交流电机变频调速系统毕业论文.doc

摘要本文首先在对该系统的整体结构、控制方案和各部分功能实现的方法进行了详细分析，并设计出该系统的硬件电路。其中硬件电路包括主电路和控制电路，在控制电路中以ARM(LPC2148)控制器为核心，通过键盘的给定频率并由LPC2148控制智能模块SA4828产生可调频率的SPWM方波,并通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，并用数码管对当前频率进行实时显示。主电路包括整流、滤波和逆变电路。为了三相交流异步电动机的可靠性，还设计了软启动电路、过欠压、过热、过流保护电路。使设计的可靠性得到了提高。在软件设计中，采用通用的模块化设计方式，编写了三相交流异步电动机调速程序，并且使用C语言进行程序，在 ADS(ARM Developer Suite)开发环境下编译、链接、运行通过。 论文的创新点在于将ARM嵌入式微处理器作为控制核心结构简单、可靠易行。相对于传统交流调速，该系统采用全数字式控制方式，极大地提高了系统的实时性能。关键词:ARM 变频调速 智能功率模块 恒压频比控制 SPWM56AbstractIn this paper，first The whole structure and control scheme of the system, realization methods for all Parts have been analyzed in detail, then, the feasibility of design is demonstrated, and hardware circuit is designed. The system hardware circuit is composed of the power circuit and control circuit ,the control circuit uses LPC2148 as its core，the frequency is given with keyset , the LPC2148 control intelligent module SA4824 ,and can generate a variable SPWM wave, this system use SPWM Technology to realize constant U/f Control of AC motor, and displays frequency at present with LED The Power circuit includes rectification，filtering and inverter. In order to improve reliability of three Phase AC asynchronous motor, the paper also designed soft start circuit and other protect circuits such as the undervoltage and overvoltage, the too overheated and the output flow. So that the reliability of the design has been enhanced. Software is designed the process ,the speed-adjusted program of three Phase AC asynchronous motor control system has been Written with C language，compiled, linked and run in ADS(ARM Developer Suite) environment successfully .The innovation of this paper consists in its simplicity and reliability using ARM embedded microprocessor as the kernel .Relative to traditional Variable speed ,this system adopts digital control, and promotes the performance and anti-jamming Keywords ARM， variable frequency variable speed，U/f control method，SPWM目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1电机调速发展现况和趋势11.2电力电子技术的发展现况和趋势21.3国内外交流调速现状31.3.1国外现状31.3.2国内现状31.4本论文的研究内容4第2章 主电路设计62.1 主电路原理图62.2 输入整流滤波电路的设计72.2.1 EMI滤波电路72.2.2 输入整流电路72.2.3 输入滤波电容容量的计算82.2.4电源指示灯102.3逆变电路的设计102.3.1 主功率管IGBT的容量计算102.3.2续流电路112.3.3吸收电路112.3.4制动电阻12第3章控制电路设计143.1控制原理图143.2 ARM的最小系统设计153.2.1微控制器LPC2148153.2.2时钟和复位系统153.3显示电路183.3.1数码管控制芯片 MAX1279193.4三相SPWM控制器SA4828203.4.1 寄存器软件设计203.5按键、指示灯和报警233.5.1按键233.5.2指示灯23第4章 IGBT驱动电路设计254.1驱动电路原理图254.1.1驱动电路M57962L25第5章保护电路设计275.1 保护电路概述275.2 输入过欠压保护电路的设计275.3限流启动电路295.3.1采样电路295.3.2限流电路中晶闸管的驱动电路305.4过电流保护电路305.5 IGBT的过热保护设计31第6章 辅助电源设计33第7章变频调速系统的软件设计34结论37致谢38参考文献39附录141附录245附录351第1章 绪论1.1电机调速发展现况和趋势电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。它的市场异常庞大，据报道，世界上大约有100亿以上各种电机在工作，近年来，我国空调一年的产量已经超过1000万台，仅此一项市场已非常庞大;另外，其应用面极其广泛，例如机床、电动工具、电力机车、机器人、家用电器、计算机的驱动器、汽车、船舶、轧钢、造纸和纺织行业等等。同时，电机行业也是一个比较老的行业，其在工业上已应用了一个多世纪，虽然随着新材料的使用、计算机技术的发展，电机建模的改进和电机计算机辅助设计软件的不断推出，电机在功率密度、效率、可靠性等方面已与最初的电机有了很大的改进，但相对的变化比较缓慢。直流电机由于其便于控制和控制精度比较高的特点，在很长一段时间内被广泛应用，被人们认为难以被其它电机所取代，但随着电力电子技术的发展，各种新型器件和先进的控制方法在电机调速变换器系统中的应用，在很多的场合直流电机正逐渐被交流异步电机所代替，有人认为，在二十一世纪，直流电机将会在传动领域逐渐消失，而交流异步电机和其它类型电机的应用范围将逐渐增加。同步电机效率高，可工作在功率因数为1的工作状况下，在响应要求不高的场合，可以采用结构简单、成本低的变换器系统给它供电，正由于其具有上述优点，虽然同步电机价格比较高，但仍具有相当的竞争力。永磁同步电机因为具有比较高的效率，虽然其控制需要加装轴位置传感器，并且难以工作在弱磁调速区，但对于长期运行是有利的。无刷直流电机虽然价格比较高，但在低惯量、小尺寸的应用场合，优点比较显著，目前在中小功率范围应用比较普遍。另一种开关磁阻电机(SMR)，其结构简单、价格低廉，但必须加装位置检测装置，转矩脉动和噪声也比较大，若对位置估测、转矩脉动和噪声问题有比较好的解决方案，这种电机有可能是交流异步电机的竞争对手。从前面几种电机特点的叙述我们可以看出，与其它几种电机相比，交流电机具有适应性强、维修简单、价格低、容易实现高速和大容量化等特点，因此过去直流电机占主要地位的调速传动领域，将逐渐被交流电机变频调速所占领。交流电机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，其优越性体现在两个方面:一是节电显著;二是卓越的调速性能。随着电力电子技术的发展变频调速系统性能逐渐改进，而成本不断下降，在另一方面，全球性的能源危机使人们对能源的绿色利用越来越重视，对于消耗了30%左右能量的电机，其驱动系统也越来越引起人们的重视，每一台电机配备一个变频调速驱动系统正获得越来越多的认同和采用，同时对变频调速驱动系统也提出了高效率、高精度、高可靠性、多功能、智能化、小型化、低成本等要求。1.2电力电子技术的发展现况和趋势自从1956年第一只晶闸管的问世，电力电子技术作为电子技术的一个分支建立以来，电力电子技术已取得了令人注目的发展，早期的半控型电力电子器件SCR已逐渐被全控型半导体器件所代替，并发展出了多种高电压、大电流、快速(高频)、驱动简单、复合化和智能化的功率半导体开关器件。例如，单极型器件有功率MOSFET和SIT双极型全控器件有:GTR、达林顿管、GTO等;复合器件有IGBT，MCT，MGT，SITH等;近几年发展的智能型功率器件有IPM，SMARTFET，TOPS witch等。其中场效应晶体管(MOSFET)作为一种电压控制型多子器件，具有快速、安全工作区大、容易驱动的特点，因此，近些年来MOSFET和以MOSFET为基础的复合型器件被广泛应用在高频开关和电机控制中，并随着生产工艺和制造技术的发展，性能不断被改进。例如MOSFET的通态内阻不断减小，新的MOSFET通态内阻不仅比PN结的正向好，甚至比肖特基二极管的正向内阻还小，己成为最佳的整流器件之一;以MOSFET为基础的复合型器件IGBT、IEGT、MER(固态继电器)、FETKEY(MOSFET+SCHOTTKY)等器件耐压不断增加，电流逐渐增大。如目前IGBT耐压已达到4500V以上，IEGT已有4500v/1000A的产品。同时由于电压控制型器件的应用，使功率开关管的驱动电路大大简化，例如IGBT器件的门极驱动电路比双极型晶体管的基极驱动电路所用的元器件要小得多，而且，所需要的驱动功率也比双极型晶体管的基极驱动电路的要少很多，从而使将驱动电路和功率开关管集成在同一芯片或模块中成为可能，并且经过了近些年来的发展，功率电子器件制造公司以推出了多种有智能特性的复合器件或模块，例如SMARTFET和IPM，它们内部不仅集成了各种自保护功能，也将控制芯片集成在里面。其中SMARTFET是采用了微电子工艺集成的器件，PIM是一种智能功率模块。从电力电子器件的发展历程，我们可以看出电力电子器件正在向高耐压、大电流、小的正向内阻、智能化的电压控制型器件发展。1.3国内外交流调速现状1.3.1国外现状在大功率交一交变频调速技术方面，法国阿尔斯通己能提供单机容量达3万KW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万KW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10-2600kVA，其控制系统己实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术方面，日本富士BTJ变频器最大单机容量可达7Ok0VA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。国外交流变频调速技术高速发展有以下特点:1) 市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和能源的全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，已取得显著的经济效益。2) 功率器件的发展。近年来高电压、大电流的SCR，GTO，IGBT，IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。3) 控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础，16位、32位高速微处理器以及数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段。4) 基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。1.3.2国内现状从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交一交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当大的差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬方面有很大需求。在中小功率变频技术方面，国内学者作了大量的变频理论的基础研究，早在二十世纪80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机具有多变量、强祸合、非线性的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的控制策略。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流感应电机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间磁通矢量PWM等方法，控制算法采用模糊控制、神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量的有益基础研究。在新型电力电子器件应用方面，由于GTR，GTO，IGBT，PIM等全控型器件的使用，使得中小功率的变流主电路大大简化，大功率SCR，GTO，IGBT，IGCT等器件的并联、串联技术的应用，使高电压、大电流变频器产品的生产及应用成为现实。在控制器件方面，实现了从16位单片机到32位的应用。国内学者一直致力于变频调速新型控制策略的研究，但由于半导体功率器件和等器件依赖进口，使得变频器的制造成本较高，无法形成产业化，与国外的知名品牌相抗衡。国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口高性能的变频器。国内交流变频调速技术产业状况表现如下:1) 变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模。2) 变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。3) 相关配套产业及行业落后。4) 产销量少，可靠性及工艺水平不高。1.4本论文的研究内容本文在掌握交流电机变频调速基本原理的基础上，采用ARM(LPC2148)控制器为核心，运用变频调速的U/f控制方式,提出了交流电机变频调速系统的总体设计方案，并详细阐述了其中关键技术的研究和设计。U/f控制方式的变频调速系统是转速开环控制，因此其通用性比较强，性能/价格比比较高。具体研究工作包括:（1）交流电机变频调速原理的研究;（2）变频调速系统硬件电路的研究和设计，包括主电路、系统保护电路和控制电路;（3）变频调速系统控制软件的研究和设计。本设计主要技术指标：输入电压：AC380士20%V；输出电压：AC400士20%V;频率： 260Hz；起动转矩5Hz时不低于额定转矩；过载能力1分钟以内130%；电动机参数如下：额定功率PN=10kW，额定电压UN=380V，额定电流IN=11A，额定转速nN=1470r/min，过载能力1.7，功率因数cos=0.75适用范围：用于煤炭、电力、油气开采、塑胶、冶金、石油、化工、市政等行业中设计系统框图如图1-1所示不可控整流限流滤波电路变换电路电机辅助电源驱动电路控制电路生成SPWM电路保护电路给定图1-1 设计系统框图输入采用三相全桥整流电路，主电路采用全桥SPWM逆变电路驱动电路，保护电路以及辅助电源的设计第2章 主电路设计2.1 主电路原理图主电路原理图如图2-1所示图2-1 主电路原理图图2-1中 主电路由整流电路、滤波电路、逆变电路和吸收电路组成。主电路采用典的交-直-交电压源型通用变频器结构，输入功率级采用桥式不可控整流电路，整流输出经中间环节大电容(由C010到C011电容组成)滤波，获得平滑的直流电压。逆变部分通过功率器件IGBT的导通和关断，输出交变的脉冲电压序列。由于功率器件开关频率过高，会产生电压尖脉冲，因此需要吸收电路来消除该尖峰。图中为C型吸收电路，R06到R011和C012到C017组成RC型吸收电路。电源指示灯HL用来显示滤波电容两端的电量，R01是软启动限流电阻，T07是晶闸管，Vhot是经整流滤波后直流母线上的采样电压检测值，L1是电流传感器。2.2 输入整流滤波电路的设计输入整流滤波电路原理图如图2-2所示 图2-2 输入整流滤波电路原理图 2.2.1 EMI滤波电路图2-2中，C01C09，L01L03为电网EMI滤波电路。其中L01L03为共模扼流圈，可以消除共模干扰，其电感量一般取几毫亨至几十微亨，视电磁干扰滤波器的额定电流而定。C01C09为滤波电容器，C07C012采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01F0.47F，主要用来滤除串模干扰。C07C09宜选用陶瓷电容器，容量范围是22004700pF，能有效地抑制共模干扰。2.2.2 输入整流电路图2-2中，D01D06为输入整流电路。1额定电流。当输入为交流电时，电机容量为：kW。三相整流电路中的交流输入线电流为： (21)式中：电机输入容量；输入交流电压；功率因数。根据三相整流中线电流与整流平均电流的关系有： (22)式中：三相整流电路中的交流输入线电流；0.82三相整流中线电流与整流平均电流的比例关系。在留有3倍安全裕量的条件下整流电流平均值至少为： (23)实际选用额定电流为100A的整流管。2额定电压当输入为交流电时，整流桥的工作电压为线电压有效值： V (24)线电压峰值： V (25)所以，在考虑到瞬时过压冲击和加有防护措施并保证留出2倍的安全裕量的情况下，额定电压至少为： V (26)实际选用额定电压为1400V的整流管。2.2.3 输入滤波电容容量的计算图2-2中，由电容C010，C011共同组成了输入滤波电路。输入滤波电容容量计算(1)线电压有效值： V (27)(2)线电压峰值： V (28)(3)整流滤波后直流电压的最大脉动为： (29)则，V，取=35V。(4)整流滤波后的直流电压Uin为430665V。本设计的输入功率Pin为10kW。(5)每个周期中输入滤波电容所提供的能量为： J (210)式中：输入交流电的相数；输入交流电的频率；输入功率。(6)每半个周期输入滤波电容所提供的能量为： (211)式中：每个周期中输入滤波电容所提供的能量；由电容C010，C011共同组成的输入滤波电容容量；输入线电压峰值最小值；输入整流滤波后直流电压的最大脉动。由式(212)可得输入滤波电容容量为： F (212)式中：为66.7J，为429.9V，为35V。所以，C010，C011选择450V/4700F的铝电解电容。并联在电容两端的为均衡电阻，由于电容的各个参数不是完全相同，此均衡电阻使串联的电容分压相同，同时在电源关断时，给电容提供一个放电回路，此电阻阻值选用47k。2.2.4电源指示灯电源指示灯除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在主电路切断电源后，显示滤波电容上的电荷是否已经释放完毕。由于滤波电容的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，如果滤波电容没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于滤波电容上的电压较高，如电荷不放完，将对人身安全构成威胁2.3逆变电路的设计逆变电路原理图如图2-3所示图2-3 逆变电路原理图2.3.1 主功率管IGBT的容量计算 图2-10中，T01T06为主功率管IGBT。1额定电压整流滤波后的直流母线上电压最大值为665V，功率开关管的额定电压一般要求高于直流母线上电压的两倍，即： V (213)实际选用额定电压为V关管。2额定电流IGBT通态峰值电流为: A (214)IGBT电流定额为： A (215)式中：1.5是安全裕量1.2考滤电机过载倍数实际选用最大电流为100A的功率开关管实际选择GA100TS120K型IGBT四个。其工作最大电流为100A，耐压1400V，集电极发射极电压为2.5V，最高栅极发射极电压20V，开通时间180ns，关断时间405ns。2.3.2续流电路续流二极管的主要功能有:1.电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。续流二极管为无功电流返回直流电源提供“通道”。2.当频率下降、电动机再生制动状态时，再生电流将通过续流二极管返回直流回路。3.IGBT （T01-T06 ）进行逆变的基本工作过程:同一桥臂的两个逆变管，处于不停的交替导通和截止的状态。在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需要续流二极管提供通路。2.3.3吸收电路本系统采用的是充放电型RC吸收电路。由于本系统在主电路直流侧电压高于150V，在某些时刻会出现误关断现象，而在采用上述吸收电路后，只有充放电型RC吸收电路能消除这一现象，且能很好的控制电压尖峰。经测试，主回路直流侧为665V时，本系统电压尖峰控制在10V以内，取得了很好的效果。因此这里仅介绍充放电型RC吸收电路的参数计算。吸收电容C012的计算公式: (216)式中：引线杂散电感最大负载电流保护程度直流母线电压引线的杂散电感我们以10cm长的引线为1估计，负载电流为11A，保护程度取1.5%，直流侧母线电压为665V，因此 F (217)取为10F/1000V的无感电容电阻的计算公式为： (218)式中为开关频率，在选定之后，只要满足 (219)就尽量取小的电阻值。因为越小，越大，对限制过电压就越有利。选取为的绕线电阻。2.3.4制动电阻制动电阻计算实际应用中，当电动机及负载的飞轮力矩数据不容易获得时，可采用估计算法。考虑到再生电流经三相全波整流后的平均值约等于其峰值，而所需制动转矩中扣除电动机自身制动转矩以及直流电压的裕量，近似认为放电电流约为电动机额定电流的一半，便可以得到与电动机额定转矩相等的制动转矩。所以制动电阻估算式为 （2-20）式中: IN电动机的额定电流（A）所以取为 制动电阻容量计算制动电阻容量确定的原则为在制动时间内电阻的温升不足以达到稳定温升。因此在保证电阻温升符合要求条件下，尽量减小其功率。其计算公式为: （2-21）式中: 制动电阻消耗功率（W）；修正系数第3章控制电路设计3.1控制原理图以LPC2148为核心控制器硬件原理图如图3-0所示，它由嵌入式微控制器LPC2148，时钟系统，复位电路，独立键盘，控制生成SPWM模块等部分组成。图3-0硬件原理图系统以LPC2148微控制器为核心;键盘负责给定频率，键盘有加频率和减频率和复位；数码管用于显示给定的频率;采集电压用于保护主电路正常工作；时钟、复位，等是构成最小系统必备的外围电路。3.2 ARM的最小系统设计基于LPC2148的最小系统主要由时钟模块、复位配置模块构成，LPC2148自带 16K静态SRAM和 128KFLASH，可以下载用户程序，所以不需要外扩存储器模块。3.2.1微控制器LPC2148LPC2148是基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI- S CPU的微控制器，带有256KB嵌入式的高速片内Flash存储器。片内128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大的时钟频率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。本系统中，LPC2148是整个控制系统的核心，一方面要负责接收采集按键给定的频率信号并控制SA4825PWM的占空比，从而控制电机的转速,实现变频技术3.2.2时钟和复位系统(1)时钟电路系统使用外部晶振或外部时钟源，内部PLL(锁相环)电路可以调整系统时钟，使系统的运行速度更快(CPU的最大操作时钟为60MHz)。倘若不使用片内的PLL功能及ISP(在系统编程)功能，则外部晶振频率范围是130MHz，外部时钟频率的范围是150MHz;若使用外部PLL功能或ISP功能，则外部晶振频率范围是1025MHz，外部时钟频率范围是1025MHz。图3-1系统时钟原理图本系统中使用了外部11.0592MHz晶振，电路如图3-1所示，用1M电阻并联到晶振两端，使系统更容易启振。使用11.0592MHz的晶振的原因是使串口波特率更精确，同时支持微控制器芯片内部PLL功能。LPC2148具有PLL电路，通过PLL升频，可以获得更高的系统时钟(CCLK)。PLL接受的输入时钟频率范围是1025MHz，输入频率通过一个电流控制振荡器(CCO)倍增到1060MHz。倍频器可以是从132的整数(实际上，由于CPU最高频率的限制，LPC2148的倍频值不能高于6)，本系统选择系统时钟频率4倍频。VPB分频器决定处理器时钟(CCLK)与外设器件所使用的时钟(PCLK)之间的关系。VPB分频器有两个用途，一个是通过VPB总线为外设(例如我需要的A/D、定时器等)提供所需的PCLK时钟，以便外设在合适的速度下工作。为了实现此目的，VPB总线可以降低到1/2或1/4处理器时钟频率。由于VPB总线必须在上电后正常工作(并且如果由于VPB分频器控制器位于VPB总线上而使上电时VPB总线不工作，其时序就不能改变)，VPB总线在复位后默认的状态是以1/4速度运行。VPB的另一个用途是在应用于不需要任何外设全速运行时，使功耗降低。VPB分频器与振荡器和处理器时钟的连接如图3-2所示PLLVPB分频器处理器时钟VPB外设时钟图3-2 VPB分频器连接图本系统设置为:(晶振频率) (晶振4倍频，也是处理器时钟)MHz (VPB外设频率)(2)复位电路 LPC2148有两个复位源，引脚和看门狗(WDT)复位。复位属于硬件复位，看门狗复位属于软件复位。在本系统中，因为需要手动复位，所以选择SP708SCN。复位芯片的复位门槛选择至关重要，一般应当选择微控制器的I/O口供电电压范围为标准。针对LPC2148来说，这个范围是3.03.6V，所以其复位门槛应当选择为 2.93V。SP708SCN是专用的监控芯片，内部包含了一个看门狗定时器一个复位模块，一个供电失败比较器，和一个手动复位模块;适用+3.0V或+3.3V环境，例如计算机，微控制器及其它一些智能仪器。手动复位()输入允许RESET可被外部按键触发。开关可产生一个最低140ms的RESET脉冲。与TTL/CMOS兼容，所以其可以驱动外部逻辑线路。 图3-3系统复位原理图复位连接如图3-3所示，信号连接到LPC2148芯片的复位脚。当复位键RST按下时，SP708S立即输出复位信号，其引脚输出低电平导致74HC125A和74HC125B导通，信号将输出低电平使系统复位。平时SP708S的输出高电平，74HC125A和74HC125B截止，由上拉电阻R38将信号五上拉为高电平，系统可正常运行。看门狗的用途使微控制器在进入错误状态后的一定时间内复位。当看门狗使能时，如果用户程序没有在周期内喂狗(重装)，看门狗会产生一个系统复位。 LPC2148自带一个看门狗(WDT)，其包括一个4分频的预分频器和一个32位计数器。时钟通过预分频计数器输入定时器，定时器进行递减计数。定时器递减的最小值为0XFF，如果设置一个小于0XFF的值，系统会将0XFF装入计数器。因此最小看门狗间隔为，最大间隔为两者都是的倍数。WDT的时钟源由系统时钟PCLK提供，它不具备独立看门狗时钟振荡器，在掉电模式下WDT也是停止的，所以不能用来它唤醒掉电的CPU。WDT的溢出时间计算如下:溢出时间=其中，N为WDTC的值。WDT基本操作方法如下:l)设置WDT定时器装载值(WDTC);2)设置WDT工作模式，启动WDT(WDMOD);3)对WDFEED操作，实现喂狗。在本系统中，我对WDT设置的启动模式如下:初始化WDT: WDTC=0x1000; /设置WDT定时值WDMOD=OX03; /设置WDT工作模式，启动WDTWDT喂狗操作: Void WdtFeed(void)WDFEED=0xAA;WDFEED =0x55; 3.3显示电路数码管用于给定频率的显示，数码管由MAX7219来驱动，并且是静态显示，连接原理图如图3-5图3-5显示原理图3.3.1数码管控制芯片 MAX1279MAX1279是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。它适用范围广，通过改变RSET的阻值，可适用于驱动电压为15V35V，驱动电流为10mA40mA的所有发光二极管。它扩展能力强，可实现多片的级连。MAX7219通过D11D84位地址位译码，可寻址14个内部寄存器，分别是8个LED显示位寄存器，5个控制寄存器和1个空操作寄存器。LED显示寄存器由内部88静态RAM构成，操作者可直接对位寄存器进行个别寻址，以刷新和保持数据，只要V超过2V（一般为5V）。控制寄存器包括：译码模式，显示亮度调节，扫描限制（选择扫描位数），关断和显示测试寄存器。显示测试寄存器：地址FFH；有两种选择用于设置LED是测试状态还是正常操作状态：当在测试状态时（D01）各位全应亮，一般选择正常操作状态（D00）。译码模式选择寄存器（地址F9H）；共有4种译码模式供选择，当数据位全0时选择“非译码方式”。在此方式下，8个数据位分别一一对应7个段和小数点。通常选择此方式。扫描限制寄存器：地址FBH；用于设置显示的LED个数（18），当D2D1D0111、D7D6D5D4D3无关时，可接8个LED管。亮度调节寄存器：地址FAH；共有16级选择，用于LED显示亮度的强弱设置。关断模式寄存器：地址FCH；有两种模式选择：一种是关断状态模式（D00）；一种是正常操作状态（D01），通常选择正常操作状态。3.4三相SPWM控制器SA4828 SA4828的原理图如图3-6，图3-6 SA4828原理图 SA4828是用不规则采样法生成SPWM波形的。它通过存储在片内ROM中的调制波与片内产生的三角形载波比较,生成SPWM输出脉冲。片内ROM存有三种可供选择的波形,它们是纯正弦波形、增强型波形和高效型波形。每一种波形各有1536个采样值。寄存器列阵包含8个8位暂存器R0R5和R14、R15。其中R0R5用来暂存来自单片机的数据。这些数据可能是初始化数据,或者是控制数据。当向R14写操作时,实际是将R0R5中存放的48位数据送入初始化寄存器。当向R15写操作时,将R0R5存放的48位数据送入控制寄存3.4.1 寄存器软件设计1.初始化寄存器编程初始化寄存器用来设定与电机和逆变器有关的基本参数。包括载波频率设定、调制波频率范围设定、脉冲延迟时间设定、最小删除脉宽设定、调制波形选择、幅值控制、看门狗时间常数设定。(1)载波频率设定。设定字由FRS0FRS2三位组成。通过下式 式中：载波频率设定为6kHz时钟频率)设定为24.576MHz所以n值为3即为载波频率设定字(2)调制波频率范围设定。设定调制波频率范围的目的是在此范围进行16位分辨率的细分,这样可以提高调速的控制精度。调制波频率范围设定字是由CFS0CFS2三位组成。通过下式式中：调制波设定范围是260Hz求得m值是2即为调制波频率范围设定字(3)脉冲延迟时间的设定。该设定字是由PDY0PDY5六位组成。通过下式式中:脉冲延迟时间设定为5s求得PDY值为23即是脉冲延迟时间设定字。(4)最小删除脉宽。最小删除脉宽设定字是由PDT0PDT6七位组成。由下式式中：最小删除脉宽设定10s求得PDT值为80即是最小删除脉宽设定字(5)波形选择字。波形选择字由WS0、WS1两位组成。通过表3来选择。表3WS1WS0波形00纯正弦波01增强型10高效型纯正弦波可用于静态逆变电源、UPS电源和单相交流电机调速。增强型和高效型可用于三相交流调速。所以选择增强型(6)幅值控制位。AC是幅值控制位。当AC=0时,控制寄存器中的红相位可控制所有三相的幅值。当AC=1时,控制寄存器中的红、黄、蓝相位分别控制各自的幅值。2.控制寄存器编程控制寄存器的作用包括调制波频率选择、调制波幅值选择、正反转选择、输出禁止位控制、计数器复位控制看门狗选择、软复位控制(1）调制波频率选择。调制波频率选择字由PFS0PFS15十六位组成。通过下式求得PFS值。它的二进制数即是调制波频率选择字(2）调制波幅值选择。通过改变调制波幅值来改变输出电压有效值,达到变频同时变压的目的。输出电压的改变要根据电压/频率曲线随频率变化进行相应的变化。调制波幅值是借助于八位幅值选择字(RAMP、YAMP、BAMP)来实现的。通过计算下式求出A值。它的二进制数即为幅值选择字。初始化寄存器的AC位决定了红相幅值是否代表另二相幅值。(3)正反转选择。正反转选择位F/R控制三相PWM输出的相序。F/R=0时正转相序是红黄蓝。F/R=1时反转,相序为蓝黄红。正反转期间输出波形连续。(4)输出禁止位。输出禁止位INH.当INH=0时,关断所有PWM输出。(5)计数器复位。计数器复位位CR.当CR=0时,使内部的相计数器置为00(红相)。(6)看门狗选择。看门狗选择位WTE.当WTE=1时,使用看门狗功能。(7)软复位控制。RST是软复位位。它与硬复位RESET有相同的功能。高电平有效3.5按键、指示灯和报警3.5.1按键按键的原理图如图3-7图2-7 按键原理图在设计系统中一共用了四个按键，他们的功能分别是：S1键是程序开始键S2键是给定频率的加，S3键是给定频率减，并且他们步进是1Hz，S4是按键复位，当IGBT产生过流、过压信号或主电路产生过压、过流、过热信号时，程序进入保护状态当按下S4，使软件跳出保护，进入主程序并正常工作。3.5.2指示灯 指示灯的原理图如图3-8图3-8指示灯原理图在图中D33是程序正常运行指示，D34用过流指示，D35用过电压和欠电压指示，D50是过热指示，其中（R26-R28）是限流电阻一般取4703.5.3报警电路报警的原理图如图3-9图3-9报警的原理图当检测到保护电路有信号输入是产生报警信号，途中三极管用的是PNP进行驱动喇叭 第4章 IGBT驱动电路设计4.1驱动电路原理图M57962L的外围电路如图4-1所示图4-1 M57962L原理图 4.1.1驱动电路M57962L 驱动电路M57962L在驱动模块内部装有2500V高隔离电压的光电耦合器，过流保护电路和过流保护输出端子，具有封闭性短路保护功能。M57962L是一种高速驱动电路，驱动信号延时TPLH 和TPHL最大为1.50s。当M57962L电源接通后，首先自检，检测IGBT是否过载或短路。若过载或短路， IGBT 的集电极电位升高，经外接二极管流入检测电路的电流增加，栅极关断电路动作，切断IGBT的栅极驱动信号，同时在“8”脚输出低电平“过载/短路”指示信号。lGBT正常时，输入信号经光电耦合接口电路，再经驱动级功率放大后驱动IGBT。 M57962L采用双电源+ Vcc和VEE 。（1） 驱动器的工作电压VpVcc+Vee，推荐24V。Vcc一般取15V。（2） 输入的TTL 5V信号电平时可直接连接，（3） 输出负压值与工作电压Vp有关，Vol=Vp-15。（4）触发过流保护动作时的1脚对IGBT发射极的电压。当1脚IGBT的发射极的电位升高到9V时启动内部的保护机制。（5） 检测到IGBT集电极的电位高于保护动作阈值后到开始软关断的时间。因为各种尖峰干扰的存在，为避免频繁的保护影响开关电源的正常工作，设立盲区是很有必要的。在1脚输入斜波信号作为模拟的集电极电压时得到的；对于工作中的突然短路故障，实际的盲区时间1S左右。（6）软关断开始后，驱动器封锁输入PWM信号，即使PWM信号变成低电平，也不会立即将输出拉到正常的负电平，而要将关断过程进行到底。软关断开始的时刻，驱动器的8脚输出低电平报警信号，可以接一个光耦，将信号传送给控制电路。 第5章保护电路设计5.1 保护电路概述为了提高系统的可靠性及更好的保护IGBT管，我们仍须设置一套快速而准确的保护环节以防止各种故障。在此，针对这些问题，设计了系统过压、欠压保护、限流起动、过电流等电路。所有的保护电路的故障信号输出送入PLC2149的中断口，当PLC2148管脚接收到低电平信号，LPC将输出相应的中断处理立即封锁PWM输出及停止运行5.2 输入过欠压保护电路的设计在生产现场中，网压经常发生波动。输入电压过高或过低均会对逆变器的可靠工作带来影响。输入电压过低，由于电流负反馈作用，会使流过IGBT的电流会增大，易造成IGBT过电流损坏；输入电压过高，会使加在IGBT电压升高，易造成IGBT的过压击穿。电容器两端输入过压、欠压保护电路原理图如图5-1所示。图5-1输入过、欠压保护电路原理图直流电压保护取自主回路滤波，经电阻R43, R44分压并得到采样电压Vout，通过光耦隔离后在经过相与后送入控制电路中。光电耦合器是用来抑制输入信号的共模干扰。利用光电耦合器把各种模拟负载和数字信号源隔离开，也就是把“模拟地”与“数字地”断开被测信号通过光电耦合获得通路而共模干扰不能形成回路而得到有效抑制。注意这里的隔离光耦是工作在线性工作区。1）在过（欠）电压保护中，当采样加压高（低）于保护参考电压V2(V1)则VOH(VOL)输出低电平，相与后送入PLC2148的中断口，当LPC2148中断管脚接收到低电平，LPC2148将得到相应的中断处理，立即封锁PWM输出及停止运行2）保护参考点选择，设置电网电压士20%为允许电压变化范围。欠压保护电压：V（5-1）过压保护电压：V（5-2）3）光耦TLP521的参数一次侧：V;连续正电流IF(max)=10mA二次侧：电流传输比（CTR）, 当IF=1mA时，CTR=84%4）电路参数计算将IF的值取到光耦线性工作区设IF=1mA U F=1.1V （5-3） （