用SA4828做的变频器Word文档格式.doc
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因此，变频器已经成为交流调速的核心部件。
要想做到改变交流电源频率的同时改变其电压的幅值，实现恒转矩调速，可以采用一种叫做SPWM的方法。
即用一个低频的正弦波去调制一个高频的三角形的载波，得到一串等幅不等宽的脉冲。
它里面包含有一个基波分量和极少的谐波。
改变调制波的频率和幅值，就可以改变脉冲串里的基波分量的频率和幅值，也就实现了异步电动机的VVVF（可变压可变频）调速。
按照上述SPWM的工作原理，逆变器中开关管的开关时间要由调制波与载波的交点来确定。
在调制波的频率、幅值和载波的频率这三个参数中，不论哪一个发生变化，都将使得载波与调制波的交点发生变化。
因此，在每一次变频调整时，都要重新计算交点的坐标。
这是一组超越方程，单片机的计算能力和速度显然难以胜任。
过去最常用的办法是，把各种频率和电压对应的交点坐标事先计算好，用表格的形式存放起来，使用时通过查表来调用。
这样将占用大量的存储器和CPU的资源，使其无法发挥更好的作用。
近年来一些厂家研制出了专门用于生成三相SPWM波控制信号的大规模集成电路芯片，如SA4828等。
采用这样的集成电路芯片，可以大大地减轻CPU的负担，仅当需要改变频率和电压时，单片机才去干预SA4828，使控制系统可以空出更多的时间用于检测和监控。
2SA4828的特性
2.1SA4828的性能特点
SA4828是英国MITEL公司研制出的一种专门用于三相SPWM信号发生和控制的集成电路芯片。
它采用28引脚，分DIP和SOIC两种封装。
它可以和大部分的单片机连接，也可以单独使用。
芯片的主要特性是：
全数字控制；
兼容Intel和Motorola系列的单片机；
载波频率最高可达24kHz；
输出调制波频率范围为0~4kHz；
16位调速分辨率；
8位调压分辨率；
内部ROM固化3种可选波形；
可设定死区时间和删除最小脉宽；
可实现正反转控制；
可以单独设定各相的输出电压幅值以适应不平衡负载；
有看门狗定时器。
2.2SA4828的引脚功能
SA4828的引脚如图1所示，大体可以分为三类信号：
（1）与单片机的接口信号
ADO~AD7、WR、RD、ALE可直接与地址/数据复用的单片机相连。
此时，总线选择信号MUX接+5V，地址/数据引脚RS不用
RT
RB
YT
YB
BT
BB
ZPPR
WSS
TRIP
ADO~AD7
WR
RD
ALE
MUX
RS
CS
CLK
RESET
SETTRIP
SA4828
图1SA4828的引脚图
（2）输入信号
CS片选信号
CLK时钟信号，最高频率为24.576MHz
RESET复位信号，禁止输出
SETTRIP关断信号，高电平时可快速关断全部SPWM信号
（3）输出信号
RT、YT、BY控制三相逆变桥的三个上桥臂的开关管
RB、YB、BB控制三相逆变桥的三个下桥臂的开关管。
它们是标准的TTL信号，有12mA的驱动能力，可直接驱动光耦。
ZPPR输出调制波的频率
WSS输出采样波形
TRIP封锁状态，SETTRIP有效时，该引脚为低电平表明输出已被封锁，可接LED指示灯。
3由SA4828组成的变频器
由SA4828构成的变频调速系统如图2所示。
首先由键盘输入给定的转速nO（rpm），单片机把它换算成变频器将要输出的频率和电压的控制字，写入到SA4828的控制寄存器，启动SA4828。
从RT~BB的6个引脚输出相应频率和电压的SPWM控制信号，经驱动电路隔离后，分别控制智能功率模块IPM的6个IGBT的导通与截止，最后在三个输出端上产生对称的三相SPWM电压，以驱动交流电动机运转。
利用转速编码器可以构成闭环调速系统，提高转速控制的精度。
IPM的故障检测信号接到SA4828的SETTRIP端，一旦IPM发生过流、过热、短路和欠压等情况，将立即切断SA4828的6路输出信号，使IPM得以保护。
转速编码器
图2SA4828组成的变频器
译码器
24.576M
VDDMUXRS
电
动
机
键盘
+5V
显示
串口
A/D
上位机
隔离
驱动
电路
逆变
IPM
89C52
P0
INT0
P2
RST
ADO~7
VSS
STTRP
U
V
W
4变频器的硬件设计
4.1主电路的设计
电压型变频器主电路的典型结构如图3所示。
目前已有许多厂商把该电路与整流电路、控制电路、驱动电路、保护电路及传感电路等集成为一个模块，称为智能功率模块——IPM（IntelligentPowerModule）这样使主电路结构紧凑，避免了分布参数的影响。
R
S
T
图37单元IPM
（1）IPM的特点
①内含驱动电路，设定最佳IGBT驱动条件；
②内含过流、过热、欠压、短路保护电路，出现异常时给出报警信号，以控制逆变器停止工作；
③内含制动电路，可直接外接制动电阻RB；
（2）IPM的选用
IPM的参数由电动机的额定功率PO及峰值电流IP来确定。
例如，当电动机的线电压为U=220V，输出功率PO=2.2kW，功率因数Cosφ=0.75，效率η=0.8时，峰值电压UP=√2U=310V，峰值电流IP=√2PO/（√3UCosφη）=13.8A，可选用东芝、三菱、富士的产品，规格为600V/30A，7单元IPM。
4.2SPWM发生电路
SPWM信号可由SA4828产生，硬件连接如图2所示，软件编程详见有关资料。
4.3驱动电路
SA4828输出的6路控制信号是TTL电平的，它们不能直接驱动IPM中的6个IGBT。
原因有两个：
①IGBT需要的开关信号幅值约为±
10V，TTL电平不能胜任；
②逆变桥中三个下桥臂是共地的，而三个上桥臂是悬浮的，SA4828输出的6路信号均是共地的，必须加以隔离。
因此驱动电路的任务有两个：
电平转换和隔离。
Amp
图4TLP250驱动电路
1k525V
10V
8
6,7
3
5
2
TLP250
IGBT一般用集成电路芯片来驱动，常用电路有富士公司的EXB840、841、850、851系列；
三菱公司的M5796系列，以上各电路在很多书籍中都有介绍，不再赘述。
这里介绍一种东芝公司的产品TLP250，电路非常简单。
TLP250采用8脚的DIP封装，引脚如图4。
输入端光耦的隔离电压达到3000V，输入电流为5~10mA，可以驱动100A/600V的IGBT。
它采用单电源供电，使用时须外接一个电阻和一个10V的稳压管，把25V的隔离电源变为+15V的导通电压和－10V的关断电压。
4.4隔离电源
隔
离
源
+5V/3A数字系统
+12V/0.5A异步通信
－12V/01A异步通信
+25V/50mA上桥臂R相
+25V/50mA上桥臂Y相
+25V/50mA上桥臂B相
+25V/150mA下桥臂
R,Y,B相共用
图5隔离电源
A.C.220V
如前所述，为了驱动主电路逆变桥的三个上桥臂的IGBT，必须给每一路提供一个隔离的25V电源而三个下桥臂可以共用一个电源。
此外，SA4828及单片机系统还需要+5V电源以及异步通讯所需的±
12V电源，一共需要7路电源，如图5所示。
该电源可以采用线性电源，也可采用开关电源。
前者体积大，笨重，但电路简单，各路电源完全独立，调试容易。
后者则轻便、小巧，电路相对较复杂。
采用单片开关电源芯片可大大简化电路。
4.5保护电路
逆变器中的IGBT模块是变频器的主要部件，也是最昂贵的部件。
由于它工作在高频、高压、大电流的状态，所以也是最容易损坏的部件。
因此IGBT模块的保护工作显得十分重要。
为此应做到以下几点：
（1）选用智能型IGBT模块。
IPM中一般都有过流、过热、短路、欠压保护电路，当任一情况发生时它能迅速给出报警信号。
把该信号接到SA4828的SETTRIP端，可立即切断SA4828的6路控制信号，关闭所有的IGBT。
（2）对SA4828编程时，设置合理的“死区”时间和欲删除的“窄脉冲”的宽度，前者可有效防止同一桥臂上、下开关元件的共态导通；
后者可降低开关损耗，减少发热。
（3）在单片机的调速过程中始终监视变频器输出端的电压和电流，一旦超限将停止SA4828的工作并发出报警指示。
4.6速度反馈
采用转速编码器对电动机进行测速，可以构成闭环调速系统。
选用的编码器为每转600个脉冲，使得即便是在电动机低速运转时，也有足够的测速精度。
4.7数控系统
数控系统以CPU为核心，配以键盘、显示、通讯等设备，完成对交流电动机的速度控制。
结构框图如图2所示。
这里选用了ATMEL公司的89C52单片机，它与Intel51系列单片机完全兼容。
其内部配置了8KB的FlashMemory，无须扩展外部存贮器。
同时这种8位单片机的总线结构与SA4828完全兼容，可以直接相连。
给定转速nO可以用三种方式设定：
键盘、电位器和上位机。
用8位LED分别显示给定转速nO和实际转速n，一目了然。
系统板上提供了4路12位A/D通道，转速、变频器输出端的电压、电流监测各占一路，最后一路备用。
系统对电动机运行状态的数据监测、调速效果、动态响应的跟踪情况都可以传送到上位机，以表格或曲线的形式输出
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