哈尔滨理工大学学士学位论文
小功率变频器系统设计与实现
摘要
随着工业技术的发展，变频器的应用越来越广泛，它的显著的节能效 果和灵活多变的运行方式，给人们留下了深刻印象，但是由于变频器价格昂贵，影响了它的普及推广应用．如何在提高变频器性能的同时尽量降低其价格，是一个非常值得研究的问题。
本文针对这一情况，并顺应当前变频器集成化、高频化的发展趋势，决定采用性能价格比很高的专用集成电路SA4828和智能功率模块(IPM)开发一台低价格、高性能、具有实用价值的通用变频调速器。它采用V/F控制方式，有多种控制运行功能和完善的保护措施，从而使其既有较好的运行性能，又有安全稳定的运行状态，不会因各种故障而轻易损坏。同时，先进的人机接口使得参数的输入和变频器运行方式的改变极为方便，新型集成元件的采用也使得它的开发周期短，整机结构简洁，成本较低。
本文详细地分析、设计了该通用变频器的硬件电路及控制程序，介绍了两种最主要的集成元件：SA4828和IPM模块PM25RSBl20，以及它们在设计中的应用。最后，本文还分析了硬件电路中产生的干扰问题，并分别从硬件、软件两方面提出相应的抗干扰措施。
关键词 变频器；脉宽调制；V/F控制
- I -
哈尔滨理工大学学士学位论文
Design of Small Frequency Inverters Abstract
Due to the development of industrial technology, the application of VVVF motor drive is broadening, more and more people are interested in its striking effect on power-saving and flexible operating mode. But it is too expensive to be popularized.For this reason, it is worthy of research that how to bring down its price at the time of enhancing its capability.
To resolve this problem, an Application Specified Integrated Circuit(ASIC) SA4828 and an Intelligent Power Module(IPM) PM25RSB120 are adopted in the design, of an low-cost, high-capability Variable Voltage Variable Frequency (VVVF)Motor Drive for general purpose. This motor drive is controlled by V/F mode,furthermore it has many operating and protecting functions. All these make the motor drive have a high capability and a reliable running status. At the same time, it is very convenient to input parameters or change the drive's operating mode due to the advanced human-machine interface. Moreover, owing to the adoption of new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive, and then the motor drive has a very low cost, simple structure together with an appropriate stable operational capability,
In this paper, the drive's hardware and software is analyzed in detail, two main parts: SA4828 and IPM Module PM25RSBI20 and their applications are introduced too. At the end, this paper analyzes the problem of disturbance, and expounds some methods of anti-disturbance from the aspect of hardware and software.
Keywords frequency inverter, pulse wide modulate, V/F control
- II -
哈尔滨理工大学学士学位论文
目录
摘要 ............................................................................................. I Abstract ......................................................................................II 第1章 绪论 ................................................................................ 1
1.1 概述 ........................................................................................................... 1 1.2通用变频器技术的发展和展望 ................................................................ 1
第2章 系统组成及工作原理 .................................................... 10
2.1 系统的组成 ............................................................................................. 10 2.2 系统工作原理 ......................................................................................... 11 2.3 主控器件结构及特点 ............................................................................. 14
第3章 硬件电路设计 ............................................................... 19
3.1 主回路设计 ............................................................................................. 19 3.2 控制电路 ................................................................................................. 25 3.3 键盘显示部分 ......................................................................................... 40
第4章 软件设计....................................................................... 42
4.1 主程序设计 ............................................................................................. 42 4.2 子程序设计 ............................................................................................. 43 4.4 中断程序设计 ......................................................................................... 50 4.5 软件抗干扰设计 ..................................................................................... 50
结论 ........................................................................................... 52 致谢 ........................................................................................... 53 参考文献.................................................................................... 54 附录 ........................................................................................... 56
- III -
哈尔滨理工大学学士学位论文
第1章 绪论
1.1 概述
随着工业的发展，变频技术发展越来越广泛，它的显著的节能效果和灵活多变的运行方式，给人们留下了深刻印象。同时本人的工作去向为普传公司，其主产变频器，遂欲将变频器进行深入了解和研究。于是选择小功率变频器设计这个课题。其对步入公司工作有很大的帮助。
1.2通用变频器技术的发展和展望 1.2.1关于交流传动
交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一，这是和电力电子器件制造技术、变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关。通用变频器作为商品开始在国内上市，是近十年的事，销首恶逐年增加，于今全年有超过数十亿元（RMB）的市场。其中．各种进口品牌居多，功率小至百瓦大至数千千瓦；功能简易或复杂；精度低或高；响应慢或快：有PG（测速机）或无PG;有噪音或无噪音等等。
对于许多用户来说,这十年中经历了多次更新，现所使用的变频器大都属于目前最为先进的机型如果从应用的角度来说，我们的水准与发达国家没有什么两样。作为国内制造商,通过这十年来对国外的先进技术进行销化，也正在积极地进行国产变频器的自主开发．努力追赶世界发达国家的水平。
回顾近十年来国外通用变频器技术的发展对于深入了解交流传动与控制技术的走向，以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应该说具有十分积极的意义. 1.2.2 关于功率器件[24]
变频技术是建立在电力电子技术基础之上的。在低压交流电动机的传动控制中，应用最多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模块IPM(Intelligent Power Module），后面二种集GTR的低饱和电压特性和MOSFET的高频开关特性于一体是目前通用变频器中最广泛使用的主流功率器件。IGBT集射电压Vce可＜3V,频率可达到20KHZ,内含的集射极间超高速二极管Trr可达150ns,1992年前后开始在通用变频器中得到广泛应用。其发展的方向是损耗更低,开关速度更快、电压更高,容量更(3.3KV、 1200A), 目前，采用沟道型栅极技术、非穿通技术等方法大幅度降低了集电极一发射极之间的饱和电压[VCE（sat)]的第四代IGBT也已问世。
- 1 -
哈尔滨理工大学学士学位论文
第四代IGBT的应用使变频器的性能有了很大的提高。其一是ICBT开关器件发热减少，将曾占主回路发热50－70％的器件发热降低了
30％。其二是高载波控制，使输出电流波形有明显改善；其三是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围，即实现了电机运行的静青化；其四是驱动功率减少，体积趋于更小。
而IPM的投入应用比IGBT约晚二年，由于IPM包含了1GBT芯片及外围的驱动和保护电路．甚至还有的把光耦也集成于一体，因此是种更为好用的集成型功率器件，目前，在模块额定由流10－600A范围内，通用变频器均有采用IPM的趋问，其优点是：
l 开关速度快，驱动电流小，控制驱动更为简单。
2内含电流传感器，可以高效迅速地检测出过电流和短路电流，能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低。
3由于在器件内部电源电路和驱动电路的配线设计上做到优化，所以浪涌电压，门极振荡，噪声引起的干扰等问题能有效得到控制。
4保护功能较为丰富，如电流保护、电压保护、温度保护一应俱全，随着技术的进步，保护功能将进一步日臻完善。
5 IPM的售价已逐渐接近IGBT．而计人采用IPM后的开关电源容量、驱动功率容量的减小和器件的节省以及综合性能提高等因素后在许多场合其性价比已高过IGBT，有很好的经济性。
为此IPM