杭州首家造车IPO正式来了
06-17
简介 近年来，变频调速技术发展迅速，应用日益广泛。
已广泛应用于工业生产和民用生活中。
本文采用单片机结合可编程PWM调制波集成芯片HEFV，实现了单片机控制的变频调速系统的设计。
单片机控制的交流变频调速系统主要由单片机系统、整流电路、逆变电路、PWM模块、关断晶闸管（GTO）驱动电路等环节组成。
本设计的单片机控制系统是整个变频调速系统的测控中心。
主要完成整个变频调速系统的检测、控制和保护。
启动前，单片机对系统进行预启动测试，只有电路电压、电流正常且无电流冲击时才允许启动。
正常工作时，单片机控制集成触发芯片HEFV产生PWM信号，同时完成速度检测、PID数字调节计算处理、监控系统运行等功能。
PWM变频调速系统是一种交-直-交调速系统。
其工作原理是利用三相二极管整流电路将三相交流电变换为直流电；整流电压波形为脉动，脉动直流电变为恒压直流电；然后通过改变每组GTO管GG'GSGsG,,G;G,G.G,G:G的交替导通时间来改变逆变器输出波形的频率。
在每组GTO控制的周期内，通过改变它们的开通和关断时间比例来改变脉冲宽度，从而改变逆变器输出电压的大小，如果每组开关元件在其时间内重复开通和关断多次，控制周期，每次输出矩形脉冲波。
如果该电压的面积接近相应的正弦波电压的面积，则逆变器的输出电压将非常接近三相正弦波。
此时，三相正弦波即可为异步电机供电，从而实现电机的平滑启动。
停机和宽范围调速。
1 最小单片机系统 本装置的单片机控制系统采用单片机作为系统主机。
由于内部ROM只有4KB，需要使用8KBEPROM进行扩展，8KBEPROM是可擦写的。
可编程只读存储器。
芯片与控制系统的连接如图1所示。
P0口通过地址锁存器74LS连接到An?A； P2端口的低5位连接到P2.0~P2.4。
AbPO口直接连接数据线D、D；片选信号来自译码器74LS的Y1。
图1所示为单片机 2变频控制的最小系统主电路。
系统主电路 本系统变频调速主电路由整流电路、滤波电路和逆变电路组成。
图2为主电路图。
为了简化控制电路、减少谐波，整流电路采用三相二极管。
整流电路进行整流。
系统的电压和频率调节均由逆变电路承担，逆变电路中所有开关器件均采用门极可关断晶闸管（GTO）。
主电路中，R、G组成的星形网络接在交流输入端，起到吸收过电压和滤除高次谐波的作用；平波电抗器L和滤波电容器G是直流侧的滤波环节，可以将脉动直流电变成恒压直流电；同样，在输出端连接由G组成的星形网络，可以使输出到电机的电压和电流接近正弦波。
3 测速电路 本系统采用光码盘和M/T方式进行高精度测速设计。
由于测速装置属于反馈环节，速度检测的精度直接影响系统的稳态控制精度。
因此，本系统采用光电码盘来测量速度，每一转都包含脉冲。
作为速度传感器，结合硬件定时器，可以记录码盘脉冲数。
本设计采用M/T方法测量速度，在高速和低速测量中都具有较高的精度，并且在较宽的速度范围内都能获得满意的结果。
M/T法测速的硬件电路如图3所示。
从图3可以看出，单片机扩展了可编程定时计数器，采用0#和1#计数器进行计数分别为脉冲和脉冲。
D触发器F1用于使m2的计数与光码盘的输出脉冲同步。
由于负边沿计数，所以添加了反相器G。
由P1.2口控制的两个计数器门分别控制gateO和gatel来启动或停止测速。
当P1.2=1、GAGEO=1、GAGE1=1时，系统启动两个计数器； 当P1.2=0时，GAGE0=0，0#立即停止计数，随后，光码盘输出脉冲的上升沿使D触发器F1翻转，Qi=0，GAGEl =0，l#停止计数。
此时，可以通过软件读取m1和m2的值。
测速脉冲双频电路利用光码盘输出两路相位差90°的矩形波输出A、B，通过“异或”门得到C点的倍频脉冲波形，改善光码盘上的测速精度。
反映电机旋转方向的方向识别电路由D触发器F2等组成。
光码盘输出的相差90°的A、B方波脉冲分别送至F2的D2、CP2端。
此时，如果电机正转，则说明A（D2）相脉冲在前，Q2=1；如果反转，则表示B（CP2）相脉冲在前，Q2=0。
将Q2端子连接到Pl.0端子，可以通过软件查询判断P1.0的高低电平，从而判断电机旋转方向。
4 逆变器触发单元设计 逆变器触发单元基于微控制器，由可编程定时计数器和PWM信号发生器HEFV组成。
主要完成控制工作，将时间常数和控制字发送给V；三个计数器可用于产生 HEFV是采用LCMOS技术制造的专用大规模集成电路芯片，可用于产生PWM逆变器的驱动信号。
HEFV可以产生三对互补的PWM信号，可以用来驱动逆变器产生对称的三相输出。
PWM信号的重复频率始终是逆变器输出频率的整数倍，从而可以保持三相平衡。
HEFV内部有3个计数器、1个解码器、3个输出端口和测试电路。
测试电路仅用于制造过程中的测试。
HEFV的三个输出端口分别对应逆变器的U、V、W相。
每个输出端口有四个输出，其中两个主输出分别用于控制每相的上、下开关器件。
在由 12 个晶闸管组成的逆变器中，两个辅助输出用于触发换相晶闸管。
HEFV的基本功能是提供驱动输出波形，以适当的顺序打开和关闭逆变器中的开关器件。
这是通过交替切换PWM芯片各相输出端口的上下主输出来实现的。
为保证同相上下主输出不同时开启，可采用互锁延时间隔，将上下主输出间隔时间分开开启。
互锁延迟间隔的长度由输出时钟OCT和K控制。
上部和下部主输出的切换由内部产生的控制信号控制。
该控制信号的电平变化将导致原本输出高电平的主输出关闭。
，经过延时间隔后，会导致原本输出低电平的主驱动输出打开。
5 结论 本文研究的是单片机控制的PWM变频调速系统。
详细介绍了变频调速系统主电路和控制电路的硬件设计方法，然后介绍了系统中的测速电路和逆变器。
逆变触发单元的设计重点分析了各电路的工作原理。
本设计可实现单片机控制变频调速系统的主要功能。
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