一种新型全数字spwm变频器的设计

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1、一种新型全数字SPWM变频器的设计张贻锋袁艳张泰山（中南大学信息科学与工程学院，长沙410083）摘要：设计开发了一种以高性能微处理器80C196KC为核心，SPWM控制器SA4828为主体，基于CAN总线的全数字变频器，介绍了其系统构成、工作特点和实验研究。该变频器采用全数字控制，结构简单、控制灵活，为变频器产品的开发提出了一种全新的设计方法。关键词：变频器SPWM全数字CAN总线1、引言变频调速以其控制精度高、节能明显、调速范围广等优点成为当前交流电机较理想的调[1]速手段，脉宽调制（PWM）技术以优良的调

2、压和调频性能，在变频调速中得到广泛的应用。随着我国工业自动化程度的提高，对用来实现PWM技术的变频器的要求越来越高，不仅要求高频化、实用化，而且要向网络化、灵活化方向发展。以专用电机控制应用而开发的微处理器（如80C196MC）为核心，通过编写软件，采用“实时计算法”或“查表法”等算法来获得SPWM信号的变频产品，由于算法复杂、计算工作量大、需占用大量的微处理器机时，导致处理器几乎没有空余时间处理其他事务。近年来，用来产生SPWM控制信号的大规模集成电路的问世，为变频器的研制注入了新的活力，使微处理器可以避开繁

3、琐的计算，把大量的[2]时间用于与外部设备打交道，从而使实现变频器网络化、灵活化成为可能。本文设计开发了一种以80C196KC单片机为核心，SPWM专用控制器SA4828为主体，基于CAN总线的全数字变频器。2、系统总体设计2.1系统总体结构系统总体结构如图1所示。AC/DC/AC电压型变频器的主电路由三相全波整流器、储能滤波电容、限流电感及智能功率模块IPM构成。其中IPM中集成有功率晶体管驱动和保护电路。SPWM信号控制器由80C196KC、SA4828构成，根据面板预置给定的参数或者从通信口接收到的给定参

4、数，输图1系统总体结构图出三相SPWM信号给智能功率模块IPM，实现对功率晶体管的通断控制，从而达到使输出电压变频变幅的目的。保护电路防止系统上电瞬间充电电流太大而击穿电容。R1为制动电阻，当电压检测电路检测到直流端电压值超过正常值某一值时，控制系统给出信号，接通R1,达到消耗泵升电压之目的。2.2系统工作特点系统具有以下特点：（1）输出波可调频率范围宽，从1~1KHz之间任意连续调节。（2）具有完善的过流、过压、欠压、桥臂直通、三相短路、对地短路等故障保护功能，同时对瞬时停电具有自恢复功能。（3）提供多种升/

5、降速方式和多条V/F曲线供用户选择，具有很强的灵活性。（4）设计了标准的CAN总线接口。通过它，变频器可以挂在CAN总线上，作为总线上的一个节点，由控制中心统一进行控制和监视。同时系统也保留了传统的RS232串行口，以便满足用户想直接用变频器与PC机进行通信的需求。3、控制系统硬件设计新型全数字SPWM变频器的控制系统是以16位高性能微处理器80C196KC为核心，SPWM控制发生器SA4828为主体，自主开发的一种微控制系统。控制系统结构框图如图2所示。１图2控制系统框图下面简要介绍系统的主要功能部件和工作原

6、理。（1）80C196KC单片机。80C196KC单片机是INTEL公司继8096KB之后推出的高性能CHMOS16位单片机系列之一，它在保留了8096所有功能的基础上，提高了运行速度（在采[3]用相同频率晶振时，其操作速度比8096快1/3），并增加了许多新功能。（2）程序存储器和数据存储器。程序存储器采用EPROM27C256，以保证控制程序能根据需要进行最大限度的扩展。同时，几种典型的升/降速方式所对应的曲线以及多条V/F控制线也保存程序存储器中，这样可提高数据的读写速度。数据存储器采用高速非易失性的RA

7、M，其内部自带有锂电池，在系统断电后，设置的参数不会丢失，除非重新进行设置，这样可以给用户节省很多重复的工作，提高了变频器的适用性。（3）SPWM控制信号产生电路。在本系统中，采用大规模集成芯片SA4828来产生三相PWM信号，它提供与80C196KC完全兼容的8位总线接口；输出频率可在0~4KHz之间连续可调；频率分辨率达16位；载波频率最高可达24KHz；可设置最小脉宽和延迟时间，每相输出都是标准的TTL电平，且有12mA的驱动能力。SA4828的内部图3SA4828内部结构图结构图如图3所示。SA4828

8、的突出特点：1）连线简单，提供与微处理器直接相连的地址/数据线、片选端、时钟输入端等；2）可以单独调整各相输出，以适应不平衡负载；3）内部集成了看门狗定时器，提供软复位控制；4）提供了软复位控制功能；4）片内ROM提供三种可供选择的波形，如图4所示，每一种波形各有1536个采样值。其中纯正弦波可用于静止逆变电源和单相交[4]流调速，而增强型波和高效型波用于三相交流调速。(a)纯正弦波(