变频调速总结报告.docx
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变频调速总结报告
科研训练
姓名：
谢毅
指导教师：
于德亮
学科、专业：
电气工程及其自动化
班级、学号：
电气12-8班18号
答辩日期：
2015年9月2日
科研训练任务书
一、项目名称：
单相变频调速系统的设计
二、基本要求：
1．系统电源：
AC220V/50Hz。
2．输出要求：
交流正弦电压，电压有效值小于200V，频率10~50Hz可调。
3．频率设定：
采用3个独立式按键输入，其中：
按键“加”为设定频率增加，按键“减”为设定频率减小，按键“确定”为设定频率有效。
4．频率显示：
采用2位七段LED显示。
三、训练任务：
1．控制电路设计：
（1）电路板电源滤波和指示，
（2）正弦信号生成电路，（3）载波产生电路，（4）调制波信号生成电路，（5）频率设定及显示电路，（6）驱动电路。
2．主电路设计：
（1）整流滤波电路设计；
（2）MOSFET单相桥式逆变电路设计；（3）LC滤波整形电路设计。
3．电路原理图及PCB的绘制：
用PROTEL绘制主电路及控制电路的原理图，并完成PCB布线。
4．C语言软件编程：
在Keil编译环境下，使用C语言编程实现系统的主要功能。
5．硬件电路制作及调试：
完成硬件电路的安装制作，并在给定输入条件下调试软硬件功能。
四、参考资料：
1.王兆安，电力电子技术．北京：
机械工业出版社，2009.
2.陈坚，电力电子学．北京：
高等教育出版社，2003.
3．闫玉德，MCS-51单片机原理与应用（C语言版），机械工业出版社，2012.
4．李全利，单片机原理及接口技术（第二版），高等教育出版社，2009.
电力电子与电力传动专业科研训练
项目验收书
班级：
学号：
学生姓名：
导师：
项目名称：
单相变频调速系统的设计
提交成果：
系统硬件、软件设计与调试，以及总结报告
特色与创新：
总结体会：
实践表现[30]：
指导教师签章：
验收与答辩成绩[70]：
验收教师签章：
最终成绩：
摘要：
以AT89C51单片机为控制中枢，基于LM339电压比较器芯片借助SPWM脉冲宽度调制技术控制MOSFET导通和关断，实现AC220V，50HZ的交流正弦电转换成电压小于220V，频率在10HZ到50HZ之间可调交流正弦电。
目录
引言
变频技术的诞生背景是交流电机无极调速的广泛需求。
传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。
20世纪60年代以后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。
但其调速性能远远无法满足需求。
20世纪七十年代，脉宽调制变压变频（PWM--VVVF）调速的研究得到突破，20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易实现。
20世纪80年代中后期、美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化，得到了广泛应用。
变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器的发展受其电力半导体器件的限制，常用功率半导体主要有：
双极晶体管BJT、绝缘栅双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGBT、巨型晶体管GTO。
变频器在纺织、印刷、塑胶、石油、化工、冶金、造纸、食品、运输都有着广泛的应用，随着各种专用的变频器出现，是变频器的应用领域进一步扩大，可以说有电机的地方就有变频器。
目前变频调速控制技术不断成熟，功率电子器件不断发展，变频器应用日益广泛，在电气传动、节能领域起着重要的作用。
作为电力电子和电力传动专业的学生对于变频技术方面应该了解，熟悉。
1.1变频技术简介：
变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用。
英译：
frequencyconversion。
变频技术的核心是变频器，通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130Hz的变化频率。
同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。
通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。
1.2通用变频器的类型：
从结构上分为：
1、交-交变频器
2、交-直-交变频器
从变频电源的性质分
1电流源型
2电压源型
区别在于
1）无功能量的缓冲
2）回馈制动
3）调速时的动态响应
4）适用范围
1.2通用变频器的结构
变频器的主回路：
整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组成。
1）整流电路：
220V的采用单相全波整流桥电路，380V系列采用桥式全波整流电路。
若电源线电压为Ul，则三相全桥整流后平均直流电压Ud=1.35L，直流母线电压为535V
2.变频系统控制电路硬件设计
2.1控制电路
（1）电路板电源滤波和指示
（2）正弦信号生成电路
（3）载波产生电路
（4）调制波信号生成电路
（5）频率设定及显示电路
（6）驱动电路。
主电路设计：
（1）整流滤波电路设计；
（2）MOSFET单相桥式逆变电路设计；
（3）LC滤波整形电路设计。
LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；
LC滤波电路
LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；
整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。
为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。
无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等）。
有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。
直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差
3.1软件设计
利用单片机AT89C51
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1．主要特性：
· 8031 CPU与MCS-51 兼容
· 4K字节可编程FLASH存储器（寿命：
1000写/擦循环）
· 全静态工作：
0Hz-24KHz
· 三级程序存储器保密锁定
· 128*8位内部RAM
· 32条可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
· 6个中断源
· 可编程串行通道
· 低功耗的闲置和掉电模式
· 片内振荡器和时钟电路
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
3.2程序流程图：
3.3程序
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitjia=P1^0;//"+"键
sbitjian=P1^1;//"-"键
sbitqueren=P1^2;//确认键
sbitshiwei=P1^4;
sbitgewei=P1^3;
sbitWr=P3^6;
sbitDAC=P2^7;
sbittongbu=P2^6;
uintf=30;//初始频率
uintc,th,tl;//定时器计数值
uintt;
uintth_0;
uinttl_0;
uinti=0;//DPTR输出值
uintk;//倍数
ucharcodeshuzhi_TAB[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
ucharcodesin_TAB1v[5][100]={{
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}
voiddelay（uintxms）//12MHz下毫秒延时
{
uinti1,j;
for（i1=xms;i1>0;i1--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voidxianshi（）//数码管显示
{
uinta,b;
shiwei=0;
gewei=0;
a=f/10;
b=f%10;
P0=shuzhi_TAB[a];
shiwei=1;
delay（5）;
shiwei=0;
delay（5）;
P0=shuzhi_TAB[b];
gewei=1;
delay（5）;
gewei=0;
}
voidkeybord（）//键盘扫描
{
while
（1）
{
xianshi（）;
if（queren==0）
{
delay（50）;
if（queren==0）
{
while（!
queren）;
break;
}
}
}
}
voiddacstart（）//DAC初始化
{
k=f/10;
t=k-1;
TMOD=0x01;//16位定时计数器方式1
if（k==1）
{
TH0=（65536-500）/256;
TL0=（65536-500）%256;
}
if（k==2）
{
TH0=（65536-250）/256;
TL0=（65536-250）%256;
}
if（k==3）
{
TH0=（65536-166）/256;
TL0=（65536-166）%256;
}
if（k==4）
{
TH0=（65536-125）/256;
TL0=（65536-125）%256;
}
if（k==5）
{
TH0=（65536-100）/256;
TL0=（65536-100）%256;
}
th_0=TH0;
tl_0=TL0;
TR0=1;
}
voidmain（）
{
c=0;
DAC=0;
keybord（）;
dacstart（）;
while
（1）
{
i=sin_TAB1v[t][c];//查表
while（!
TF0）;
TF0=0;//恢复计时器状态
TH0=th_0;//设定好的计数器值不变化
TL0=tl_0;
P0=i;
Wr=0;
DAC=0;
c++;
if（c>=100）
{c=0;tongbu=!
tongbu;}
if（jia==0）
{
delay（50）;
if（jia==0）
{
f+=10;
if（f>=50）
{
f=50;
}
xianshi（）;
t+=1;
}
}
if（jian==0）
{
delay（50）;
f-=10;
if（f<=10）
{
f=10;
}
xianshi（）;
t-=1;
}
};
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