单片机控制的电机交流调速系统设计
3 系统设计的参数
对一台三相异步电动机调速系统进行设计。异步电动机的参数：
PN?2.2KW，nN?1440r/min,US?380V,?接法，IN?4.8A
采用转差频率控制方法，由单片机组成核心。调速范围（0.2?51HZ），无级调速，静差率S?5%。根据对象参数，完成各功能单元的结构设计，参数计算。
- 16 -
单片机控制的电机交流调速系统设计
4 用单片机控制的电机交流调速系统设计
4.1 调速系统总体方案设计
图5 调速系统总体框图
转速开环恒压频比的调速系统，虽然结构简单，异步电动机在不同频率小都能获得较硬的机械特性但不能保证必要的调速精度，而且在动态过程中由于不能保持所需的转速，动态性能也很差，它只能用于对调速系统的静，动态性能要求不高的场合。如果异步电动机能象直流电动机一样，用控制电枢电流的方法来控制转矩，那么就可能得到和直流电动机一样的较为理想的静，动态特性。转差频率控制是一种解决异步电动机电磁转矩控制问题的方法，采用这种控制方案的调速系统，可以获得与直流电动机恒磁通调速系统相似的性能。
为了使系统具有较好的动静态性能，满足设计要求，可将整个系统设计为转速单闭环控制系统，采用转差频率调节方式，对转速进行动态调节，考虑电动机负载为恒转距负载，在高频段，采用恒比例控制方式来做近似恒磁通控制方式；在低频段，采用恒磁通补偿方法来维持磁通的恒定，实现恒磁通变频调速。当频率高于额定转速时，维持U1?Un，实现恒功率调节。选用大规模集成电路HEF4752来产生PWM控制信号，以减轻单片机的负担，使它能够有足够的时间来完成闭环控制，系统检测和保护等任务。
由于电动机功率不大，整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电
- 17 -
单片机控制的电机交流调速系统设计
力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，HEF4752大规模集成电路，保护电路，51-单片机，8253定时/记数器，8255可编程接口芯片，8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片，CD4527比例分频器和测速发电机等组成。 4.2 原器件的选择 （1） 74LS138
74LS138是一种3-8译码器，有三个输入端，经译码产生8种状态。其引脚如图6所示，译码功能如表所示，由表可知，当译码器的输入为某一个编码时其输出就有一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。 图6 74LS138引脚图 表1 74LS138 真 值 表
输 入 G1 1 1 1 1 1 1 1 1 输 出 G2A/ G2B/ C B A Y7/ Y6/ Y5/ Y4/ Y3/ Y2/ Y1/ Y0/ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 其它状态
（2） 8253 主要功能
1 1）一个芯片上有三个独立的16位计数器通道;
2）每个计数器都可以按照二进制或二——十进制计数；
- 18 -
单片机控制的电机交流调速系统设计
3）每个计数器的技术速率可高到2MHz。
4）.每个通道有六种工作方式，可由程序设置和改变; 5）.所有的输入输出与TTL兼容。
876543212122231920D0D1D2D3D4D5D6D7CSRDWRA0A1OUT0GATE0CLK0101198253OUT1GATE1CLK1131415OUT2GATE2CLK2171618 图7 8253引脚图
每个通道有三条引线：
CLK：输入脉冲线。计数器就是对这个脉冲计数。8253规定，加在CLK引脚的输入时钟周期不能小于380ns .
GATE：门控制信号输入引脚。这是控制计数器工作的一个外部信号。当GATE引脚为低电平时，通常都是禁止计数器工作;只有当GATE为高电平时，才允许计数器工作。
OUT：输出引脚。当计数到“0”时，OUT引线上必然有输出，输出信号的波形取决于工作方式。
本次设计用到芯片8253的工作方式三，当记数值N为偶数时，输出为对称方波，前N/2记数期间，OUT输出为高电平，后N/2记数期间，OUT输出为低电平。若记数值N为奇数值时，将输出不对称方波，即在前（2N+1）/2记数期间，OUT输出高电平，后（2N-1）记数期间输出低电平。 （3） HEF4752
随着电力电子技术及大规模集成电路的发展，基于集成SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。本文介绍的变频调速系统是以大规模专用集成电路HEF4752为核心构成的控制电路，由HEF4752产生的三相SPWM信号经隔离、放大后，驱动由IGBT
- 19 -
单片机控制的电机交流调速系统设计
构成的三相逆变器，使之输出SPWM的波形，实现异步电动机变频调速。
HEF4752简介 HEF4752如图8所示，是采用LOCMOS工艺制造的大规模集成电路，专门用来产生三相SPWM信号。它的驱动输出经隔离放大后，可驱动GTO和GTR逆变器，在交流变频调速中作控制器件。
182623CSPVAVRSYNORC-2ORC-1OYM-2OYM-111102122HEF4752641712161513572524OCTRCTVCTFCTCBACWKILOYC-2OYC-1ORM-2ORM-1OBM-2OBM-1OBC-2OBC-119209823271 图8 HEF4752引脚图
主要特点如下：
1）能产生三对相位差120°的互补SPWM主控脉冲，适用于三相桥结构的逆变器。
2）采用多载波比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，有级地自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等所造成的恶劣影响。调制频率可调范围为0～100Hz，且能使逆变器输出电压同步调节。
3）为防止逆变器上下桥臂直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，间隔时间连续可调。引脚说明：
HEF4752为28脚双列直插式标准封装DIP芯片，它有7个控制输入，4个时钟输入，12个驱动信号输出，3个控制输出。各管脚功能描述如表所列。
表2 HEF4752管脚功能
引名功 能 脚 称 1 C1B OB相换流开关信号1 - 20 -