基于单片机的交流调速系统设计Word格式.doc
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3.8键盘显示电路的设计 19
3.9故障检测及保护电路设计 20
4、系统软件的设计 21
4.1程序框图及其介绍 21
4.2部分子程序 25
5、系统抗干扰措施 26
5.1硬件抗干扰措施 26
5.2软件抗干扰措施 27
实习小结 28
参考文献 29
附录一 30
摘要
单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。
通过改变程序来达到控制转速的目的。
由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；
逆变器采用电力晶体管三相逆变器。
系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，HEF4752大规模集成电路，保护电路，Intel系列单片机，Intel8253定时/记数器，Intel8255可编程接口芯片，Intel8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片，CD4527比例分频器和测速发电机等组成。
回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。
关键词MCS-51单片机；
HEF4752；
8253定时器；
晶闸管；
整流器；
三相异步电动机
Abstract
Frequencyconversionthatone-chipcomputercontroltransferspeedsystematicdesignphilosophywithtransfertodifferencefrequencycontrol.Achievethegoalofcontrollingrotationalspeedthroughchangingtheprocedure.Becausethemotorisnotbiginpowerinthedesign,therectifiercannotadoptcontrolledthecircuit,thecondenserstrainswaves;
Goingagainstthebecomingdeviceadoptsthreephasesoftheelectrictransistortogoagainstthebecomingdevice.Thesystematicensemblearchitectureisbythemainreturncircuitmainly,drivethecircuit,thephotoelectricityisolatesthecircuit,HEF4752largescaleintegratedcircuit,protectsthecircuit,theIntelseriesone-chipcomputer,Intel8253timing/countdeviceof,Intel8255programmableinterfacechip,Intel8279keyboardnotincommonuse/display,I/Ointerfacechip,CD4527proportionfrequencydivisiondeviceandteststhespeedsuchcompositionasthegenerator,etc..Havethedependabilitythatcanmakethewholesystemoperateofmeasuringandprotectingthecircuittohaveguaranteeinthereturncircuit
[keywords]MCS-51；
time/counterofl8253；
selenium；
rectifier；
1、调速系统总体方案设计
用工业控制计算机可谓功能强大，它有极高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能，但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统，可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断，定时，记数和简单的运算，由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。
在民用生产中，通常用介于工控机和可编程控制器之间的单片机作为微处理器。
本次设计就是用单片机作为电动机的控制器。
微处理器（单片机）取代模拟电路作为电动机的控制器，具有如下特点：
使电路更简单、可以实现较为复杂的控制、灵活性和适应性、无零点漂移、可以提供人机界面，多机连网工作等特点，因而采用单片机作为电动机的核心控制元件来取代模拟电路，就可以将传统的调速方案中的一些缺点避免，达到提高控制精度的目的。
在本次设计中所用到的控制方式是用转差频率闭环控制。
转速开环恒压频比的调速系统，虽然结构简单，异步电动机在不同频率小都能获得较硬的机械特性但不能保证必要的调速精度，而且在动态过程中由于不能保持所需的转速，动态性能也很差，它只能用于对调速系统的静，动态性能要求不高的场合。
如果异步电动机能象直流电动机一样，用控制电枢电流的方法来控制转矩，那么就可能得到和直流电动机一样的较为理想的静，动态特性。
转差频率控制是一种解决异步电动机电磁转矩控制问题的方法，采用此控制方案的调速系统，可以获得与直流电动机恒磁通调速系统相似的性能。
为了使系统具有较好的动静态性能，满足设计要求，可将整个系统设计为转速单闭环控制系统，采用转差频率调节方式，对转速进行动态调节，考虑电动机负载为恒转距负载，在高频段，采用恒比例控制方式来做近似恒磁通控制方式；
在低频，采用恒磁通补偿方法来维持磁通的恒定，实现恒磁通变频调速。
当频率高于额定转速时，维持，实现恒功率调节。
选用大规模集成电路HEF4752来产生PWM控制信号，以减轻单片机的负担，使它能够有足够的时间来完成闭环控制，系统检测和保护等任务。
2、系统组成及工作原理
霍尔电流、电压传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压信号，经A/D转换后送入单片机。
单片机通过8255控制PWM波发生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM，实现电机的变频调速。
控制系统各功能元件的选型与设计：
（1）、单片机选用INTEL公司生产的8051单片机，它主要通过并行8255口担负控制系统的信号处理：
接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号；
处理IPM发出的故障信号和报警信号；
处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；
提供显示电动执行机构的工作状态信号；
执行控制系统来的控制信号，向控制系统反馈信号；
（2）、三相PWM波发生器PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法。
模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能；
数字法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。
为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、控制等功能，文中选用MITEL公司生产的HEF4752作为三相PWM发生器。
HEF4752是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息。
（3）、智能逆变模块IPM为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求，电机电源采用智能功率模块IPM。
主要适用功率小于5．5kW的三相异步电机，其额定电压为380V，功率因数为0.75。
该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压和过热保护以及报警输出，是一种高性能的功率开关器件。
（4）、电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了计算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故障诊断。
由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0～50Hz，采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。
为了快速反映出电流的大小，采用霍尔型电流互感器检测IPM输出的三相电流，对于IPM输出电压的检测采用分压电路。
单片机控制系统
可编程接口芯片
定时/计数器芯片
比例分频器
比较器
输入显示芯片
键盘
显示器
PWM波形发生器
A/D转换器
放大电路
主电路
UI检测保护电路
测速电路
图1调速系统总体框图
3、交流电机调速硬件系统设计
3.1原器件的选择及其功能简介
（1）74LS138
74LS138是一种3-8译码器，有三个输入端，经译码产生8种状态。
其引脚如图6所示，译码功能如表所示，由表可知，当译码器的输入为某一个编码时其输出就有一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。
图274LS138引脚图
表174LS138真值表
输入
输出
G1
G2A/
G2B/
C
B
A
Y7/
Y6/
Y5/
Y4/
Y3/
Y2/
Y1/
Y0/
1
其它状态
（2）可编程计数/定时芯片8253
主要功能；
1）一个芯片上有三个独立的16位计数器通道;
2）每个计数器都可以按照二进制或二——十进制计数；
3）每个计数器的技术速率可高到2MHz。
4）.每个通道有六种工作方式，可由程序设置和改变;
5）.所有的输入输出与TTL兼容。
30
每个通道有三条引线：
图38253引脚图
CLK：
输入脉冲线。
计数器就是对这个脉冲计数。
8253规定，加在CLK引脚的输入时钟周期不能小于380ns.
GATE：
门控制信号输入引脚。
这是控制计数器工作的一个外部信号。
当GATE引脚为低电平时，通常都是禁止计数器工作;
只有当GATE为高电平时，才允许计数器工作。
OUT：
输出引脚。
当计数到“0”时，OUT引线上必然有输出，输出信号的波形取决于工作方式。
本次设计用到芯片8253的工作方式三，当记数值N为偶数时，输出为对称方波，前N/2记数期间，OUT输出为高电平，后N/2记数期间，OUT输出为低电平。
若记数值N为奇数值时，将输出不对称方波，即在前（2N+1）/2记数期间，OUT输出高电平，后（2N-1）记数期间输出低电平。
（3）HEF4752
随着电力电子技术及大规模集成电路的发展，基于集成SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点
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