29采用SLE4520集成电路的三相SPWM异步电动机变频调速系统设计Word下载.docx

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而在高速、高压、大功率、恶劣环境等方面，更为直流传动所不及，可以预见新型交流调速系统在各个工业技术领域中会得到越来越广泛的应用，这表明电气交流传动的新时代已经到来。

签于交流传动在这几个方面的优势，所以我选择了这个毕业设计课题――采用SLE4520集成电路的三相SPWM异步电动机变频调速系统的设计，在此设计中，不公要动用微机控制技术，自动控制技术，单片机等相关知识，还要用到专业基础知识，如电机拖支，电力电子变流技术，数字及模拟电路等　。

通过对本课题的设计，可以使所学知识有机联系起来，达到巩固，加深知识的目的，还可以拓宽知识面，培养解决实际问题的能力。

由于本人知识水平的限制，更兼时间仓促，设计中出现的错误及漏洞，敬请批评指正。

概述

　　微型计算机控制的数字交－直－交变频调带系统与模拟系统相似，具有成本低，体积小，通用性强，效能高，便于维修和易于实现等优点，因此得到广泛使用，本课题采用SLE4520单片机控制的变频调速系统。

该系统分为两大部分：

1.硬件部分主要包括主回路和控制回路两部分。

主回路由三相桥整流后，接入IPM的P，N两端，整个部分包括滤波电容，电源指示及整流变压器，三相异步电机接在IPM的产U，V，W三脚输出端。

控制回路以单片机8031为核心，附加一些外外围接口电路，如RAM，EPROM的扩展，显示接口采用8297，SLE4520的P1－P7与8031的P0口相接，向4520传送脉宽宽度值Tw，SLE4520的输出端6个脚与IPM相对应脚相连。

频率F输入由拔码盘经过74LS244三态缓冲器由P0口读入。

2.软件部分分为主程序和中断服务子程序两部分。

主程序包含初始化，对8031，SLE4520的初始化T0的初始化，读F的值，由F值查表得相应的Tw值，T0定时，判断F是否变化，若变化则去读F，没变则送原来的数值。

T0的中断服务程序首先是保护现场，送T0初值，然后T0定时启,交数送向SLE4520，

判断有没有算完，若算完则取新的Tw值，没算完则取原来的Tw，恢复现场，中断返回。

INT0中断为外部事故中断，当电机过载，过流过压及失压时，IPM

自动报警，产生中断，封锁SLE4520信号，电机停转。

INT1中断为读F值，当有F值拔入时，产生中断，从而更新F值。

设计课题介绍

1.设计课题

采用SLE4520集成电路的三相SPWM异步电动机变频调速系统设计。

2.内容简介

工业上广泛应用交流异步电动机作为电力拖动自动控制系统的动力装置。

近10年来，由于电力电子技术的迅猛发展，电气传动交流化的新时代正到来。

三相SPWM正弦波脉宽调制技术是为了克服等脉宽PWM法的缺点而发展起来的，它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相对称正弦波电源。

具体是以一个正弦波作基准波（称为调制波），用一系列等幅的三角波（称为载波）与基准波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式，当基准正弦波高于三角波时，使相应的开关器件导通；

当基准正弦波低于三角波时，使开关器件截止，从而使逆变器的输出电压波为脉冲列，其特点是：

在半个周期中等距、等幅（等高），不等宽（可调），总是中间的脉冲宽，两边的脉冲窄，各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成比例，这样，输出电压中的中低次的谐波分量显然可以大大减少。

SLE4520是全数字化的三相SPWM波生成集成电路。

这种芯片是一种应用ACMOS技术制作的低功耗高频大规模集成电路，是一种可编程器件，它能把三个8位数字量同时转换成三路相应脉宽的矩形波信号，与8位或16位微机联合使用，可产生三相逆变器所需的六路控制信号，输出的SPWM波的开关频率可达20KHZ，基波频率可达2600HZ。

因此，适用于IGBT逆变器或其它中频电源逆变器。

3.设计内容及任务

（1）详细了解SLE4520集成电路的内部结构，管脚排列及功能、工作原理和使用注意事项；

（2）详细了解电力电子器件IGBT的工作原理，元器件参数、驱动电路及使用注意事项；

（3）讨论并确定变频主回路的电路，并根据给定的交流电动机参数（另行给出），计算，选择主回路的元器件；

（4）讨论由SLE4520集成电路实现SPWM波的方法，具体接线和相应的外围电路，并考虑信号的测量和控制回路原理，包括各单元电路的原理图和元器件的选择；

（5）在前述基础上，确定控制系统的硬件电路，选择合理的软件算法，结合单片机控制技术，研究用8031实现的方法，并确定由8031单片机实现的微机控制系统程序流程，画出主程序和中断服务程序流程图；

（6）编制、调试主程序和中断服务程序；

（7）应用AUTOCAD和SCH绘制硬件电路和程序流程图；

（8）撰写毕业设计说明书。

4.电机给定参数：

型号：

YGOL－4，PN＝1.5KW，Nn＝1400r/min,Ia=3.65A,ηn=79%,cosΦ＝0.79，

转动量＝0.0027kgm

，净重27KG，Un＝380V，接法：

Δ。

总体设计方案的选择

（一）采用SLE4520的三相SPWM电机变频调速的提出

三相交流异步电机，由于转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，故而

具有结构简单，体积小，重量轻，价格低廉，便于维护等优点，一经问世，就备受人们的青睐。

一、调速系统的发展

随着工农业生产的发展，人们对调速要求越来越高，交流调速有调压调速，串级调速等，性能都处于不佳状态，唯独变频调速受人瞩目，采用变频调速实现电动机的连续调速结构简单，造价低。

变频调速是采用可变电压可变频率（VVVF）电源装置，如逆变器和交－交变频器，变频调速可以充分发挥感应电机的优点，即适应性强，坚固耐用，维护方便，价格低廉。

近年来，由于微电子技术，微机技术和自关断功率开关器件的进步，使得变频调速中的核心技术—－脉冲宽度调制技术和矢量控制技术已经成熟并得到广泛应用。

首先，以目前迅速普及的“交－直－交”变频器的基本结构来看，“交－直”的整流技术是很早就解决了的，而“直－交”的逆变过程实际是不同组合开关交替地接通和关断过程，它必须依赖于满足一定条件的开关器件，这些条件是：

（1）能承受足够大的电压和电流；

（2）允许长时间频繁地接通和判断；

（3）接通和关断的控制必须十分方便。

直到20世纪70年代，大功率晶体管（GTR）的开发成功，才比较满意地满足了上述条件，从而为变频技术的开发，发展和普及奠定了基础。

20世纪80年代，又进一步开发成功了绝缘栅型双极型晶体管（IGBT）其工作频率比GTR提高了一个数量级，从而使变频调速技术又向前迈进一步。

目前，中小型的变频器中的逆变部分，已基本上被IGBT垄断，使20世纪70年代提出的正弦波脉宽度调制技术（SPWM）得到不断完善。

在不采取任何措施的情况下，异步电动机在变频后的机械特性远逊色于直流电动机变压后的机械特性，这必将大大影响变频调速技术的应用范围。

20世纪70年代末，矢量控制技术的提出和实现，使异步电动机变频后的机械特性达到了可以和直流电动机变压后的机械特性相媲美的程度。

与此同时，计算机技术和大规模集成电路的飞速进步，极大简化了实现SPWM及矢量控制等复杂技术的方法，增强和扩展了变频器的功能，使变频调速技术迅速发展起来。

如利用单片机和SLE4520集成电路的三相SPWM异步电动机变频调速系统，是

一个典型的调速系统。

二．变频调速原理

经过30年的发展，目前交流调速电气传动已经成为电气调速传动技术的主流。

在

电气调速传动领域内，直流电动机占统治地位的局面已经受到了猛烈的冲击。

交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，主要是一些关键性技术得到了突

破性进展，如电力电子器件，电力变换技术，交流电机的矢量变换控制技术，PWM技术及微型计算机和大规模集成电路。

1.PWM技术的应用

自关断器件的发展为PWM技术铺平了道路。

目前几乎所有的变频调速装置都采用这一技术。

PWM技术用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小脉矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。

2.全数字控制技术的应用

各类电气传动装置的控制器由模拟控制转向全数字控制已经成为事实，交流速传动也不例外。

由变频器供电的调速系统是一个快速系统，在使用数字控制时要求的采样频率较高，通常高于1KHZ，常需要完成复杂的操作控制，数字运算和逻辑判断，所以要求单片机具有较大的存储容量和较强的实时处理能力。

全数字控制具有如下特点：

（1）精度高　　在变频器中采用8位，16位甚至32位微机作为控制机

（2）稳定性好　由于信息为数字量，不会随时间发生漂移

（3）可靠性好　系统中硬件向标准化、集成化方向发展，由软件完成复杂的控制功

能，适当修改软件，就可以改变系统的功能。

（二）SPWM的工作原理及生成方法

SPWM调速是指用所期望的正弦波输出作为调制波（即参考信号），对一等腰三角形的载波进行调制，得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波幅值的矩形波，从而去控制开关器件，达到调速要求的一种调速方法。

1.SPWM控制基本原理：

　　将图4－1（a）所示的正弦波半波波形分成n等份，就可把正弦波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化，如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦面积相等，就可得图4－1（b）所示的脉冲序列，这就是PWM波形，可以看出，各脉冲的宽度是按正弦规律变化的根据问题相等效果相同的原理，PWM与正弦半波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以同样的方法得到PWM波形，像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而各正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM波形。

2.PWM脉宽调制信号调制方法

我们所用PWM脉宽调制信号是采用调制波（正弦波Ur）与载波（三角波Uc）相比较的方法产生，常用的载波是三角波，常用的调制波是正弦波，这种调制波为正弦波的脉宽调制称为正弦脉宽调制（SPWM），产生的调制波是正弦等幅、等距而不等宽的脉冲列，有两种调制方法：

（1）.单极性SPWM法

调制波和载波如图4－1（a）所示，曲线1是正弦调制波Ur，其周期决定于所需要的调频比Kf，振幅值决定于Ku，曲线2是采用等腰三角形的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于Ku＝1，正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角形的极性相同（即单极性）。

调制波和载波的交