1、1 引言目前，變頻調(diào)速已廣泛應(yīng)用于石油化工、家電等諸多領(lǐng)域， 在變頻調(diào)速的控制理論不斷發(fā)展的同時，與之相應(yīng)的控制手段和技術(shù)也朝著數(shù)字化與軟件化方向迅速發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展為交流調(diào)速奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，電力電子器件正在向大功率化、高頻化、模塊化、智能化方向發(fā)展。所以變頻器在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的同時，減小體積、簡化控制、降低成本是目前面臨的問題之一。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的控制方法雖然控制效果比較好，但過于復(fù)雜。本文設(shè)計的變頻器專門針對小功率電機(jī)，具有體積小，成本低的優(yōu)點(diǎn)。2 系統(tǒng)組成變頻器的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。圖 1 變頻器的結(jié)構(gòu)圖整個系統(tǒng)主要有兩部分組成，即控制電路和主回路。 控制電路是以嵌入式微控

2、制器at89c51 為核心， 主回路由整流電路和智能功率模塊(ipm) 組成。 ipm 是集門極驅(qū)動和短路、過流、欠壓、過熱保護(hù)功能于一體的igbt 功率器件，其結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、工作可靠。在整個系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)給主回路提供控制波形，并擔(dān)負(fù)起全系統(tǒng)的控制和監(jiān)護(hù)。sa4828 發(fā)出的 6 路 pwm 控制信號，通過 ipm 電源及光電耦合器進(jìn)行隔離之后，輸出給 ipm 逆變器，控制 ipm 直接加在異步電動機(jī)上的輸出信號，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的變頻調(diào)速功能。當(dāng)ipm 檢測電路檢測到有故障時將一路信號送到sa4828 ，sa4828 的輸出 pwm 波立即變成低電平，從而關(guān)斷 ipm 。另一路送給單片機(jī)進(jìn)

3、入中斷處理程序。3 主電路的參數(shù)選擇電機(jī)參數(shù)為額定功率0.75kw ，額定電流 2.1a ，額定電壓380v 。 整流器的輸入電壓為單相工頻交流電，當(dāng)沒加濾波電容時，單相橋式整流電路輸出的平均直流電壓為:由 加上濾波電容后， udc 的最大值可達(dá)到交流線電壓的峰值:1 / 43.1 整流二極管模塊的參數(shù)計算 整流二極管的選擇應(yīng)從電機(jī)在最大負(fù)載電流下仍能可靠工作的情況下考慮。所以流過二極管的電流有效值為 :式中， im 為電機(jī)最大負(fù)載電流峰值，其值一般取為電機(jī)額定電流的5 6 倍。故二極管的額定電流為:二極管的耐壓值為:式中， u21 為變壓器二次線電壓有效值。根據(jù)市場供貨情況選擇二極管整流模塊

4、的參數(shù)為1000v ， 30a 。3.2 濾波電容的選擇 當(dāng)輸入單相線電壓為 220v 時，整流輸出的最大電壓是 311v ，考慮到電壓為 10的波動，則最大輸出可達(dá) 342v ，因此濾波電容的耐壓值應(yīng)在此電壓之上，并有一定的安全裕度，故取濾波電容的耐壓值為450v 。 理論上，濾波電容的值越大越好，但考慮到體積成本等因素，電容值也不可能選得太大，事實(shí)上，中間直流濾波電容的容量是從限制電壓波動的角度來選擇的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可選3 個 450f的鋁電解電容。3.3 逆變器功率器件的選擇 igbt 是場控型大功率開關(guān)元件，它熱時間常數(shù)小，承受過載能力差，在實(shí)際應(yīng)用時，從負(fù)載最嚴(yán)重的情形來選擇功率元件。

5、功率元件的電流額定值 :式中， 電機(jī)的過載系數(shù)，一般取1.52; in 電機(jī)的額定電流。此外，還應(yīng)保證功率器件igbt 的集電極發(fā)射極額定承受電壓uceo 至少應(yīng)為實(shí)際承擔(dān)的最高峰值1.2 倍以上，則功率器件的耐壓值 :所以選擇 ipm 為 600v/20a 的智能功率模塊，經(jīng)比較多種型號的ipm 的性能價格指標(biāo)，最終采用三菱公司的 pm20csj060 。4 各部分電路功能4.1 pwm 產(chǎn)生器 sa4828 功能介紹sa4828 是 mitel 公司于 90 年代末推出的專為感應(yīng)電機(jī)的變頻驅(qū)動而設(shè)計的一款集成電路。它采用雙緣調(diào)制技術(shù)，能夠產(chǎn)生精確的spwm 脈沖，并且可在緊急情況下快速關(guān)斷

6、脈沖，保護(hù)逆變器和電機(jī)。它與單片機(jī)配合使用，所有需定義的參數(shù)如載波頻率、死區(qū)對間、最小脈寬、調(diào)制波形、v/f 曲線等均由單片機(jī)通過a/d 復(fù)用總線傳送，輸入一次數(shù)據(jù)后就可讓它獨(dú)立連續(xù)運(yùn)行，直到需要更新控制數(shù)據(jù)。 在使用中，它可以看作是單片機(jī)的外部存儲器或一個i/o 端口。sa4828的工作頻率范圍很寬，時鐘頻率為25khz 時，載波頻率可達(dá)24khz ，輸出頻率4khz 。它還可以提供三種調(diào)制波形供用戶選擇:增強(qiáng)型 ,正弦型和高效型。此外，它的頻率分辨率很高，可達(dá)16 位字長。它兼容intel2 / 4和 motorola 總線的單片機(jī)。該電路通過數(shù)據(jù)總線和控制線 ,即可直接與微處理器進(jìn)行通訊

7、 ,不需增加外圍電路。圖 2 sa4828 的管腳分布圖sa4828 的管腳布置如圖2 所示，它采用雙列直插式封裝，共28 個管腳。介紹如下: (1)與單片機(jī)接口的標(biāo)準(zhǔn)總線 ad0 ad7 為 8 位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線。(2)控制總線(3)信號輸出及控制rpht、 rphb 、ypht 、 yphb 、 bpht 、 bphb 輸出三相 pwm 脈沖驅(qū)動信號，均為標(biāo)準(zhǔn)的ttl 電平。端指示輸出封鎖狀態(tài)，低電平有效。settrip 為關(guān)斷觸發(fā)信號輸入端，當(dāng)輸入為高電平時，輸出腳及6 個 pwm 輸出將被迅速地箝位在低電平狀態(tài)，這種封鎖信號只有在信號作用下才能解除。(4)電源vdd 為 5v 電源

8、端， vss為芯片接地端。4.2 sa4828 的控制sa4828 通過 8 位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線與單片機(jī)89c51 相連，如圖3 所示。3 / 4圖 3 sa4828 與 89c51 的連接pwm 脈沖的各種必需參數(shù)都是通過這條總線傳給sa4828 的。故障封鎖信號直接接在89c51 的變小上， 一旦 sa4828 收到來自ipm 或故障保護(hù)電路的故障信號。它除了封鎖pwm 脈沖輸出外， 還將端箝位在低電平以向 89c51 發(fā)外部中斷信號，使單片機(jī)轉(zhuǎn)入中斷處理子程序，處理故障中斷信號。sa4828 芯片是可編程的。通過6 只臨時寄存器r0 r5 、2 只虛擬寄存器r14、r15,對 48 位的初始化寄存器和控制寄存器進(jìn)行編程 ,獲得 pwm 波。 sa4828 內(nèi)部有兩個 48 位的寄存器，分別是初始化寄存器和控制寄存器。初始化寄存器存放基本的運(yùn)行參數(shù)，如載波頻率、脈沖刪除、波形選擇等，它只能在變頻器開始運(yùn)行前設(shè)定，并且在運(yùn)行過程中不能修改?？刂萍拇嫫饔脕碓O(shè)定變頻器的輸出頻率、啟動停止等。它在整個運(yùn)行期間可以不斷修改，以實(shí)時控制電機(jī)的運(yùn)行。(1) 初始化寄存器初始化寄存器及其功能見表1。實(shí)際輸出波形的最小脈寬為脈沖取消時間減去失去時間。若幅值控制ac=1, 則可三相幅值獨(dú)立控制。選擇不同的ws1和 ws0, 可輸出正弦型 (00)、增強(qiáng)型 (01)和高效型 (1