基于sa4828的智能化全数字式专用变频器的硬件设计

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1、基于SA4828的智能化全数字式专用变频器的硬件设计摘要:本文介绍了利用大规模专用集成电路SA4828设计变频器的方法。系统主要包括主电路与控制电路,主电路采用IPM(智能功率模块)作为主功率器件。控制电路由8051单片机最小系统和英国MITE公司的增强型运动控制大规模集成电路SA4828三相SPWM产生器及少量的扩展外围芯片构成,充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点。主要内容包括:变频系统的主电路、SPWM发生电路、驱动电路、保护电路、速度检测、调速系统,实现了变频调速的全数字化控制,

2、实时性好,可靠性高。关键词:单片机、SA4828、SPWM、变频调速、智能功率模块1.概述交流电动机,尤其是感应异步电动机,具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便,可工作在恶劣的环境中等突出的优点,越来越受到人们的关注。其中,应用最广的变频调速技术,以变频器向交流电动机供电。变频器可以把原先固定电压和频率的交流电源转换为可变电压、可变频率的特殊的交流电源,已经成为交流调速的核心部件。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

3、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。2.电机变频调速系统2.1系统调速原理变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。同步电动机不消说,即使是异步电动机,其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系,在电动机磁极对数不变的情况下,通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。在进行电机调速时,通常要考虑的一个重要因素是,希望保持电

4、机中每极磁通量为额定值,并保持不变。电机磁通的减小,势必造成电机电磁转矩的减小。由于电动机设计时,电动机的磁通常处于接近饱和值,如果进一步增大磁通,将使电动机铁心出现饱和,从而导致电动机中流过很大的励磁电流,增加电动机的铜损耗和铁损耗,严重时会因绕组过热而损坏电动机。因此,在改变电动机频率时,应对电动机的电压进行协调控制,以维持电动机磁通的恒定。-6-2.2单片机控制的变频调速系统2.2.1系统框图保护电路外围设备(如串口、键盘、显示等)8051SA4828电动机回路A/D检测电路图12.2.2硬件系统原理图

5、图2该硬件系统主要包括主电路与控制电路两个部分,其中主电路包括交-直-交变频电路(本设计采用IPM集成模块)与电动机;控制电路包括8051主控制模块、SA4825产生SPWM波模块、驱动模块以及外围设备模块(如键盘输入、液晶显示、A/D模数转换以及串口等)。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。3.系统主要模块设计3.1主电路设计-6-电压型变频器主电路的典型结构如下图所示。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

6、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。RSTUVW图3单元IPMRBIPM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;3.28051主控制模块8051是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CM

7、OS8位微处理器,俗称单片机。主要特性: ·4K字节可编程闪烁存储器  ·寿命:1000写/擦循环  ·数据保留时间:10年  ·全静态工作:0Hz-24Hz  ·三级程序存储器锁定  ·128*8位内部RAM  ·32可编程I/O线  ·两个16位定时器/计数器  ·5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3.3SPWM发生电路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,主要特性是:全数字控制;兼容In

8、tel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。SPWM信号可由SA4828产生,硬件连接参考图2。首先由键盘输入给定的转速,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

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