196MC变频调速毕业设计方案.doc

SPWM变频调速系统自动化05级1班 任会敏 指引教师：陶慧摘要：变频调速是交流调速中发展方向。变频调速也有各种办法，本文对当前研究领域相称活跃正弦波脉宽调制技术(SPWM)变频调速作了一定研究，并进行了实践。异步电动机调速原理是研究控制算法基石，因文一方面简介了异步电动机调速特性，从而展开简介SPWM变频调速理论基本.涉及变频调速控制思想由来，控制办法可行性。变频调速控制算法也有许多，本文对当前大某些通用变频器所采用控制算法恒压频比控制，给出了完整硬件电路设计和软件程序流程设计。本文采用了Intel8OC196MC十六位单片机作为控制电路CPU，采用该单片机控制系统是本设计硬件核心某些。因而本文先简朴简介此单片机与该设计有关特性，继而简介本系统硬件设计和软件设计。核心词:变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制:8OC196MC单片机。Abstract：Variable- speed drive system is the direction of AC Variable-speedd rive system.There are many modes for frequency-varied speed -regulated. In this paper，theauthor studied and analyzed one of the control way which is very searched by many people,and it is a constant volts/hertz ratio control technologyThe mathematical model of AC induction motor is the base of controlAlgorithmic for studying.This paper introduce the AC induction motorfirstly,then introduce the theoretical base of SPWM variable-speed drive. The theoretical base gives its idea and feasibility. In this design,the single chip micorcomputer-80C196MC is used.This microcomputer is very suitable for motors controlling.The Control circuit including80C196MC is the core of this system.There are hardware and software Designs in this paper.and the software design is the emphasis.一 绪论31.1研究现状31.1.1引言31.1.2变频调速发展条件41.1.3变频器发展方向51.2论文研究目和意义61.3本文重要内容和构造安排6二 恒压频比控制SPWM变频系统分析72.1变频调速基本原理72.2变频调速控制方式分析72.3 SPWM逆变技术92.3.1静止式SPWM间接变压变频装置92.3.2 SPWM调制变频技术102.3.4双极性SPWM法122.4.SPWM控制信号产生办法15三 变频调速系统硬件实现173.1变频调系统整体硬件电路设计173.2主电路设计183.2.1主电路硬件构造183.2.2三相电压型逆变电路193.3控制路设计213.3.1控制器选取213.3.2存储器扩展电路243.3.3 80C196MC单片机波形发生器243.3.4.1键盘显示电路283.3.5控制反馈检测电路303.4驱动和保护电路设计323.4.1 驱动芯片IR2110简介323.4.2保护电路设计343.4.2.1过电压保护343.4.2.2电流检测电路35四 主程序设计36五 总结38参照文献39道谢40附录41 一 绪论本章作为引言，重要简介了变频调速控制技术发展和现状，SPWM变频技术应用以及该课题研究意义与价值，最后简要归纳了本课题研究任务并对文章安排做了简要简介。1.1研究现状1.1.1引言通过大概30近年发展，交流调速电气传动已经上升为电气调速传动主流。在电气调速领域内，可以相信在不久将来交流调速将会完全取代直流调速传动。当前规定性能较高中、小容量交流调速传动，重要使用电子式电力变换器对交流电动机进行变频调速。除变频以外另某些简朴调速方案，如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，它们只有在特定场合有一定应用。由于电力电子学和微电子技术发展，使变频调速技术近年来获得了飞速发展，各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术以及MCU微解决器和以大规模集成电路为基本全数字化控制技术等均在变频调速中获得了成功应用。SPWM正弦脉宽调制法这项技术特点是原理简朴，通用性强，具备开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只具有固定频率高次谐波分量，设计简朴等一系列长处，是一种比较好波形改进法。它浮现为中小型逆变器发展起了重要推动作用。SPWM技术成为当前应用最为广泛逆变用PWM技术。依照生成SPWM波形实现方式可以分为模仿控制和数字控制两种形式。老式模仿控制在逆变器中应用广泛，技术成熟，控制性能优良，但模仿控制也存在某些缺陷：元件众多，设计周期长，调试复杂，不易管理维护等。随着数字信号解决技术蓬勃发展，数字控制技术已经成功地应用到电力电子与电力传动控制领域中来，逆变器数字控制逐渐成为研究热点。1.1.2变频调速发展条件a. 电力电子器件发展是变频调速发展必要条件在变频调速中重要有交一交变频和交始终一交变频，当前应用最为广泛是交始终一交变频，它基本电路是:先将电源三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥把直流电逆变成频率任意可调三相交流电。实现逆变逆变桥就是变频主电路核心部件，它由六个开关器件构成，逆变过程是这六个开关器件按一定规律不断导通和截止，这也就是实现变频过程。 自从1957年第一支晶闸管(SCR)创造，通过几十年发展，力电子学，获得了惊人进步，70年代浮现了大功率晶体管(GTR),90 年代浮现了大功率场效应晶体管(IGBT)，它们在各个领域得到了广泛应用。逆变桥由使用半控型器件发展为使用全控型器件。b. 变频调速控制方式发展增进了变频技术应用与推广 本世纪70年代后来，电气传动各有关领域学科相继获得了巨大突破，交流调速控制方式发展因之突飞猛进，采用交流调速场合正愈来愈多。 最初变频调速是采用恒压频比控制方式，它依照异步电机简化等效电路拟定电压V和频率F比值进行变频调速，电压是指基波有效值.日后增长了电流环，称它为转差频率控制，改进了性能并且己经实用化。但是系统只是从稳态公式推导出平均值控制，完全不考虑过渡过程，因而系统稳定性、启动及低速时转矩动态响应存在难以克服局限性。为了提高低频时电动机产生转矩局限性，普通采用提高电压以及随负载变化补偿定子绕组电压降办法，用以增长变频调速调速范畴。c.数字化技术应用使变频器实用化成为也许 但是全数字化控制技术在交流调速应用中性能提高是个事实，上面所说8XC196MC系列单片机就可以使用，但是性能不同，在设计系统时往往要考虑性价比，进行折中选取。 全数字控制重要长处是:1、 控制精度高，数字计算机精度和字长关于，变频器中使用8位、16位甚至32位微解决器，控制精度不断提高;2.稳定性好，由于控制信息是数字量，不会随着时间漂移，与模仿控制不同是它没有温漂，不受环境影响;3、可靠性高，微解决器采用大规模集成电路，系统中硬件电路数量大为减少，因而故障率低;4、灵活性好，系统中硬件向原则化和集成化方向发展，可以在尽量少硬件支持下，由软件去完毕复杂控制功能。恰当修改软件，就可以变化系统功能或提高系统性能;5、存储能力强，存储容量大，存储时间几乎不受限制，这是模仿系统不能比拟，运用这一特点可在存储器中存储大量数据或表格，运用查表法简化计算，提高运算速度;6、逻辑运算能力强，容易实现自诊断、故障记录、故障寻找等功能，使变频装置可靠性、可实用性、可维修性大大提高。d. PWM技术应用也加快了变频技术发展 通过调节脉冲宽度和脉冲占空比来调节平均电压办法，称为脉宽调制技术(PWM)，如果脉冲宽度和占空比大小按正弦规律变化，便是正弦脉宽调制技术，简称为SPWM技术。PWM技术是随着着电力电子器件发展而发展起来，当前己趋于成熟。PWM技术适应于诸多技术领域，如直流斩波、谐波吸取、无功补偿和变频装置等。 PWM技术用于变频器控制，可以改进变频器输出波形，减少谐波并减小转矩脉动。同步也简化了变频器构造，加快了调节速度，提高了系统动态响应。1.1.3变频器发展方向变频器 ( 重要指通用变频器)从80年代到当前己经开始商品化，应用领域也在不断扩大，重要有如下几种方面:( 1 ) 变频器容量不断扩大。变频器容量重要和它开关器件容量有直接影响，70年代中期，功率晶体管开始开发，到80年代采用功率晶体管SPWM变频器投产，随着元件容量提高，变频器容量不断提高，当前变频器容量已经达到600KVA,400KVA如下己经系列化。( 2 ) 变频器构造小型化。变频器主电路中功率电路模块化、控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字化技术等一系列办法增进了变频电源小型化。( 3 ) 变频器多功能化和高性能化。电力电子器件和控制技术不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展，特别是微解决器应用，以其精练硬件构造和丰富软件功能，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠保证。日益丰富软件功能使通用变频器适应性不断加强，1.2论文研究目和意义 在电力拖动领域，解决好电动机无级调速问题有着十分重要意义，电机调速性能提高可以大大提高工农业生产设备加工精度、工艺水平以及工作效率，从而提高产品质量和数量;对于风机、水泵负载，如果采用调速办法变化其流量，节电效率可达20%-60%。 众所周知，直流调速系统具备较为优良静、动态性能指标。在很长一种历史时期内，调速传动领域基本上被直流电机调速所垄断，这是和实际中交流电机广泛使用是一对存在矛盾，许多应用交流电机设备为了达到调节被控对象目，只能采用物理办法，例如采用风门，阀门控制流量等，这样挥霍能源问题就很突出，费用就大。并且在采用直流调速方面由于直流电机固有缺陷换相器和电刷存在，使得维修工作量大，事故率高，电机大容量使用受到限制，在易燃易爆场合无法使用，因而开发交流调速势在必行。1.3本文重要内容和构造安排本文重要内容是:对变频调速系统控制电路设计，控制器CPU采用Intel80C196MC单片机，对变频控制算法进行分析与设计，采用恒压频比控制， 论文重要构造安排为:1、绪论，重要简介交流调速系统发展，变频技术发展条件，变频器控制系统实现方式，变频器发展方向等:2、 正弦脉宽调制技术(SPWM)原理与控制实现，恒压频比控制，重要简介恒压频比控制算法理论基本和实现方案，重要简介SPWM控制原理、实现办法。3、 变频调速系统硬件实现，涉及变频调速系统控制电路CPU一Intel8OC196MC简朴简介，主电路设计法，控制电路硬件实现，软件设计 。5、结论问题与解决以及办本系统需要进一步完善设想。二 恒压频比控制SPWM变频系统分析本章是整个课题研究技术理论基本。重要分析了变频调速基本知识，逆变基本原理以及SPWM正弦脉宽调制波形发生原理等有关理论。2.1变频调速基本原理异步电动机同步转速，即旋转磁场转速为 (2 -1 )其中为同步转速(r/min)为 定 子 频率，也就是电源频率(Hz);为 磁 极 对数。异步电机轴转速为 ( 2 -2 )其中s为异步电机转差率，由上面公式可以看出，变化电源供电频率可以变化电机转速。在对异步电机调速时，但愿电机主磁通保持额定值不变。任何电动机电磁转矩都是磁通和电流互相作用成果，主磁通小了，铁心运用不充分，同样转子电流下，电磁转矩小，电动机负载能力下降;主磁通大了，会使电动机磁路饱和，并导致励磁电流畸变，励磁电流过大，严重时会使绕组过热损坏电机。主磁通是由励磁电流产生，两者之间关系是由磁化特性决定。由电机理论懂得，三相异步电机定子每相电动势有效值为 .其中E1为气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值(V)，为定子频率(Hz),为定子每相绕组匝数，为极磁通里(Wb)。由上式可见主磁通中.是由E1和。共同决定，如果保持E1和之比不变，就可以保持主磁通不变。2.2变频调速控制方式分析在基频(额定频率)如下调速时，由于E1大小不易从外部加以控制，而定子绕组阻抗压降(U=，为定子绕组阻抗压降，涉及电阻和漏磁电抗)在电压较高时可以忽视，因此可以以为电动势和电源相电压近似相等即有U1E1，因而作为一种可行方案是在电源电压较高时用电源相电压U1代替电动势E1，当频率较低时，U1和E1都变小，定子漏阻抗压降所占比重加大，不可以忽视，因此要人为补偿，这是一种近似恒磁通控制，这种控制方式惯用于恒转矩控制，如下图2-1. 在基频以上调速时由于电压U,受额定电压限制不能升，因而在频率升高时，迫使主磁通变小，进入弱磁变频调速，属于近似恒功率控制，如图2-1.但是用恒压频比代替恒电动势频率比一种重要缺陷是在速度减少时，电动机带载能力也同步下降转矩运用率下降，从图2-2a,b 可以看出a图临界转矩点随着速度减少也减小，而b图则没有变化，然而要达到b图效果就要保持E1/f1比值为恒值而不但是保持U1/f1比值为恒值了。基于上述因素，在变频调速基本控制方式下，变化频率同必要变化电压，因此称之为VVVF(Variable voltage Variable Frequency)控制。恒转矩调速恒功率调速0n图2-1 异步电机变频调速控制特 恒压频比控制又可以分为两种方式，一种是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简朴，负载适合于异步鼠笼型电动机，因此通用性强，经济性好。由于在无速度传感器恒压频比控制下，负载一旦变化，转速也会随着变化，转速变化量与转差率成正比，因而产生了另一种带速度传感器恒压频比控制，称之为转差频率控制，它依照速度传感器检测，求出转差角频率，再把它和速度设定值相叠加，以该叠加值作为逆变器频率设定值，就实现转差补偿。与开环恒压频比控制相比转差频率控制调速精度大为提高，本设计仍采用带速度传感器恒压频比控制方式(如下简称恒压频比控制方式). nnT 0T0图2-2 a恒压频比机械特性 图2-2 b恒电动势频率比时机械特性2.3 SPWM逆变技术2.3.1静止式SPWM间接变压变频装置SPWM间接变压变频装置先将工频交流电通过整流器变成直流电，再通过逆变器将直流电变换成可控频率和幅值交流电，故又称为交始终一交变压变频装置。其系统原理框图如图2-3所示在此类装置中，用不控器件整流，而逆变某些用SPWM变频器调压调频一次完毕，整流器无需控制，简化了电路构造;并且由于以全波整流代替了相控整流，因此提高了输入端功率因数，减小了谐波对电网影响。此外，因输出波形由方波改进为SPWM 波，减少了谐波，从而解决了电动机在低频区转矩脉动问题，也减少了电动机谐波损耗和噪声。ACSPWM逆变全控整流ACDC 50KHZCVCF VVVF 调压调频图2-3 SPWM间接变压变频装置 SPWM逆变器输出谐波减少限度取决于逆变器件开关频率，而开关频率则受器件开关时间限制。采用IGBT时，开关频率可高达lOkHz以上，其输出电流已非常逼近正弦波。因此，这种装置己成为当前最有发展前程一种装置形式。2.3.2 SPWM调制变频技术 SPWM调制技术是PWM多脉冲可变脉宽调制技术一种，即所谓正弦波脉宽调制.其输出波形是与正弦波等效一系列等幅不等宽矩形脉冲波形，等效原则是每一区间面积相等。如果把一种正弦半波分作n等份，然后把每一等份正弦曲线与横轴所包围面积都用一种与此面积相等矩形脉冲来代替，矩形脉冲幅值不变，各脉冲中点与正弦波每一等份中点相重叠，这样，由n个等幅不等宽矩形脉冲所构成波形就与正弦波半周等效。同样，正弦波负半周也可用相似办法与一系列负脉冲波等效。如图2-4所示。设由整流器提供直流恒值电压为Us，并设电机绕组中点与直流电压中点相连，则SPWM脉冲序列波幅值为。令第i个矩形脉冲宽度为，其中心点相位角为，则依照面积相等等效原则，可写成：= （2-3） 当n数值较大时，近似以为sin/(2n)=/(2n)，于是 （2-4）上式 表 明 第i个矩形脉冲宽度与该处正弦波值近币以成正比。因而，与半个周期正弦波等效SPWM波是两侧窄、中间宽、脉宽按正弦规律逐渐变化序列脉冲波形。相比于其他各种变频变压调制方式，这样脉冲系列可获得比常规六拍阶梯波更接近于正弦波输出电压波形，可以使负载电流中高次谐波成分大为减小，因而转矩脉动小。由于电网功率因数接近于1，大大提高了系统整体性能。普通，SPWM分单极性和双极性两种调制方式。 T图2-4 SPWM输出波形2.3.3单极性SPWM法单极性SPWM法输出每半个周期中，被调制成脉冲电压只有一种极性，正半周为十U和零，负半周为一U和零，其调制波形如图2-5a)所示。曲线1是正弦调制波um，其周期决定于所需要调制比kf。曲线2是采用等腰三角波载波uc，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于1时正弦调制波振幅值.每半周期内所有三角波极性均相似，都是单极性。调制波和载波交点，决定了SPWM脉冲系列宽度和脉冲间间隔宽度，所得脉冲系列如图2-5a)中uc所示.由图知，每半周期内脉冲系列也是单极性。单极性调制工作特点是:每半个周期内，逆变桥同一桥臂两个逆变器件中，只有一种器件按脉冲系列规律时通时断工作，另一种完全截至;而在另半个周期内，两个器件工况正好相反。流经负载便是正、负交替交变电流（如图25b)所示。1 20wt0wt图2-5a 单极性SPWM调制图 图2-5 b 单极性调制工作特点图 2.3.4双极性SPWM法上述单极性SPWM 逆变器主电路每相只有一种开关器件重复通断。如果让同一桥臂上、下两个开关器件交替地导通与关断，则输出脉冲在“正”和“负”之间变化，就得到了双极性SPWM波形。双极性SPWM法调制波u仍为正弦波，其周期决定于今，振幅决定于气，如图2-6a)中曲线1.曲线2载波uc为双极性等腰三角形，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于k=1时正弦调制波振幅值。调制波与载波交点决定了逆变桥输出相电压脉冲系列，此脉冲系列也是双极性，如图2-6b)所示。但是，由相电压合成为线电压时，所得到线电压脉冲系列却是单极性，如图2-6c) 所示。双极性调制工作特点是:逆变桥在工作时，同一桥臂两个逆变器件总是按相电压脉冲系列规律交替地导通和关断，毫不断息。而流过负载凡是按线电压规律变化交变电流，如图2-6 d)所示。A)1 2 wt B) wt C) wtD) wt ZLZL 图26 双极性SPWM调制图a)调制波与载波b)相对于直流中性点相电压c)线电压d)双极性调制工作特点2.4.SPWM控制信号产生办法从所能收集到科研文献中，可以归结出诸各种生成SPWM脉冲办法，大体分为两大类:第一类是完全由模仿电路生成;第二类是由专用集成芯片生成.本设计采用数字控制方式。(1)SPWM模仿控制 原始SPWM是由模仿控制来实现。图2-7是SPWM模仿控制电路原理框图。三相对称参照正弦电压调制信号，由参照信号发生器提供，其频率和幅值都是可调。三角载波信号由三角波发生器提供，各相共用。它分别与每相调制信号在比较器上进行比较，给出正或零饱和输出，产生SPWM脉冲序列波，作为变压变频器功率开关器件驱动信号。 参照信号发生器 驱动V1-V6SPWM波形 三角波发生器 图2-7 SPWM波模仿控制电路本办法原理简朴并且直观。但是，由于正弦波调制和三角载波由硬件电路生成，硬件开销大，系统可靠性差。并且当控制电路直流电源电压有波动或有噪声干扰时，都将引起SPWM脉冲宽度变化，从而影响到变频器输出频率和电压稳定性。整个系统受温漂和时漂影响大，当输出频率低、调制深度很小时，噪声干扰特别严重，输出频率精度很差。由于以上缺陷,SPWM 模仿控制电路现已很少应用，但它原理往往是其她控制办法基本，仍须充分理解。(2) SPWM数字控制数字控制是SPWM当前惯用控制办法。可以采用微机存储预先计算好SPWM数据表格，控制时依照指令调出;或者通过软件实时生成SPWM波形;也可以采用大规模集成电路专用芯片产生SPWM信号。 分析生成SPWM波形实现方式,模仿控制和数字控制两种形式。老式模仿控制在逆变器中应用广泛，技术成熟，控制性能优良，但模仿控制也存在某些缺陷：元件众多，设计周期长，调试复杂，不易管理维护等。随着数字信号解决技术蓬勃发展，数字控制技术已经成功地应用到电力电子与电力传动控制领域中来，逆变器数字控制逐渐成为研究热点。由于微型技术迅速发展和应用，交流电机变频调速系统控制回路均以单片微机和SPWM脉宽调制共同完毕。由于微机高度集成化和很强运算功能，用于PWM调速系统进行直接数字控制，可得到高度稳定性、高度可靠性以及小型化和便于维修、节能、提高产品质量等应用效果。随着微电子技术发展，开发出某些专门用于发生控制信号集成电路芯片，配合微解决器进行控件生成SPWM信号以便得多。国内制电动机微机控制系统，大多采用8031，8098等。由于这些芯片并非为电动机控制设计，为了实现电动机控制某些功能，不得不增长较多外器件必要以多片集成电路方能构成完整控制系统。近年，国外知名半导体集成电路厂商为满足高性能电动制需要，推出了某些电动机控制专用单片微解决器。它们可频驱动交流电动机、采用斩波器驱动直流伺服电动机或步进电动控制也可用于UPS电源等.其中较有代表性就是Intel公司MCS-96系列16位单片机中80C196MC.本文所述系统就是利80C196MC单片机波形发生器WFG产生六路双极性SPWM驱动信号，来驱动主电路IGBT进行逆变。由于单片机运算速度极快(采用16M晶振)，完全可以实现双极性SPWM控制。变频调速系统硬件实现电路重要以80C196MC为控制主题，由芯片产生SPWM波形，通过驱动电路控制IGBT逆变，实现双极性SPWM控制。三 变频调速系统硬件实现该系统以单片机为核心，采用新型三相SPWM专用芯片80C196MC构成三相脉宽调制逆变器控制电路构成性能良好新型全数字化逆变器调速系统，该系统具备不但需少量外围元件，并且无需繁杂软件编程等长处。3.1变频调系统整体硬件电路设计本系统重要由主电路、驱动电路、控制电路以及保护电路构成。其构造框图如图3-7a，b，c，其中控制电路原理图见附录。外部扩展存储器8279键盘显示电路模仿输入80C196MC单片机保护电路输入口SPWM输出检测电流预留口a控制电路框图直流电源光电隔离电路晶体管放大电路输出给IGBT基极控制信号BU BX BV BY BW BZSPWM输入信号b驱动电路框图逆变电路滤波电路整流电路电源C主电路方框图图3-1 硬件电路方框图控制电路以80C196MC为核心，输出六路互补SPWM波形，输入和电位器模仿输入两种输入方式，可以用键盘数字电流检测以及测速码盘接入口在控制电路中全都预留有接口，驱动电路是控制电路和主电路之间接口电路，重要完毕SPWM波形隔离、放大，然后驱动主电路。3.2主电路设计3.2.1主电路硬件构造主电路是交始终一交电压源型，单相220V工频交流供电，采用不可控二极管整流桥，大电容滤波，采用大功率晶体管IGBT作为输出SPWM波形开关器件。当前大功率开关器件都是以集成大功率场效应管IGBT为主流，此外系统中设立了保护电路，涉及过压、过流保护等。该主电路由二极管三相整流桥向电压型逆变器提供恒定直流电压，变频器变压、变频均在逆变器内进行。逆变器由六只IGBT管构成三相桥式逆变电路，并辅以吸取电路构成。平波电容器C起中间能量存储作用，使逆变器与交流电网去耦，并可以向电机提供无功功率。由于二极管整流器不能为异步电机再生制动提供反向电流途径，因此普通都用电阻吸取制动能量。制动时，异步电机进入发电状态，一方面通过IGBT两端并联续流二极管D向电容C充电，当中间直流回路电压升高到一定限制值时，通过电压限制电路将电机释放动能消耗在制动电阻R上。 图3-2主电路构造图逆变(DCAC)技术是电力电子技术重要构成某些，是把直流电变成交流电过程，完毕逆变功能电路称为逆变电路逆变电路依照直流侧电源性质不同可分为两种：直流侧是电压源称为电压型逆变电路；直流侧是电流源称为电流型逆变电路。它们也分别被称为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路。电压型逆变电路在直流侧接有大电容，相称于电压源，直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗特点。本节重要简介电压型逆变电路基本构成，并分析其工作原理。3.2.2三相电压型逆变电路三相交流负载需要三相逆变器，在三相逆变电路中，应用最广是三相桥式逆变电路。采用IGBT作为可控元件电压型三相逆变电路如图27所示，可以看出电路由三个半桥构成。 电压型三相逆变桥基本工作方式与单相逆变桥相似，也是导电方式，即每个桥臂导电角度为，同一相(同一半桥)上下两个臂交替导电，各相开始导电时间依次相差。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同步导通。也许是上面一种臂，下面两个臂，也也许是上面两个臂下面一种臂同步导通。由于每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因而，也被称为纵向换流。图3-3三相逆变电路 用T记为周期，只要注意三相之间互隔T3(T是周期)就可以了，即B相比A相滞后T3，C相又比B相滞后T3。详细导通顺序如下：第1个T6：V1，V6，V5导通，V4，V3，V2截至：第2个T6：Vl，V6，V2导通，V4。V3，V5截至：第3个T6：V1，V3，V2导通，V4，V6，V5截至：第4个T6：V4，V3，V2导通，V1，V6，V5截至：第5个T6：V4，V3，V5导通，V1，V6，V2截至：第6个T6：V4，V6，V5导通，V1，V3，V2截至。下面来分析电压型三相桥式逆变电路工作波形。对于A相输出来说，当桥臂l导通时， 当桥臂4导通， 因而，波形是幅值为矩形波。B，C两相状况和A相类似，波形形状和相似，只是相位依次相差。三相逆变电路输出电压波形如图： U A A T U B B B T U C C C T图3-4三相逆变电路输出电压波形3.3控制路设计3.3.1控制器选取 8XC196MC单片机是Intel公司专门为电机高速控制设计一种16位微控制器，其后缀MC正是电机控制(Motor Controller)缩写，它己被广泛应用。在各种电器电机控制中。8XCI96MC依照片内有无程序存储器区别可以分为:80C196MC(无)、83C196MC (ROM). 87CI96MC (EPROM)，它们外部引脚，指令集完全同样，其82脚PLCC封装形式引脚图如图5-1所示。本系统采用8OC196MC设计，控制电路同样合用于87C196MC和83C196MC。图35 80C196MC引脚图 8OC196MC基本构造重要涉及算术、逻辑运算部件RALU，寄存器集，内部A/D转换器，PWM发生器，事件解决阵列EPA，三互相补5PWM输出发生器以及看门狗、时钟、中断控制逻辑等，如图3-6. XTAL EXTINT NMI16KROM时钟电路P1口P6口P0口A/D512字节RAMP3中断控制RALU总线控制逻辑定期器P4 P5SPWM波发生器EPAPWMP2口8、7根8根5根6根 2根图3-6 80C196MC基本构造在本系统中，单片机重要资源分派如下：片内外设:P0.0速度给定输入。P1.0启动/停止命令输入。P2.0- P2.6三位数码管动态显示值输出P3 口 、P4 口 外扩展ROM地址/数据信号线.P5.0，P5.3 外扩展ROM控制信号线。P6.7,P6.6,P2.7三位数码管动态显示位选取输出.P6.0- P6.5- WFG六路SPWM信号输出.EXTINT 过压、过流中断信号输入。片内RAM:OOOOOH- 00017H-CPU专用寄存器，直接寻址。OIFOOH- OIFFFH一内部专用寄存器，CPU专用寄存器窗口寻址。片外ROM:0H-07FFFH监控、计算程序及数据表。80C196MC有64K存贮空间，除了OOOOH-OIFFH,IFOOH-IFFFH,H-207FH三个专用区，以及表白“保存”单元以外，其他都可以由顾客任意安排作为程序存贮区、数据存贮区或存贮区映射外设区，但是系统复位后，程序由2080H单元开始执行，因而与2080H相邻区域必要配备成程序存贮区。80C196MC片内寄存器阵列共涉及512个字节，分为低256字节和高256字节，低256字节中最低24字节为特殊功能寄存器SFR，RALU在运算过程中，不象其他单片机那样只使用一种累加器，而是把这256个寄存器都当作累加器，这样就避免了使用单个累加器所产生“瓶颈效应”，高256字节寄存器虽然不能象低256字节寄存器那样直接当累加器用，但是它们可以通过80C196MC窗口技术，切换成具备累加器功能256字节，因而使得编程容易，执行速度更快。8OC196MC特殊功能寄存器SFR除了24个在寄存器集低端以外，大某些在存储空间1FOOH-1FFFH中，在使用这些特殊功能寄存器时为了加快操作速度，普通使用窗口技术把它们映射到低256字节寄存器区。3.3.2存储器扩展电路存储器扩展电路重要是由两片程序存储器74HC573，用来存储奇地址单元和偶地址单元中程序代码，EEPROM 74HC573可直接改写特性使调试软件以便;寻址空间可达H-9FFFH，充分运用了74HC573容量;扩展数据存储器27256，是为了扩大数据存储器容1,在矢量控制中，由于程序复杂所需要数据存储器较多，而80196MC自身数据存储器资源有限，此外为了后来系统扩展性，增长27256很有必要。3.3.3 80C196MC单片机波形发生器片内波形发生器WFG(WaveForm Generator)是80C196MC独具特点之一。这一外设装置大大简化了用于产生SPWM波形控制软件和外部硬件，特别适应于控制三相交流感应电机。死区时间发生器个载波周期三角波发生器 死区互锁，脉冲分派与输出方式控制U相脉冲比较及生成 保护电路脉宽值设定 外部中断祈求