较差。2.矢量控制变频调速矢量控制变频调速做法是：将异步电动机在三相坐标系下定子交流电流、经过三相两相变换，等效成两相静止坐标系下交流电流、，再经过按转子磁场定向旋转变换，等效成同时旋转坐标系下直流电流、（相当于直流电动机励磁电流；相当于和转矩成百分比电枢电流），然后仿效直流电动机控制方法，求得直流电动机控制量，经过对应坐标反变换，实现对异步电动机控制。在高性能异步电机控制系统中多采取交叉闭环控制矢量控制。采取矢量控制方法目标，关键是为了提升变频调速动态性能。即使这一理论提出是交流传动理论上一个飞跃，不过因为它既要确定转子磁链，又要进行坐标变换，还要考虑转子参数变动带来影响，所以系统很复杂。矢量控制变频器通常应用于轧钢、造纸设备等对动态性能要求较高场所。3.直接转矩控制变频调速1985年，德国鲁尔大学DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上处理了上述矢量控制不足，并以新奇控制思想、简练明了系统结构、优良动静态性能得到了快速发展。现在，该技术已成功应用在电力机车牵引大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机数学模型，控制电动机磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，所以省去了矢量旋转变换中很多复杂计算；它不需要模拟直流电动机控制，也不需要为解耦而简化交流电动机数学模型。日前市场销售通用变频器控制多半为比恒定控制，它应用比较广泛，尤其是在风机，泵及土木机械等方面应用较多，比恒定控制突出优点是能够进行电机开环速度控制。从以上分析可看出，控制常见于速度精度要求不十分严格或负载变动较小场所。因为控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载能够是通用标准异步电机，所以这种控制方法通用性强、经济性好，是现在通用变频器产品中使用较多一个控制方法。由此，在本设计中采取控制。3变频器主电路设计3.1 主电路工作原理变频调速实际上是向交流异步电动机提供一个频率可控电源。能实现这个功效装置称为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采取交-直-交方法，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电转变为频率可调交流电（逆变）。在本设计中采取图3.1主电路，这也是变频器常见格式4。图3.1 电压型交直交变频调速主电路3.2 主电路各部分设计1.交直电路设计选择整流管组成三相整流桥，对三相交流电进行全波整流。整流后电压为=1.35=1.35380V=513V。滤波电容滤除整流后电压波纹，并在负载改变时保持电压平稳。当变频器通电时，滤波电容充电电流很大，过大冲击电流可能会损坏三相整流桥中二极管，为了保护二极管，在电路中串入限流电阻，从而使电容充电电流限制在许可范围内。当充电到一定程度，使闭合，将限流电阻短路。在很多下新型变频器中，已经有晶闸管替换。电源指示灯HL除了指示电源通电外，还作为滤波电容放电通路和指示。因为滤波电容容量较大，放电时间比较长（数分钟），几百伏电压会威胁人员安全。所以维修时，要等指示灯熄灭后进行。为制动电阻，在变频器交流调速中，电动机减速是经过降低变频器输出频率而实现，在电动机减速过程中，当变频器输出频率下降过快时，电动机将处于发电制动状态，拖动系统动能要回馈到直流电路中，使直流电路电压（称泵升电压）不停上升，造成变频器本省过电压保护动作，切断变频器输出。为了避免出现这一现象，必需将再生到直流电路能量消耗掉，和作用就是消耗掉这部分能量。图3.1所表示，当直流中间电路上电压上升到一定值，制动三极管导通，将回馈到直流电路能量消耗在制动电阻上。2.直交电路设计选择逆变开关管组成三相逆变桥，将直流电逆变成频率可调交流电，逆变管在这里选择IGBT。续流二极管作用是：当逆变开关管由导通变为截止时，即使电压忽然变为零，不过因为电动机线圈电感作用，储存在线圈中电能开始释放，续流二极管提供通道，维持电流在线圈中流动。另外，当电动机制动时，续流二极管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。电阻，电容，二极管组成缓冲电路，来保护逆变管。因为开关管在开通和关断时，要受集电极电流和集电极和发射极间电压冲击，所以要经过缓冲电路进行缓解。当逆变管关断时，快速上升，快速降低，过高增加电压对逆变管造成危害，所以经过在逆变管两端并联电容（）来减小电压增加率。当逆变管开通时，快速下降，快速升高，并联在逆变管两端电容因为电压降低，将经过逆变管放电，这将加速电流增加率，造成IGBT损坏。所以增加电阻，限制电容放电电流。可是当逆变管关断时，该电阻又会阻止电容充电，为了处理这个矛盾，在电阻两端并联二极管（），使电容充电时避开电阻，经过二极管充电。放电时，经过电阻放电，实现缓冲功效。这种缓冲电路缺点是增加了损耗，所以适适用于中小功率变频器。所以次设计所选择电动机为中容量型，在此选择此种缓冲电路。3.3 采取EXB840IGBT驱动电路采取EXB840集成电路驱动IGBT经典应用电路图3.5所表示8。其中ERA34-10是快速恢复二极管。IGBT栅极驱动连线应该用双绞线,长度应该小于1m,以预防干扰,假如IGBT集电极产生大电压脉冲,可增加IGBT栅极电阻。图3.2 EXB840组成驱动电路4 控制回路设计控制回路是为变频器主电路提供通断信号电路，其关键任务是完成对逆变器开关元件开关控制。控制方法有模拟控制和数字控制两种，本设计中采取是以微处理器为关键全数字控制，优点是它采取简单硬件电路，关键依靠软件来完成多种控制功效，以充足发挥微处理器计算能力和软件控制灵活性高特点来完成很多模拟量难以实现功效。设计控制电路以下：4.1 驱动电路设计驱动电路作用是逆变器中逆变电路换流器件提供驱动信号。主电路逆变电路设计中采取电力电子器件是IGBT，故称为门极驱动电路。以下将介绍SPWM技术工作原理和设计中所选择能产生SPWM波芯片SA4828基础结构和工作原理。4.2 保护电路保护电路关键功效是对检测电路得到多种信号进行运算处理，以判定变频器本身或系统是否出现异常。当检测到异常时，进行多种必需处理12。4.2.1 过、欠压保护电路设计过压、欠压保护是针对电源异常、主回路电压超出或低于一定数值时考虑。通用变频器输入电源电压许可波动范围通常是额定输入电压士10%。通常情况下，主回路直流步骤电压和输入电压保持固定关系。当输入电源电压过高，将使直流侧电压过高。过高直流电压对IGBT安全组成威胁，很可能超出IGBT最大耐压值而将其击穿，造成永久性损坏。当输入电压过低时，虽不会对主回路元件组成直接威胁，但太低输入电压很可能使控制回路工作不正常，而使系统紊乱，造成SA4828输犯错误触发脉冲，造成主回路直通短路而烧坏IGBT。而且较低输入电压也使系统抗干扰能力下降。所以有必需对系统电压进行保护。图 4.5为本文介绍变频器过压保护电路。图4.1 过电压保护电路它直接对直流侧电压进行检测。其中电压信号取样是经过电阻和分压得到，电容起滤波抗干扰作用，预防电路误动作。过压设定值从电位器上取出。运放接成比较器形式。当取样电压高于设定值时(异常情况下)，比较器输出高电平，光耦器件导通，输出低电平保护信号。其中电阻是正反馈电阻，它接入使正反馈有一定回差，预防取样信号在给定点周围波动时比较器抖动，这里将过压保护动作值整定为额定输入电压110%。 欠压产生原因有两种：一是输入交流电压长时间低于标准要求数值。另一个是瞬时停电或瞬时电压降低。欠电压造成逆变器开关器件驱动功率不足而烧坏开关器件。通常欠压信号从直流端取样，这么既能在欠电压，过电压时检测出信号进行保护，又不会因为短时间因为在欠电压，过电压并未组成危险时而保护误动作。欠压保护电路原理和过压保护电路类似。其电压取样和过压取样相同，欠压设定值由上取出。运放接成比较器形式。当取样电压高于设定值时(正常情况下)，比较器输出高电平，光耦器件不导通，输出高电平。当取样电压低于设定值时(欠压情况下)，比较器输出低电平，光耦器件导通，输出低电平保护信号。其电路下图所表示。动作值整定为输入电压85%。图4.2欠压保护电路本系统故障自诊疗是指在系统运行前，变频器本身能够对过载、过压、欠压保护电路进行诊疗，检测其保护电路是否正常。所以故障自诊疗功效就是由单片机控制发出多种等效故障信号，检测对应保护电路是否动作，若动作则说明保护电路正常，反之说明保护电路本身有故障，应停机对保护电路进行检验，直到显示器显示正常为止。故障自诊疗电路工作过程以下：单片机控制HSO.2口发出一高电平，经非门整形后输出低电平，光耦器件导通，有电流流过三极管基极，三极管导通输出低电平，输出低电平自诊疗信号分别送至过压、欠压保护电路。因SA4828SET TRIP端为高电平有效,所以应加上一个反相器,使其反相后输出高电平。以下过流信号也是如此.故障自诊疗电路图4.7所表示13：图4.3 故障自诊疗电路4.2.2 过流保护设计变频器在诸如直流短路、桥臂短路、输出短路、对地短路等情况下，电流改变很快速，元件将承受极大电压和电流，而IGBT器件内部结构决定了它在足够大电流下会出现锁定现象，造成管子失控无法关断，以至烧坏，所以过流之前必需使IGBT关断以切断电流，即使在IGBT驱动模块EXB840中已经有过流保护，但考虑到过大时IGBT还未来得及关断已经发生锁定现象可能性，必需采取辅助断流方法。这里采取瑞士LEM 企业生产霍尔效应磁场赔偿式电流传感器来进行电流检测。在此传感器输出端串电阻R，则R上压降反应了被测电流。过流发生时，R上压降大于过流保护动作整定值，比较器LEM324输出低电平去封锁IGBT驱动电路输入信号，即可使桥臂上全部IGBT处于截止状态实现过流保护功效。过流保护电路示意图如4.8图所表示：图4.4 过流保护电路4.3 控制系统实现单片机在整个控制系统中起着关键作用，从电流电压检测到参数计算、存放和传送，再到人机接口实现，全部是单片机在其中穿针引线，控制、协调各部分工作。它性能好坏及工作正常是否对整个控制系统有着关键影响。在本设计中选择单片机课程学习到Intel企业8051单片机。8051是高性能单片机，因受到引脚数目标限制，它属于地址和数据复用单片机，能够和SA4828直接接口。其内部有4KBROM，以下是它引脚图14。图4.5 8051引脚图因8051已经比较常见和熟悉，这里不再具体介绍。图4.10是单片机系统图15。 模拟量频率给定经过ADC0809模数转换器读入8051，转化为SA4828控制字，以控制触发信号波形。ADC0809是一个8路模拟输入8位逐次迫近型A/D转换器件，电位器输出接其输入IN0（当51单片机没有当5l单片机没有外扩RAM和I/O口时，ADC0809就能够在概念上作为一个特殊唯一外扩RAM单元。因为它是唯一，就没有地址编号，也就不需要任何地址线或地址译码线。只要单片机往外部RAM写入，就是写到ADC0809地址寄存器中。只要单片机从外部RAM读取数据，就是读取ADC0809转换结果。）EOC转换结束信号经一非门接8031外部中止1（P3.3）。8051经过地址线P2.0和读写信号来控制转换器模拟量输入通道地址锁存，开启许可输出。图4.6 单片机系统图因8051复用总线结构，SA4828MUX引脚应该接高电平或悬空不接。8051P0口和SA4828AD口连接，提供8位数据和低8位地址，SA4828芯片中地址锁存器能够锁存来自8051低八位地址，从而将AD口输入地址和数据分开，SA4828地址锁存器由8051ALE引脚控制，同时连接控制信号还有读，写信号,.SA4828片选信号用8051P2.7引脚来控制，这么SA48288个寄存器地址为：寄存器R0R5地址：0000H0005H。虚拟寄存器R14,R15地址：000EH，000FHSA4828STTRIP引脚接8051P1.0，使单片机能在异常情况下封锁SA4828输出，ZPPR引脚接8051P3.2（ ）,测量调试波频率，用于显示。因8051复位端为高电平有效，而SA4828为低电平有效，所以在二者中间需要加上反相器。SA4828引脚接一个发光二极管，当SA4828输出被封锁时，发光二极管亮，用于指示封锁状态。SA4828六个输出引脚分别经过各自驱动电路来驱动逆变桥六只开关管。5 变频器软件设计5.1 步骤图软件设计步骤图图5.1。图5.1 程序设计步骤图5.2 程序设计由可算出调制波频率范围为050Hz，时钟频率为12MHz，设计载波频率为5kHz，实际脉冲删除时间为12s，死区延迟时间为6s，系统采取高效波形，不使用看门狗功效。我们采取Intel企业8051单片机，对SA4828进行设置，进而实现对三相交流电动机进行调速控制19。将程序分成三部分，分别介绍以下（1）初始化程序设计：依据上面介绍公式，计算出SA4828各个初始化参数字。为了显示调试波频率，必需测量ZPPR引脚输出脉冲周期，其周期倒数就是调制波频率。测量ZPPR输出脉冲周期方法是：利用ZPPR输出脉冲下降沿触发中止，这时计算两个ZPPR输出脉冲下降沿时间间隔。时间间隔可用定时器T0求得（初始值为00H）。不过因为调制波频率较低，周期比较长。可能会出现周期大于16位T0所能定时最长时间。所以，还要利用定时器T0溢出中止。在T0每次中止时，给一个指示器加1，加1结果存入RAM某个单元中，所以，本程序要用两个中止，程序以下：ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP WZDORG 000BHLJMP JA1START ： SETB IT0 ；脉冲下降沿触发外中止MOV TMOD,#10H ；T0工作在定时。方法1SETB EX0 ；开外中止SETB ET0 ；开定时中止SETB EA ；开总控制中止 下面计算SA4828初始化参数字。 载波频率设定字由式（5-1）可得： 取=4，所以=3。载波频率设定字为001。反算载波频率为： 调制波频率范围设定字由式（5-2）可得：取，所以m=2。调制波频率范围设定字为010。反算调制波频率范围为：=所以寄存器R0值应为010XXO11B，即43H。最小删除脉宽设定字最小删除脉宽等于实际最小删除脉宽加上延迟时间，所。由式（5-3）得：=127-512所以最小删除脉冲设定字为49H，R1寄存器值为49H。脉冲延迟时间设定字由式（5-4）得：所以，脉冲延迟时间设定字为2DH，即寄存器R2中值是2DH。波形选择字和AC设定选择高效波形，选择字是10；红相控制幅值，AC=0。所以，寄存器R3中值为02H。看门狗设定不用看门狗，所以寄存器R4,R5值均为00H。SA4828初始化子程序：MOV A，#43H ；R0=43H MOV DPTR ，#0000H ；指向R0地址MOVX DPTR，A ；43H装入R0INC DPTR ；指向R1地址MOV A，#49HMOVX DPTR，A ；49H装入R1INC DPTR ；指向R2地址MOV A，#2DH MOVX DPTR，A ；2DH装入R2INC DPTR ；指向R2地址MOV A，#02HMOVX DPTR，A ；02H装入R3INC DPTR ；指向R4地址MOV A，#00HMOVX DPTR，A ；00H装入R4INC DPTR ；指向R5地址MOVX DPTR，A ；00H装入R5MOV DPTR，#000EH ；指向R14地址MOVX DPTR，A ；将六个寄存器值写入 ；SA4828初始化寄存器（2）调速子程序计算：假定用户由键盘输入电动机转速，经过键处理程序进行转换，变成调制波频率值，并将它存入内部RAM30H；经过查U/F曲线表，能够得到和调制波频率比相对应调压比，并将它存入31H中；其它控制参数如：正反转，输出锁存，看门狗，相计数器复位，软复位，这些变量存入位操作区20H，方便经过位操作来改变它们值。调制波频率字计算可由（5-6）式得：=1074 式中和点位相同，所以，是无因次量。1074 能够看成一个双字节无符号数于一个单字节无符号数相乘，其积是一个双字节无符号数。调制波幅值控制字计算可由（5-7）式得： =这是2个单字节数相乘，再除以一个单字节数，其结果是一个单字节数。调速子程序就是要计算出和字，并将它送入SA4828控制寄存器。SPEED： MOV R2，#04H ；做乘法准备，求字 MOV R3，#32H ；将1074（0432H）作为被乘数MOV R6，#00H MOV R7，#30H