通用变频器论文

通用变频器论文 安徽理工大学毕业设计(论文) 摘要 I 安徽理工大学毕业设计(论文) ABSTRACT II 安徽理工大学毕业设计(论文) 目录 摘要 ....................................................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................................................ II 第一章 概 论 ................................................................................................................1 1.1 交流电动机调速技术的发展和现状 ...........................................................................1 1.2SPWM控制技术 ..........................................................................................................4 1.3 论文研究的目的和意义及内容安排 ...........................................................................5 第二章 V/F控制原理 .....................................................................................................6 2.1 V/F控制的概念 ............................................................................................................7 2.1.1 基本思想 ...............................................................................................................7 2.1.2 完全补偿的u/f线完全补偿的含义 ......................................................................7 2.1.3 v/f控制时的电流曲线 ...........................................................................................8 2.2 V/F基本原理 .............................................................................................................. 10 2.2.1基频以下调速 ...................................................................................................... 11 2.2.2 基频以上调速 ..................................................................................................... 12 第三章 通用变频器的功能及保护 ............................................................................... 13 3.1 V/F控制功能 .............................................................................................................. 13 3.1.1 变频器的V/f曲线选择 ....................................................................................... 13 3.1.2 基本U/f曲线的设置 .......................................................................................... 14 3.1.3 转矩补偿的U/f设定 .......................................................................................... 16 3.2 过电流的保护功能 .................................................................................................... 17 3.2.1 过电流的原因 ..................................................................................................... 17 3.2.2变频器对过电流的处理 ....................................................................................... 18 3.3过载保护功能 ............................................................................................................. 20 3.3.1电动机的允许持续电流和工作频率的关系 ........................................................ 20 3.3.2电子热保护器的反时限特性 ............................................................................... 20 3.3.3电子热保护功能和热继电器的比较 .................................................................... 21 3.4电压保护功能 ............................................................................................................. 22 3.4.1过电压保护 .......................................................................................................... 22 3.4.2 欠电压的保护 ..................................................................................................... 22 第四章 系统硬件设计 .................................................................................................. 24 4.1 典型A,D转换器芯片——ADC0809 ..................................................................... 24 4.2 SLE4520专用芯片的工作原理及应用的基本问题 ................................................... 25 III 安徽理工大学毕业设计(论文) 4.2.1 SLE4520简介 ...................................................................................................... 25 4.2.2 SLE4520的工作原理 ........................................................................................... 26 4.2.3 输出SPWM波频率与SLE4520工作频率的关系 ............................................. 27 4.2.4 应用SLE4520产生SPWM脉冲的制约条件 .................................................... 28 4.2.5 SLE4520硬件电路............................................................................................... 28 4.3 8279键盘显示芯片 .................................................................................................... 29 4.4 AT24C01存储芯片的使用 ......................................................................................... 30 第五章 系统软件框架的构建 ....................................................................................... 31 5.1 主程序 ........................................................................................................................ 31 5.2 键盘扫描处理模块 .................................................................................................... 32 5.3 显示模块 .................................................................................................................... 33 5.4 运行参数调整模块 .................................................................................................... 34 5.5 采样及故障 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 模块................................................................................................. 35 5.6 定时器中断模块 ........................................................................................................ 36 总结 ..................................................................................................................................... 37 参考文献 ............................................................................................................................. 39 致谢 ..................................................................................................................................... 40 IV 安徽理工大学毕业设计(论文) 第一章 概 论 1.1 交流电动机调速技术的发展和现状 电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防、科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60%-70%，成为用电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机形式多样、用途各异、拥有量最多，交流电动机又分为同步电动机和异步(感应)电动机两大类。根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85%左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。 电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能好坏对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统。以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统;以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。根据交流电机的类型，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。 众所周知，直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。但是，由于直流电动机的机械式换向器和电刷存在以下弱点，这给直流调速系统带来了不足。 ? 机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有极限容许值，这就限制了电机的转速和功率。如果要超过极限容许值，则大大增加电机制造的难度和成本，以及调速系统的复杂性。因此，在工业生产中，对转速要求高、大功率的合采用直流调速 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时都是采用低压大电流直流电机，因而导致高损耗。 ? 为了使机械式换向器能够可靠工作，往往增大电枢和换向器直径，导致电机转动惯量很大。对于要求快速响应的生产工艺，采用直流调速方式难以实现。 ? 机械式换向器必须经常检查和维修，电刷必须定期更换，使得直流调速系统维修工作量大，维修费用高，也直接影响正常的牛产。 ? 在易燃 、易爆、多粉尘、多腐蚀性气体的生产场合更不宜使用直流电动机。 由此可见 ，这将使得直流调速系统的应用也相应受到了限制。然而，采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制，满足生产发展对调速传动的各种不同的要求。 交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，具有结构简单、制造容易、坚固耐用、转 1 安徽理工大学毕业设计(论文) 动惯量小、运行可靠、很少维修、使用环境及结构发展不受限制等优点。但是长期以来由于受科技发展的限制，把交流电动机作为调速电机所存在的问题未能得到较好的解决，只有一些调速性能差、低效耗能的调速 方法 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矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础 交流电动机是多变量、非线性、强祸合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解祸，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能 2 安徽理工大学毕业设计(论文) 得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速成为可能。目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多的采用了矢量控制型的变频调速装置。实践证明，采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。 受矢量控制启迪，近年来又涌现出诸如多变量解祸控制、变结构滑模控制以及直接转矩控制等方法。针对电机参数时变特点，在矢量控制系统中增加了自适应控制技术。毫无疑问，矢量控制技术在实践应用中将会更加完善，更具有实际应用价值。 继矢量控制技术之后，20世纪80年代中期德国Depenbrock教授首先取得了直接转矩控制技术实际应用的成功。近十几年的实际应用表明，与矢量控制法相比可获得更大的瞬时转矩和极快的动态响应。因此，交流电动机直接转矩控制也是一种很有前途的控制技术。目前，采用IGBT, IGCT的直接转矩控制方式的变频调速装置已广泛应用于工业生产及交通运输部门中。 4. 微型计算机控制技术与大规模集成电路的迅速发展和广泛应用为现代交流调速系统提供了重要的技术手段和保证 早期的交流调速系统的控制器〔或系统的控制回路)多为由模拟电子电路组成。近十几年来，由于微机控制技术，特别是以单片机及数字信号处理器DSP为控制核心的微机控制技术的迅速发展和广泛应用以及大规模集成电路的应用，促使交流调速系统的控制回路由模拟控制转向数字控制。当今模拟控制器己被淘汰，全数字化的交流调速系统已经得到普遍应用。 数字化使得控制器对信息处理能力大幅度提高，许多难以实现的复杂控制，如矢量控制中的复杂坐标变换运算、解祸控制、滑模变结构控制、参数辨识的自适应控制等，采用微机控制器后便都解决了。高性能的矢量控制系统如果没有微机的支持是不可能真正实现的。此外，微机控制技术又给交流调速系统增加了多方面的功能，特别是故障诊断技术得到了完全的实现。 微机控制技术及大规模集成电路的应用提高了交流调速系统的可靠性和操作、设置的多样性和灵活性，降低了变频调速装置的成本和体积。 以微处理器为核心的数字控制已经成为现代交流调速系统的主要特征之一。用于交流调速系统的微处理器发展情况如下: (1)单片机 就组成而言，一片单片机芯片就是一台计算机，大大缩小了控制器的体积，降低了成本，增强了功能。随着单片机性能的不断提高，单片机具有了丰富的硬件资源和软件资源。然而，单片机对大量数据处理或浮点运算能力有限，因此有待于进一步提高运算速度。 (2)数字信号处理器(DSP) 为了提高运算速度，在20世纪80年代初期出现了数字信号处理器，其中采取了一系 3 安徽理工大学毕业设计(论文) 列措施，包括集成硬件乘法器、提高时钟频率、支持浮点运算等，以提高运算速度。近几年来，将DSP作成磁芯，把PWM生成、A/D变换器等集成于一个芯片上，成为一种高速的单片机。 (3)精简指令集计算机 是计算机体系结构上的一次突破，使微处理器在性能上获得了质的飞跃。在RISC以前，微处理器的进步往往只靠改进VLSI硬件的工艺，来提高时钟频率和微处理器速度。RISC则把着眼点放在经常使用的基本指令的执行效率上，依靠硬件与软件的优化组合来提高速度。在RISC中，扬弃了运算复杂而用处不大的指令，省出这些指令所占用的硬件资源，以提高简单指令的运行速度。自RISC诞生以来，经过十多年，其工作速度己从2-3MIPS (MIPS表示每秒百万条指令)提高1000MIPS, (4)高级专用集成电路 ASIC也称为适合特定用途的IC，是专用芯片的标准单元、门阵列合在一起的内部门阵列和作为程序使用的可编程逻辑阵列、可编程序阵列的结构。能完成特定功能的初级专用集成电路早已商品化，现代高级专用集成电路的功能远远超过一个发生器，往往能够包括一种特定的控制系统。 交流调速技术的发展过程表明，现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的飞速发展;现代控制理论的发展和应用，电力电子技术的发展和应用，微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。 实践证明 ，交流调速技术的应用为工农业生产及节省电能方面带来了巨大的经济和社会效益。现在，交流调速系统正在逐步取代直流调速系统。交流调速在电气传动领域中占据了统治地位己是公认的事实。 1.2 SPWM控制技术 正弦波脉宽调制(SPWM)技术在变频器中得到广泛的应用。SPWM变频器调压调频一次完成，整流器无需控制，简化了电路结构，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了输入端的功率因数，减小了高次谐波对电网的影响。此外，由于输出波形由方波改进为PWM波，减少了低次谐波，从而解决了电动机在低频区的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声。PWM技术的应用是变频器的发展主流。SPWM的调制原理是使变频器的输出脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内面积相等，改变调制波的频率和幅值即可调节逆变器输出电压的频率和幅值。 SPWM变频器的输出电压虽然接近于正弦波，但感应电动机本身因为气隙磁通、转速与转子电流是强藕合的，所以调速性能不如直流电动机，采用矢量控制技术可提高其调速性能。矢量控制的原理是采用坐标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组，两相交流绕组和直流绕组三者之间的等效关系，从 4 安徽理工大学毕业设计(论文) 而求出与交流电机等效的直流电机模型，即实现交流电动机的解耦，以便按照对直流电动机的控制方法对交流电动机进行控制，矢量控制要求由磁通观测器测出实际转子磁链幅值及相位，因此如何利用先进理论和技术实现转子磁链位置的精确观测是矢量控制技术的重要课题。 1.3 论文研究的目的和意义及内容安排 在电力拖动领域，解决好电动机的无级调速问题有着十分重要的意义，电动机调速性能的提高可以大大提高工农业生产设备的加工精度、工艺水平以及工作效率，从而提高产品的质量和数量;对于风机、水泵负载，如果采用调速的方法改变其流量，节电效率可达20%-60%。 众所周知，直流调速系统具有较为优良的静、动态性能指标。在很长的一个历史时期内，调速传动领域基本上被直流电机调速所垄断，这是和实际中交流电机的广泛使用是一对存在的矛盾，许多应用交流电机的设备为了达到调节被控对象的目的，只能采用物理的方法，例如采用风门，阀门控制流量等，这样浪费能源的问题就很突出，费用就大。而且，在采用直流调速的方面由于直流电机固有的缺点—换相器和电刷的存在，使得维修工作量大事故率高，电机的大容量使用受到限制，在易燃易爆的场合无法使用，因此开发交流调速势在必行。 交流调速的基本原理很早以前就已经确立了，由于电力变换技术和控制手段的制约，有的被限制在实验室中，有的虽付诸于实用也因稳定性、可靠性及维护等的某些不足，在当时使用范围受到了一定的研制。随着电力电子器件和微电子技术的发展，交流电动机调速性能的缺点已经成为历史，交流调速的性能已经可以和直流调速相匹敌。 在价格上，随着电力电子器件的不断进步，变频器的价格已经开始下降，变频器的推广普及已经成为可能。从节能的角度来看，变频器的推广应用很有现实意义，国家新颁布的《中华人民共和国节约能源法》第39条明确指出要求推广变频调速技术，改造现有设备。因此21世纪的调速系统必将是交流调速的天下。 本文主要内容是:对变频调速系统控制电路的设计，控制器CPU采用AT89S52单片机，对变频的控制算法进行分析与设计，其中包括恒压频比控制的算法，并且实现了恒压频比控制系统的实际运行，其中有模拟设定方式和数字设定方式，进行了算法的研究，得出了程序算法流程图。 论文的主要结构安排为:1、概论，主要介绍交流调速系统的发展，变频技术的发展条件，变频器控制系统的实现方式，变频器的发展方向等;2、V/F原理，主要介绍恒压频比控制算法的理论基础和实现方案;3、变频器功能和保护;4、硬件电路的设计，分节说明了每个芯片的设计;5、软件程序的设计，主要是画出每个模块的流程图并加以分析。最后对本篇论文加以总结并致谢。 5 安徽理工大学毕业设计(论文) 第二章 V/F控制原理 当电动机在额定转速以下调速时，其带负载能力将下降。这无疑给变频调速带来了 瑕点，影响其普及与推广。所以，如何改善变频后的机械特性，就成为了人们关注的焦 点。V/F控制是最早提出的一种比较简单的方法。 异步电机运行特性: N N0N1N2 0T1T2 U、f作用下的特性 图2-1 机械特性曲线 n U1,f1 u1',f1 T0Tm'Tm 图2。同频率下u1>u1' 图2-2 同频率下u1>u1’ 6 安徽理工大学毕业设计(论文) f1 f2 0 图2-3 f1>f2的情况 f1>f2 为什么要变频: 1 电机全压起动时，起动电流大，对电网有冲击。 2 有些场合要求电机运行特性可调(包括速度、最大力矩等)。 3 可避免大马拉小车的问题、节能。 2.1 V/F控制的概念 2.1.1 基本思想 针对Ku=kf下降时，?U在Ux中所占比例增大，造成Φm和Tkx下降的情况，采取适当提高调压比而使Ku>Kf的方法来抵偿比值?Ux/Ux的增大，而保持Φm=KΦEx / fx=const,最终使电动机的临界转矩得到补偿。这种方法称为转矩补偿，因为是通过提高u/f比(即ku>kf)而得到的，故又称V/F控制或电压补偿。许多说明书中则直译为转矩提升(Torque boost)。 2.1.2 完全补偿的u/f线完全补偿的含义 .不论fx为多大(在fx<=fn的范围内)，通过补偿，都能使临界转矩Tkx与额定频率时的临界转矩Tkn相等，简称为全补偿。 Ku(U) 0 Kf(f)图2-4 带转矩提升的曲线 图2-20 全补偿的ku-kf 线 7 安徽理工大学毕业设计(论文) 2.1.3 v/f控制时的电流曲线 考察电动机的运行是否正常的一个重要标志是它的发热。因此人们总是十分关注电动机的工作电流。 在工频下运行时，由于频率和电压都是不变的，作为传递能量的磁通的变化也不大。所以，影响电流大小的主要因素就是电动机轴上负载转矩的大小。而且，总是遵循这样的规律:负载越重，电流越大。 然而在变频调速的情况下，频率和电压都是改变的，如果设定不当，磁通的大小有可能在相当大的范围内变化。于是提出了一些新的问题，主要有: (1)动机在某一频率fx下运行时，对应于不同的u/f比(相当于在频率不变的情况下调节输入电压ux)，定子电流I1的变化规律是怎样的, (2)U/f比值已经设定的情况下，当负载的阻转矩由小到大地变化时，电动机定子电流I1的变化规律又是怎样的, 分析这些问题的基础仍然是以“能量输入——能量传递——能量输出”这三个环节的状态作为出发点的。 电流——电压曲线[I1=f(ux)] 首先假定: (1)电动机的给定频率fx不变，从而负载侧的转速nL基本不变; (2)负载转矩TL不变。所以，电动机输出的负载功率PL不变: PL=(TL*nL)?9550=const 当电动机的输入电压Ux由小到大地进行调节时，其工作状态的变化过程必然是: 电压较低时，输入功率不足，磁通偏低; 电压正好时，输入功率与输出功率平衡，磁通正常; 电压较高时，输入功率多余，磁通过多，磁路饱和。 于是，对定子电流I1变化规律的分析只需从输入功率不足和输入功率多余这两个方面入手即可。具体分析如下: 当电压偏低、输入功率不足时，转速必下降(nL?); 转子电流及其产生的磁动势将随转差的增大而增大(I2和I2*N2?); 励磁磁动势和磁通因转子磁动势的去磁效应增大而减小(I0*N1和ФM?); 结果是反电动势下降(E1?),定子电流增大(I1?)。 其实质是:当电压偏低时，需要通过增大定子电流I1来补充输入功率。 所以，电压越低，电流I1越大。在这里，I1是因为I2的增大而增大的。或者说，在电压偏低时，影响I1大小的主导因素是转子电流I2(电流的负载分量)。 当电压偏高、输入功率多余时，电压越高，磁通越多，磁路饱和，电流I1也越大。这里，I1是因为励磁电流I0的畸变和峰值增大而增大的，或者说，在电压偏高时，影响I1大小的主导因素是励磁 I0(电流的励磁分量)。 8 安徽理工大学毕业设计(论文) 综合上述，在频率和负载一定的情况下，存在着一个最佳工作点，它对应于一个最佳电压值(最佳U/f比)。在这一点，定子电流将是最小的。负载大小变动时，最佳工作点f也变动。得I1=f(Ux)曲线如图2-5所示。 I13 I1C 2 I1B 1 I1A'I1A" I1A UA"UAUCUA'UB0Ux 图2-24 I1=f(UX)曲线图2-5 I1=f(UX)曲线 图2-5所示中，曲线1、2、3分别为不同负载时的I1=f(Ux)线，A、B、C点是它们的最佳工作点。今以曲线1为例，说明如下: 其最佳工作点为A点。这时，电压为UA，电动机的定子电流I1最小，为I1A。 如将电压减小为UAˊ工作点将移至Aˊ点，电动机的定子电流增大，为I1Aˊ。 反之，如将电压增大为UAˊˊ，则工作点将移至Aˊˊ点，电动机的定子电流也是增大的，为I1Aˊˊ。 要讨论的问题是:当负载由空载逐渐增大的过程中，电流的变化规律如何(电动机的工作频率fx不变)。作为讨论的基础，我们假定:在所选的U/F比下，刚好能克服负载最重时的阻转矩。就是说，在负载最重的情况下，电动机的定子电流不超过额定值(I1max<=I1N)。这意味着，在负载最重的情况下，输入功率与输出功率正好平衡。 (1)空载时，简单地说，空载时，由于输出功率很小，于是又出现了输入功率多余的情况。或者换一个角度说，在空载时，即使不补偿(电压不提升)，电动机也能带动。因此，被提升了的电压将使电动机处于“过补偿”的状态。 其结果如前述，将引起磁路的深度饱和、励磁电流I0的波形发生严重畸变，峰值很大。在定子电流I1中，I0居主导地位。I1的有效值接近或超过额定电流IN,甚至有可能导致因过电流而跳闸 9 安徽理工大学毕业设计(论文) (2)负载逐渐增大时 转子电流I2及其磁动势I2*N2(或I2ˊ*N1)也增大。其去磁作用使励磁磁动势I0*N1与磁通ФM减小，铁心的饱和程度逐渐减轻，励磁电流的尖峰值迅速减小，故而I1反而下降，如图2-6所示的Q点以前的情形。 (3)负载较重时 当转子电流I2及其磁动势I2*N2(或I2*N1)增大到足以使铁心脱离饱和状态，励磁电流I0的波形及其有效值恢复正常时，在定子电流I1中，代表负载大小的转子电流I2又居主导地位。这以后，随着负载和转子电流I2的增大，定子电流I1也随之增大，如图2-6所示的Q点以后的情形。 综合上述，得到电流-转矩曲线如图2-6所示。 I1 Kf<1 Q IQ Kf=1 TMNTQTM0 图2-25 补偿后的I1=f(TM)曲图2-6 补偿后的I1=f(TM)曲线 线 2.2 V/F基本原理 电机运行时，若磁通弱，将无法充分利用铁心(节能的一种手段);若磁通强，将因磁通过饱和而发热，严重时将烧坏电机 所以，在调速过程中，一般保持磁通为额定值不变。三相异步电动机定子每相电动势的有效值是 E,4.44fNK,………………………………………………………………....(2-1) g1SNSm E:感应电动势。f:电源频率。Ф:磁通。 由式(2-1)可知，要保持Ф不变，则:应该保持E/f=const。 因为E难以观测掌控，而且在电源电压较高时，可以为U?E(忽略了定子阻抗)，即:变频过程中一般保持u/f=const。 基本的u/f关系图: 10 安徽理工大学毕业设计(论文) U Ue ffe 图3 关系图图2-7 基本的关系图 只要控制好E和f，便可达到控制磁通Φ的目的，如图2-10。对此，需要考虑基g1m 频(额定频率)以下和基频以上两种情况。 2.2.1基频以下调速 由式(2-1)可知，要保持Φ不变，当频率f从额定值f向下调节时，必须同时m11N降低E，使: g Ef,常值…………………………………………………………………………(2-2) g1 即采用电动势频率比为恒值的控制方式。 当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U?S E，则得 g 常值………………………………………………………………………...(2-3) Uf,S1 这是恒压频比的控制方式。低频时，U和E都较小，可以人为地把电压U抬高一SgS 些。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图2-9中的b线，无补偿的为a线。 f1>f2>f3>f4Nf1N01 N02f2 N03f3 N04f4 0TknTM 全补偿时的机械特性图2-8 全补偿时的机械特性 11 安徽理工大学毕业设计(论文) Us Us 恒转矩调速 恒功率负载 UsN UsN φmN b Us φa m ff1 1 f1N f1N 图2-9 恒压频比控制特性 图2-10 异步电动机变压变频 a-无补偿 b-带定子压降补偿 调速的控制特性 2.2.2 基频以上调速 基频率以上调速时，由于电压已经不可能再上升了(达到了额定电压)，由式2-1得知:要继续提高运行速度(频率)，电机磁通必然降低，即:基频率以上调速又称为弱磁升速。 由图2-11可知，基频以上是以牺牲电机能提供的最大力矩为代价，来换取电机高速运行的。 n f3 f2 F3>f2>f1>fe,U=Ue f1 fe T10 T基频以上特性曲线 图2-11 基频以上调速的特性曲线 综上所述:基频以下调速在力矩提升的基础上，可以保证整个运行过程中最大力矩不变，故又称为恒转矩调速;而基频率以上调速实际上是在弱磁升速，属于恒功率调速。 12 安徽理工大学毕业设计(论文) 第三章 通用变频器的功能及保护 3.1 V/F控制功能 所谓V/F控制功能，就是通过控制变频器输出部分的(ku)/(kf)值，使电动机的转矩得到不同程度的补偿，以满足生产机械的要求。 (1)全补偿的v/f线与电动机的参数有关，而电动机的型号规格很多，其参数各不相同。这就要求变频器提供的u/f线应具有可选择性。 (2)即使是同一型号，同一规格的电动机，由于应用场合的不同，对转矩的要求也不同。例如，许多机械在设计时较保守，实际所需转矩常常低于电动机的额定转矩，故不需要全补偿，有的负载常有短时间的过载，有的又根本不可能过载，对补偿程度的要求也就不同。 这是因为转矩补偿的实质是用提高电压的方法来补偿阻抗压降的。而阻抗压降的大小是和电流I1的大小有关的。因此，电动机的负载大小不同，所需要的补偿电压(从而v/f线)也不一样。 3.1.1 变频器的V/f曲线选择 (1) 设置了许多根补偿程度各不相同的 u/f线，如图3-1所示。由用户根据具体情况行设定。 Ku(U) Kf(f)图2-22 变频器设置的U/f线图3-1 变频器设置的U/f线 (2)对于u/f线的初始部分(接近原点的部分)，多数变频器不作处理，如图3-1所示。这对于低频起动时增大起动转矩不无好处。也有的新系列变频器将U/F线的初始部分设 置成如图3-2所示的那样，比较接近于图2-4所示的补偿线。 13 安徽理工大学毕业设计(论文) Ku(U) Kf(f) 图2-2U/f线初始部分的处理图3-2 U/f线初始部分的处理 3.1.2 基本U/f曲线的设置 1. ku=kf时的基本u/f线 它表明了没有补偿时的电压Ux和频率fx之间的关系，是进行v/f控制时的基准线。 有的变频器为用户提供的基本u/f线还包含了最高频率，如图3-3所示。 U/V 380380 050 f/HZ a) U/V 380380 05080f/HZ b) U/V 380380 050100f/HZ c) 14 安徽理工大学毕业设计(论文) U/V 380380 060100f/HZ d) a) fb=fMax=50HZ b) fb=50HZ, fMax=80HZ c) fb=50HZ,fMax=100HZ d) fb=60HZ,fMax=100HZ 图3-3 基本U/f 线 在这些基本u/f线中: (1)基本频率 fb和电动机的额定电压相对应; (2)高频率fMax和最大的外接给定信号Xmax相对应。 2. 基本u/f线的设定要点 如无特殊情况，基本频率应按电动机的额定频率来设定:fb=fN。 如fb?fN，电动机的运行将会出现不正常的情况。 (1)fbfN 图3-4 基本U/f的错误设定 (2)fb>fN 如设fb=60HZ(fN=50HZ)，如图3-4b所示。当fx=fN=50HZ时，UX=(50/60)UN=0.83UN,即当电动机在额定功率下运行时，却得不到额定电压，使电动机的带负载能力减小。 15 安徽理工大学毕业设计(论文) 3.1.3 转矩补偿的U/f设定 1. 单一U/f比的补偿设定线 各种变频器都提供了许多根U/f线，由用户根据负载情况进行设定。所提供的U/f线有两类: (1)恒转矩的U/f线 1)起点:fx=0,Ux=用户设定的补偿程度。 2)终点:fx= fN, Ux= UN。 如图3-5所示的曲线1及其以上部分。 Ku=1U(ku) 5 43 2100201 Kf=1 fNf(kf)0 图3-18 手动U/f设定线 图3-5 手动U/f设定线 (2)负补偿的U/f线 风机和泵类负载的阻转矩是和转速的二次方成正比的。低速时，即使ku=kf,电动机仍处于轻载状态。从节能的角度出发，ku还可以减小，使U/f线移至基本U/f线(曲线0)的下方，如图3-5所示的曲线01和02。这种减小电压的措施，称为负补偿。 设定U/f线的原则是，以最低工作频率时能带动负载为前提，尽量减小补偿程度。 2. U/f比分段的补偿 有的负载的阻转矩与转速大致成比例。针对这种负载，有的变频器提供了分段补偿的功能，即转速低时，负载转矩小，补偿也少一些，转速升高，负载转矩加大，补偿程度也加大，如图3-6所示。 U(ku) UN Ux2 Ux1 fx1fnfx2f(kf) 图3-19 分段U/f比的补 偿线图3-6 分段U/f比的补偿线 16 安徽理工大学毕业设计(论文) 3. 自动U/f设定 即根据负载电流的大小自动地调整U/f比的功能。但自动调整的U/f线，通常是和基本U/f线平行的，如图3-7所示。 U(ku) UNN S 0f(kf)fN 图3-20 自动U/f 设定 线图3-7 自动U/f设定线 自动U/f设定功能对于变动负载来说，是有利的，它可以避免负载较轻时的补偿过分现象。但对于连续而比较稳定的负载来说，它所需要的U/f线实际是如图3-20中虚线SN所示的那样。如采用自动U/f功能，则当fx时，调速系统的工作点将在不同的U/f线之间转移，反使拖动系统增加了不稳定因素。 因此，是否选用自动U/f比功能，要根据负载的变化情况来决定。 3.2 过电流的保护功能 变频器中，过电流的保护的对象主要是指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值得情形。 由于逆变器件的过载能力较差，所以变频器的过电流保护是指至关重要的一环，迄今为止，已发展得十分的完善。 3.2.1 过电流的原因 1(工作中过电流 即拖动系统在工作过程中出现过电流。其原因大致来自以下几个方面: (1)遇到冲击负载，或传动机构出现“卡住”现象，引起电动机电流的突然增加。 (2)变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。 (3)变频器自身工作的不正常，如逆便桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替导筒的工作过程中出现异常。例如由于环境温度过高，或逆变器件本身老化等原因，使逆变器件的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通、而另一个器件却还未 17 安徽理工大学毕业设计(论文) 来得及关断，引起同一桥臂的上、下两个器件间的“直通”，使直流电压得正、负极间处于短路状态，如图3-8所示: 图4-1 逆变桥臂直通图3-8 逆变桥臂直通 2(升速中的电流 当负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短时，将产生过电流。这是因为，升速时间太短，意味着在升速的过程中，变频器的工作频率上升太快，电动机的同步转速n0迅速上升，而电动机转子的转速nM则因负载惯性较大而跟不上去，导致转子绕组切割磁力线的速度太快(等于转差太大)，结果是升速电流太大，如图3-9a: 图4-2升速与降速的情形a) 升速太快 b) 降速太快 升速太快降速太快 图3-9 升速与降速的情形 3(中的过电流 当负载的惯性较大，而降速时间设定的太短时，也会引起过电流。因为，降速的时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这也同样使转子绕组切割磁力线的速度太快而产生过电流，如图3-9b所示。 3.2.2变频器对过电流的处理 在实际的拖动系统中，大部分负载都是经常变动的。因此，不论是在工作的过程中，还是在升、降速过程中，短时间的过电流总是难免的。所以，对变频器过电流的处理原则是，尽量不跳闸，为此而配置了防止跳闸的自处理功能(也称防止失速功能);只有当冲击电流的峰值太大，或防止跳闸措施不能解决问题时，才迅速跳闸。 今就过电流的自处理功能说明如下: 1(工作过程中过载 由用户根据电动机的额定电流和负载的具体情况设定一个电流限 18 安徽理工大学毕业设计(论文) 值Iset，当工作电流超过此限值时，变频器将自动地适当降低其工作频率，当工作电流降到限值以下时，工作频率也逐渐回复，如图3-10所示。 图4-3工作中的防跳闸 图3-10 工作中的防跳闸 当fx >fN时，电动机的实际工作电流将减小，即使赌转，电流也不大。因此，电流限值应适当的减小，如图3-11所示。 图4-4 时的电流限值图3-11 fx>fN时的电流限值 2(升、降速时的过电流 在升速和降速的过程中，当电流超过Iset时，变频器将暂停升速(降速)，待电流下降到Iset以下时，再继续升速(降速)，如图3-12所示。这样处理后，实际上自动地延长了升速(或降速)的时间。 图4-5 升速时的防跳闸图3-12 升(降)速时的防跳闸 19 安徽理工大学毕业设计(论文) 3.3过载保护功能 过载保护功能主要是保护电动机的。常规的电动机控制电路中，是用具有反时限特性的热继电器来进行过载保护的。在变频实现反时限的保护特性，大大提高了办户的可靠性和准确性。由于它能实现和热继电器类似的保护功能，故称为电子热保护器或电子热继电器。 3.3.1电动机的允许持续电流和工作频率的关系 电动机在低速运行时，由于散热条件变差，允许持续电流将减小。图3-13所示的电动机的允许持续电流Ima和工作频率fx关系曲线。 图4-6 允许持续电流和频率的关系图3-13 允许持续电流和频率的关系 由于同一容量的变频器配用的电动机容量并不是一定的。例如，一台55kVA的变频器，当用于不变负载时，可配用37kW的电动机，而用于变动负载或断续负载时，由于允许电动机短时过载，故只能配用,,kV甚至,,kV的电动机。为此，变频器提供了由用户根据配用电动机的额定电流来设定Ima,f(fx)曲线的功能。用户在设定时，应先求出配用电动机的额定电流与变频器额定电流之比: IM%=(IMN/IN)*100%………………………………..………………………………(3-1) IM%是电动机向变频器取用电流的百分比，简称电流取用比。 3.3.2电子热保护器的反时限特性 ,电动机的发热 电动机在通入电流后，将产生热能，使温度升高。而在电动机的温度与周围的温度间产生温差的同时，也开始了散热的过程。温差越大，散热也越快。所 -14所示。 以，电动机的温度不是按直线规律上升的，而是按指数规律上升的，如图3 20 安徽理工大学毕业设计(论文) 图4-7 电动机的发热曲线图3-14 电动机的发热曲线 当温升达到一定程度时，电动机内产生的热量和散发的热量相平衡，温升值将不再增加，这时的温升称为稳定温升。 实际情况表明:过载电流越大，达到稳定温升的时间越短。 ,反时限保护功能 根据电动机在过载后的发热情况，要求过载后的发热情况，要求过载保护能够做到过载越多，保护动作时间越短。这就是所谓的反时限保护特性，如图3-15所示。图中，横坐标是电动机电流IM，纵坐标是保护动作时间。 图4-9反时限保护特性图3-15 反时限保护特性 3.3.3电子热保护功能和热继电器的比较 变频器内的电子热保护功能和普通的热继电器相比较，主要区别有以下几点: (1)(共同点 两者都具有反时限特性，即电流越大，动作时间越短。 (2)(不同点 1)电子热保护功能通过微机运算，其反时限特性可以和电动机的发热和冷却特性相吻合，从而比较准确地计算保护动作的时间。但在普通热继电器中，其发热特性是难以和电动机的发热特性相吻合的。 2)子热保护功能可以对不同工作频率时的不同特点作出反映，普通继电器则不能。 21 安徽理工大学毕业设计(论文) 总之，与普通热继电器相比，电子热保护功能在保护电动机过载方面，具有既准确，又灵活的优点。所以，在“1控1”(一台变频器控制一台电动机)的情况下，变频调速系统中是不必接入普通继电器的。 3.4电压保护功能 .1过电压保护 3.4 1产生过电压的原因 (1)电源过电压 (2)降速时因反馈能量来不及释放而形成的再生过电压。 (3)在SPWM调制方式中，电路是以系列脉冲的方式进行工作的。由于电路中存在着绕组电感和线路分布电感，所以在每一个脉冲的上升和下降过程中，可能产生峰值很大的脉冲电压。这个脉冲电压降叠加到直流电压上去，形成具有破坏作用的脉冲高压。 2 过电压的保护措施 (1)电源过电压 对于电源电压的上限，一般规定不能超过额定电压的10%，当电源线电压为380V时，其上限值为420V。某些国外进口的变频器的最高工作电压可达到460V，这对于国内用户来说是十分有利的。 由于电源电压过高，将直接反应在整流后的直流电压上;同时，再生过电压也直接反应在直流电压上，所以，进行电压保护时的”取样电压”总是从主电路的直流电路中取出。 (2)再生制动时的防止跳闸功能 和升速过程中的过电流时的防止跳闸功能一样，在降速过程中出现的过电压，也可以采取暂缓降速的方法来防止它跳闸。即由用户设定一个电压的限值Uset(通常由变压器自行设定)，如在降速过程中，UD>Uset时，则暂停降速，当UD降至Uset以下时，再继续降速。 (3)脉冲过电压的保护 对于由电路电感引起的脉冲过电压，采用常规的“检测-判断-保护”的方式是来不及保护的，通常采用吸收的方法来解决。常见的吸收装置有压敏电阻吸收和阻容吸收电路等。 3.4.2 欠电压的保护 1产生欠电压的原因 (1)电源方面 1. 电源电压过底 2. 电源缺相 (2)电路方面 1)整流器件损坏，如果六个整流二极管中有部分因损坏而短路，则整流后的电压将下降，如图3-16。 2)限流电阻RL未“切出”电路。图3-16，电阻RL是在电源刚合闸时，用以限制 22 安徽理工大学毕业设计(论文) 滤波电容CF的充电电流的。当CF上的电压上升到一定程度时，晶体管VT导通，将RL“切出”电路。如果由于某钟原因，使VT不能及时导通，或VT损坏，使RL长时间接入电路，负载电流将得不到及时的补充，导致直流电压的下降。 图3-16 主电路的整流与滤波 图4-11 主电路的整流与滤波2关于欠电压的保护 (1)关于电源方面引起的欠电压，变频器设定的动作电压一般较低，显得不很严格。这是因为:1欠电压的后果之一，是电动机的转矩下降，而新系列的变频器都有各种补偿的功能，使电动机能够继续运行。2欠电压的另一个后果是电动机的电流增大，而变频器又具有完善的过载功能。 (2)对于整流器件和晶闸管的损坏，应注意检查，及时更换。 23 安徽理工大学毕业设计(论文) 第四章 系统硬件设计 4.1 典型A,D转换器芯片——ADC0809 1(主要特性 1)8路8位A,D转换器，即分辨率8位。 2)具有转换起停控制端。 )转换时间为100μs3 4)单个，5V电源供电 5)模拟输入电压范围0,，5V，不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-40,，85摄氏度 7)低功耗，约15mW。 2(内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A,D转换器，内部结构如图4-1所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D,A转换器、逐次逼近。 图4-1 ADC0809内部结构框图 寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。 3(外部特性(引脚功能) ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。下面说明各引脚功能: 24 安徽理工大学毕业设计(论文) IN0,IN7:8路模拟量输入端。 ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE:地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START: A,D转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC: A,D转换结束信号，输出，当A,D转换结束时，此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。 OE:数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A,D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF(+)、REF(-):基准电压。 Vcc:电源，单一，5V。 GND:地。 ADC0809的工作过程是:首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A,D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A,D转换完成，EOC变为高电平，指示A,D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 4.2 SLE4520专用芯片的工作原理及应用的基本问题 4.2.1 SLE4520简介 SLE4520是一种8位可编程的脉宽调制器，在它的内部集成有一个地址锁存器，一个振荡器，一个四位分频系数锁存器，一个可编程分频器，一个死区时间锁存器，一个死区时间设置和封锁逻辑电路，三个检测器及一个允许/禁止触发器等。它的管脚排列如表4-1所示。 表4-1 SLE4520引脚功能说明 引脚 符号 功能说明 号 1 V +5V DD XTAL1/X 2/3 晶体振荡器引脚 TAL2 4~11 P7~P0 数字输入通道引脚 25 安徽理工大学毕业设计(论文) 12 PH3/2 第3相输出2(低电平有效) 13 PH3/1 第3相输出1 14 PH2/2 第2相输出2 15 V 地端 SS 16 PH2/1 第2相输出1(低电平有效) 17 PH1/2 第1相输出2 18 PH1/1 第1相输出1(低电平有效) 禁止(高电平有效)，把各项输出置高19 INHIBIT 电平 20 STATUS 状态触发器输出端 21 CLEAR 清零状态触发器 22 SET 设定状态触发器 23 RES 芯片复位 24 来自μC的脉冲输入 WRWR 25 ALE 来自μC的ALE时钟输入 26 CS 片选 27 SYNC 来自μC的设置计数器初值脉冲 28 CLKOUT 晶体振荡器频率输出 4.2.2 SLE4520的工作原理 SLE4520工作原理的实质就是将一定的数字量转换成相应脉冲宽度的矩形波信号， 该工作过程由下图4-2来说明。 微 寄存器计数初值 处理 器 可递定CL预置分减计时器 K 频器 数器 输出 振荡 器 SLE4520之部分 26 安徽理工大学毕业设计(论文) 图4-2 SLE4520工作原理图 最初计数器被封锁，输出为高电平，微处理器根据用户脉宽需要设置好外接定时器内的定时时间常数和SLE4520内部的分频器的分频比，然后由微处理器根据用户对输出脉宽的要求将递减计数器的计数初值常数送入SLE4520内的寄存器。在定时器所产生的有效高电平信号作用下，递减计数器按照分频器的时钟频率，以寄存器内的数值为计数初值开始减1计数，直至为零为止。在这段计数时间内，输出端均为低电平。这个低电平的宽度即为对应的SPWM脉冲宽度。由此可见，减1计数器只有在同步信号为高电平触发时，才开始计数，当计数到零就停止计数，直到下一个有效同步信号来到，又从寄存器中取出计数初值，开始计数，当在同步信号无效期间，改变寄存器的数值，那么在输出端就得到变化的脉冲宽度。也就是说，SLE4520内部的递减计数器的计数初值时间，决定响应的SPWM脉冲的宽度，而要外接同步信号的周期，即定时器的定时时间决定着SPWM波的开关频率，因此一定的频率的SPWM波的产生过程，就是按照一定的顺序将与各个脉宽对应的计数时间常数送入寄存器内由计数器计数，计数器输出得到的是一系列脉冲信号，这就是所要求的SPWM脉冲信号。 4.2.3 输出SPWM波频率与SLE4520工作频率的关系 SLE4520在外围硬件支持下产生SPWM波的实质就是用一系列等幅不等宽的矩形脉冲近似出正弦波。正弦波与等分点数及脉宽调制波之间的关系是可将正弦波的一个周期分为若干等分，每一个等分点都对应着一个正弦值，并且SLE4520内递减计数器的时间常数与这些正弦值一一对应。由于所逼近的正弦波波形是由各个等分点的正弦值所构成的，所以又把这些点称为“合成点”。所谓的SPWM信号，就是由这些正弦值对应的计数器的计数数目或计数时间转换成的脉冲宽度或占空比的大小。若占空比为50%，则该脉宽对应的输出电压为零，占空比为100%是对应的输出为电压最大值。占空比为0%时，则对应的是输出最小(负最大)的电压值。另外，决定调制脉宽的计数器的计数时间应当小于或等于由定时器所产生的同步信号的周期。当要合成一个特定频率的正弦波时，开关周期(计数频率)通常是保持不变的，而从一个合成点到另一个合成点的脉宽值却在变化，这些脉宽值通常存于微处理器的数据区。由此可知，SPWM调制脉冲实际上是利用一系列幅值相等而脉冲宽度正比与某正弦波函数值的矩形脉冲序列来替代正弦波的，从而便得到近似的正弦波特性。当这些准正弦脉冲序列加到感性负载时，便可得到一近似的正弦电流，显见合成点数目越多，相对正弦特性的误差就越小，脉冲序列特性及电流波形就越接近实际的正弦波特性，一般情况下，当正弦周期合成数目达到36以上时，其合成正弦波就已很理想了。为了保证三相系统应用时产生相位互差120º的三相电压，所选择的合成点数必须能够被6整除，否则便难保证三相平衡及得到相位互 ?差为60的三相六路SPWM控制脉冲。从上面的分析可以得到，SPWM调制方式可使正 27 安徽理工大学毕业设计(论文) 弦电流由若干个合成点近似得到，每个合成点至少对应着一个开关周期，所以合成正弦波的频率可以由下式来计算: fs ………………………………………………………………………………………(4-1) f,TS*N 式中f为开关频率，S为合成点数目。N为每个合成点上相同脉冲的数目， f为s T合成正弦波的频率。 4.2.4 应用SLE4520产生SPWM脉冲的制约条件 根据SLE4520脉宽调制器的设计特点，将SLE4520产生的SPWM脉冲用于变频系统时，逆变器主电路中开关器件在其输出电压一周期内要开关N次，而主电路中开关器件的开关能力与主电路的结构及其换流能力有关，抛开主电路所选用的功率器件开关能力及电路结构和换流能力的影响，就SLE4520本身来说，其可输出SPWM脉冲频率受下列两个因素的限制: 1.开关频率。 2.调 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 。 4.2.5 SLE4520硬件电路 如图4-3所示，SLE4520具有3个独立的通道，每个通道有一个8位锁存器、一个可预置数的减1计数器和一个零检测器。和一个微处理机相配合，在适当的软件控制下，这3个通道就能产生驱动三相逆变器的SPWM三相六路信号，波形不局限于正弦调制。由微处理机中的定时器决定逆变器的开关频率，具有内部封锁能力和可编程推迟时间的能力，这些特点使它特别适合于交流电机的变频调速。 图4-3 SLE4520内部结构框图 28 安徽理工大学毕业设计(论文) 1.将SLE4520的脚1接+5V ,脚15接地。脚2与脚3间接12MHz晶振。将SLE4520的RES (脚23) 与AT89S52的给电复位电路的输出相连，保证开机时以相同的状态开始工作。 2.AT89S52的P0口和SLE4520的P0~P7相连，为数据总线。SLE4520的六路输出口(脚18、17，脚16、14，脚13、12)接到驱动模块的输入端(接光耦发光二极管的阴极)，以输出SPWM脉冲。 3.SLE4520的SYNC端接至AT89S52的一个IO口上，由AT89S52CPU控制SLE4520内部的三个可预置的计数器同时启动。 4.SLE4520的SET STATUS接至外部故障电路的输出端，一旦故障电路中任一故障出现时，通过该端将对SLE4520的六路输出进行封锁。 4.3 8279键盘显示芯片 编码键盘主要用硬件来实现键的扫描和识别，下面介绍使用专用芯片8279的键盘接口。8279可同时提供键盘和数码显示的可编程接口，键盘部分也可作传感器开关阵列的接口，适合中小规模的键盘及最大16位的数码显示的场合，可与8位微处理器总线相连。 8279有40个引脚除，5V电源接线和地线外，依功能分为3组:与CPU的接口连线、与键盘的接口线以及与显示器的接口线。 (1)与CPU的接口线 (a)D0,D7:双向数据总线。CPU通过这组接线向芯片写入工作方式控制命令字和显示输出的数据，读回芯片的工作状态和键盘编码。 (b)CS:片选输入线。低电平允许对芯片的读、写操作。 (c)A0:地址码最低位输入线。低电平选中片内数据寄存器，高电平选中片内命令和状态寄存器。 (d)RD、WD:读、写控制线。分别控制数据命令和状态的读、写。 (e)RESET(复位输入线)、IRQ(中断请求线)及CLK(时钟线，系统送入时钟作芯片内部定时)。 (2)与键盘的接口线 (a)SL0,SL3:扫描信号线，用作键盘的行扫描信号，以及数码的位选信号。可编程使芯片工作在编码方式或译码方式，前者按SL0,SL34位编码输出16种编码正脉冲，后者按SL0,SL3顺序输出负脉冲，按编程的时钟频率周而复始地输出。 (b)RL0,RL7:回馈信号输入线，与键盘的列线相连。当芯片输出行扫描信号时，芯片自动接收这些列线回馈信号。当有按键按下时，经约10ms消抖处理，被按下的键所在的列输出低电平信号，其他列输出高电平。 (c)SHIFT、CNTL,STB:位移、控制,选通输入方式信号线。在键盘方式时， 29 安徽理工大学毕业设计(论文) 此两线的状态和闭合键的参数一起决定键的定义。8279支持64个键的键盘，加上此两线的4种编码，键定义码可达256个。在选通输入方式时，CNTL,STB线用作数据送入FIFO的选通线。 (3)与数码显示器的接口线 SL0,SL3扫描信号线也是数码显示器的位选信号线。除此以外，还有: (a)OA0,OA3、OB0,OB3:数据输出线。数据显示器的段码从这两组线输出，它们与位选线SL0,SL3同步，实现分时数据显示。芯片内部有一个16字节长的显示存储器，存储欲显示的段码，最大可支持16位数码显示。 (b)BD:消隐信号线。此输出信号用来在显示数据切换时进行消隐，以免显示跳动，此信号也可由消隐命令产生。 4.4 AT24C01存储芯片的使用 (1)AT24系列存贮器芯片采用CMOS工艺制造，内置有高压泵，可在单电压供电条件下工作。其标准封装为8脚DIP封装形式，各引脚的功能说明如下: SCL:串行时钟。在该脚的上升沿时，系统将数据输入到每个EEPROM器件，在下降沿时输出。 SDA:串行数据。该引脚为开漏极驱动，可双向传送数据。 A0、A1、A2:器件/页面寻址。为器件地址输入端。在AT24C01/02中，该引脚被硬连接。 Vcc:一般输入+5V的工作电压。 (2)总线状态及时序 A24C01的SCL及SDA两总线可通过一个电阻上拉为高电平，SDA上的数据仅在SCL为低电平时周期才能改变。当SCL为高电平时，SDA的改变表示“开始”和“停止”状态。此时，所有地址和数据字都以8位串行码方式输入输出EEPROM。 开始状态:SCL为高电平时，SDA由高电平转入低电平。该命令必须在其它命令前执行。 停止状态:SCL为高电平时，SDA由低电平转入高电平。该命令可终止所有通讯。 确认:相同总线上的设备在收到数据后，以置SDA为低电平的方式对其进行确认。 (3)器件寻址 AT24系列EEPROM在开始状态后需紧接一个8位器件地址，以进行应读写操作。设备寻址码的高4位为1、0、1、0，对于AT24C01/02，寻址码高4位后面的三位是器件寻址码，与它们的硬连线管脚相对应。最低应是读写选择位，置0时可激发读操作。 具体的格式如下:1010A2A1A0R/W 30 安徽理工大学毕业设计(论文) 第五章 系统软件框架的构建 5.1 主程序 开始 系统.8279.SPWM芯片等变量的初始初始化模块化 键盘扫描时间到 Y N扫描模块 LED显示时间到 Y N 显示模块 运行调整时间到 Y N Y运行参数调整模块 采样时间到 Y 采样(电压.电流) N N 故障检测模块 图5-1 主程序流程图 31 1 结束 安徽理工大学毕业设计(论文) 如图5-1所示，主程序主要负责各个模块的运行调度:首先系统运行前，先对系统相关参数、部件进行初始化;其次，当某模块需要运行的时间到时，就调用相关模块运行。总体来说，可以认为本系统采用分时轮转的系统运作模式。系统主要包括的模块(任务)有:键盘扫描处理模块、显示模块、运行参数调整模块、采样和故障检测模块等，下面将一一做出分析。 5.2 键盘扫描处理模块 开始 N1有按键 读键值 调整当前载入参数置Status=Acc调整下一调整当前选中的默认值，置fs=fb选中的个LED被并保存于Status=DecLED减1N=f?/fsLED加1选中(闪烁)2401中M=f(fs) 参数在范围内则调2401的存储函数保存 1 开始 图5-2 键盘扫描处理流程图 如图5-2所示，系统定义了7个按键:+、-、MOVE、SET、RUN、STOP、LOAD(按流程图中左至右的顺序)。当在设置模式下，+和-键用于调整被选中的LED显示的 32 安徽理工大学毕业设计(论文) 参数值;MOVE用于切换下一个LED为被选中状态(闪烁);SET用于保存设定好的参数到AT24C01中去;RUN和STOP是在运行模式下，向变频器发送启动和停止运行命令;LOAD用于一键恢复系统出厂设定的参数值，便于重新修改等。 5.3 显示模块 开始 Status=SET YN 显示设置值有故障 YN 根据故障号,把相Show Type运行时的显示类型应的故障码送显示缓冲区 UIF Show=Sample IShow=Sample UShow=fs Show值送显示缓冲区显示 结束 图5-3 显示模块流程图 显然，显示模块要分2部分考虑:1是在设置模式下，要显示用户正在设定调整的参数值，2是在运行模式下，要显示用户想要了解的相关变量的当前时实值(包括电流、电压、频率、速度等)。用户在运行状态下按下MOVE键，可以起到切换显示变量的目的(即:MOVE除了设定模式下切换被选中的LED的功能，还具有运行模式下切换显示变量的功能，限于篇幅，在键盘模块中并未体现于流程图中)。若在运行中出现了某种故障，则应优先显示故障码，以便及时维护和检查系统。 33 安徽理工大学毕业设计(论文) 5.4 运行参数调整模块 YY N YNY Y N t=t-1N YY N N N N Y N N N YYY N YNY开始结束 Status=ACC 故障状态者为:Error=OU或Status=work过压(OU)或过Error=OI流(OI) Error=OU或图5-4 运行参数调整模块流程图 fs=fs+step UStatus=DECError=OI 本模块是整个系统得以运行的核心模块，主要起到了运行状态的切换，时实调整 Error=OU或SPWM频率和幅值的作用。整个系统运行时，变频器的状态分为:加速态(ACC)、工fs>=fefs=fs-step1fs=fefs<=fDBStatus=STOP34 N=f?/fsM=f(fs) Status=BREAKfs=fet=BREAK_TIMEN=f?/fsM=f(fs) N=f?/fsN=f?/fsM=f(fs)M=f(fs) 安徽理工大学毕业设计(论文) 5.5 采样及故障检测模块 开始开始 CH=0Error=OK Y SampleI=MaxI0809忙 YY N Error=OI启动0809 Y SampleU>MaxU0809忙 N Y 读采样值Error=OUSampleU=0时间为0 Y N N相应模块“定时K=0到”变量置1 结束结束 图5-6 定时器0、1中断服务流程图 T0的主要任务:1将计算得到的t1，t2，t3这3相脉宽值送给外部的SPWM发生器，进而产生频率和幅值可调的SPWM波;2在系统为制动状态下时，保持脉宽不变，给电机输入直流电。总而言之，T0是实际产生波(交流的、直流的)的程序模块，如图5-6(右)。而T1相当于时分系统的心跳，主要负责各个模块的定时调度。某模块定时到时，将在主程序中被调用执行。 36 安徽理工大学毕业设计(论文) 总结 2007年的4月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。遇到困难，我会觉得无从下手，不知从何写起;当困难解决了，我会觉得豁然开朗，思路打开了;当论文经过一次次的修改后，基本成形的时候，我觉得很有成就感。同时，我也在思考，毕业论文的完成预示着什么, 预示着我即将毕业，即将走出可爱的校园步入社会的大讲堂，开始我的又一个新的人 生旅程。那么，我应该记下一些东西，对我的毕业论文做一个总结，划上一个完整的句号。 2006年4月，当我接到选题通知后，开始着手论文的准备工作。开始的时候，我不知道要写哪方面的，而且这个范围要掌握好，不能太窄，因为写起来会有局限性，也不能太宽，，这样就写不出新意，很难有较高的突破了。于是我主动找我的导师王宾老师商讨我的选题，及时与他沟通。通过老师的指导与帮助，在几个备选选题范围内确定了变频技术这个领域的，因为考虑到变频技术确实很多而且也是一个发展趋势，但真正认真研究它的却不多，因此，我确定了要写这个方面的。与此同时，我就开始了搜集资料的重要工作。 在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本，专门收集有关变频技术的资料。我去学校的图书馆，阅览室，，利用空闲时间，上网搜集等各种方式方法，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后，我认真对资料进行分类，理论的、实际的例子、图片等等相关内容整理出来，列出提纲，再与老师进行沟通。 2007年4月，老师对我的所准备的资料基本满意，于是我们开始对论文题目的推敲。在不断的肯定与否定中，并且结合我实际现有的资料内容，最终把题目确定为“通用V/F控制的变频研制”。确定好题目以后，我开始准备我的开题 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 和论文提纲，并在 2007年5月上交了我的开题报告和论文提纲。 在2007年5月的5.1期间，由于一些原因，与老师就很难见面了，于是我赶在放假之前又与老师积极碰面，把我的思路与具体提纲给老师审阅，并一起商讨，以便在假期中撰写论文。假期中，我按照论文的提纲，开始动笔写论文。在此期间，与老师电话或短信以及利用E-mail进行沟通。 2007年6月，我上交了我的论文。老师对这次的修改很满意，说基本就可以了，正文中的一些小的地方再修改一下，论文的其他部分内容，如:英文资料及翻译、论文的封面格式等再进行补充完善，就没什么问题了。我的心常常出了一口气，觉得身上的担子轻了一点，觉得就像打了一场仗，胜利的曙光就在眼前那种感觉。当然，至此，我知道还不是整个论文的完成，因为还需要答辩，还要有答辩老师的提问与意见，我的论文 37 安徽理工大学毕业设计(论文) 才能最终定稿。因此，我还需要继续努力，好好准备答辩，认真检查我的论文，更好的完善。 以上就是我写毕业论文的整个创作过程，虽然辛苦，但很幸福。 最后，还是要感谢我的导师—--王宾老师，和我们一起辛苦，一起感受汗水与微笑的幸福。 38 安徽理工大学毕业设计(论文) 参考文献 1.张燕宾.SPWM变频调速应用技术.机械工业出版社，1999年 2.朱定华编著.单片机原理及接口技术.电子工业出版社,2001.4 3.王兆安等编著.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2001.3 4.吴安顺主编.最新实用交流调速系统.北京:机械工业出版社,1998.6 5.李发海等编著.电机与拖动基础.北京:清华大学出版社,1993.7 6.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统. 北京:机械工业出版社,1992.2 7.沙占友等编著.单片开关电源最新应用技术. 北京:机械工业出版社,2003.1 8.康华光等编著.电子技术基础. 北京:高等教育出版社,1998.7 9.Rolf Schonpf.Digital Regelung Elektrrischer Antrieke.Huthig Buchverlag,1992 10.苏彦明编.电力拖动系统的计算机控制.西安:西安交通大学出版社,1988.6 11.SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmble Controller System Manual.2000 12.Richard C.Dorf Robert H.Bishop Modern Control Systems ,Pearson Education,2002 13.戴梅萼编著.微型计算机技术及应用.北京:清华大学出版社,1995.12 14.邵丙衡主编.电力电子技术.北京:中国铁道出版社,1997 15.赵良炳主编.现代电力电子技术基础.北京:清华大学出版社,1995 16.李序葆主编.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社,1996 17.陈治明主编.电力电子器件基础.北京:机械工业出版社,1992 18.谢克明主编.现代控制理论基础.北京:工业大学出版社,1999.7 19.Phillips e h.digital control system analysis and Design,1984 20.蔡开源主编.计算机控制原理与应用.北京:清华大学出版社,1995 39 安徽理工大学毕业设计(论文) 致谢 经过2个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师王宾老师。王老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是王老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩王老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢和我一起作毕业设计的其他同学，他们本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。 然后还要感谢大学几年来所有的老师，为我们打下自动化专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢我的母校—安徽理工大学来对我的大力栽培。 40