邵阳学院毕业设计（论文） 表3.1 8155端口地址表
IO口 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 十六进制数
表3.2 8155命令字表
TM2 0 TM1 0 IEB 0 IEA 0 PC2 1 PC1 1 PB 1 PA 1 命令字 0FH 命令口 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0100H PA 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0101H PB 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0102H PC 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0103H 3.3.3 变频器的选择
①变频器工作控制的原理
根据设计要求，浪花与音乐要保持同步，在此提出了以下3点问题： 1）怎样实现喷泉与音乐的同步； 2）变频器能否瞬时响应；
3）整套设备的调试和绝缘安全性。
为此根据要求对同步控制的可行性进行分析如下：利用音乐的音频信号对变频器进行控制，音乐的音频信号本身是一个功率很小的交流电压信号，经过整流滤波稳压
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可以输出一个相对应的直流电压信号，相对来讲该信号很微弱，再经过对该信号进行功率放大，可以输出0－5V的标准直流电压信号，即可以实现音频信号对变频器的控制，即对水泵浪花的控制，从而实现音乐对喷泉浪花的控制。为了达到这一控制原理，下面对通用性的变频器的工作原理进行了简单的介绍：
控制电路
1—整流部分 2—滤波部分 3—逆变部分 4—控制部分 5—负载
图3.2 通用变频器基本电路
通用变频器的基本电路如图3.2所示，它由4个主要部分组成，分别是： 1—整流部分，把交流电压变为直流电压；
2—滤波部分，把脉动较大的交流电进行滤波变成比较平滑的直流电； 3—逆变部分，把直流电又转换成三相交流电，这种逆变电路一般是利用功率开关元件按照控制电路的驱动、输出脉冲宽度被调制的PWM波，或者正弦脉宽调制SPWM波，当这种波形的电压加到负载上时，由于负载电感作用，使电流连续化，变成接近正弦形波的电流波形；
4—控制电路是用来产生输出逆变桥所需要的各驱动信号，这些信号是受外部指令决定的，有频率、频率上升下降速率、外部通断控制以及变频器内部各种各样的保护和反馈信号的综合控制等。
通用变频器对负载的输出波形都是双极性SPWM波，这种波形可以大幅度提高变频器的效率，但同时这种波形使变频器的输出区别于正常正弦波,产生了变频器很多特殊之处。双极性SPWM波如图3.3所示,其中图3.3(a)是三角形的载波与正弦形信号进行比较的情形，图3.3(b)是比较后获的SPWM波形。
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图3.3 双极性SPWM调制器
因此，为了控制喷泉管道中的流量，使花形变化柔性化，即使花形的高度和大
小能够很好地跟随音乐节奏的变化，这样选择变频器就可以控制潜水泵的转速，当潜水泵的转速的改变就直接改变了管道中的流量。由于变频器有数字输入和模拟输入的信号类型。因为单片机输出的是数字信号，若要选择模拟输入信号的变频器，就必须进行数模转换电路设计，本身变频器的价格就比较昂贵了，在加入一个数模转换电路，无疑是增加产品和设计设计成本。故直接选择具有数字输入的变频器，但是一般的变频器不能直接与单片机相连，需要进行强弱电的隔离处理。为了不单独选择或设计隔离电路，经查阅大量资料，有带隔离数字输入的变频器，因此可直接选用这种变频器，目的可使硬件电路结构简单，减少各硬件电路之间的干扰和时间延迟，以保证音乐放音和花形及流量的同步控制动作。
根据变频器的选用原则：变频器的输出功率和电流选择必须等于或大于被驱动异步电机的功率和电流。由于变频的过载能力没有电机过载能力强，一旦电机有过载，损坏的首先是变频器(如果变频器的保护功能不完善的话)；又如果设备上已选用的电机功率大于实际机械负载功率，但是有可能用户会将把机械功率调节到达到电机输出功率，此时，变频器一定要可以胜任，也就是说变频器的功率选用一定要等于或大于电机功率。个别电机额定电流值较特殊，不在常用标准规格附近，又有的电机额定电压低，额定电流偏大，此时要求变频器的额定电流必须等于或大于电机额定电流。
[16]
因此变频器的选择主要是对变频器容量的选择，而变频器的容量又由很多因素决定，如电动机容量、电动机加速时间（即反应时间）等，其中，最主要的是电动机的额定电流。
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②变频器的容量计算
[17]
由于变频器只驱动一台电机，而对于连续运转的变频器必须满足下列3项计算公式：
满足负载要求输出：
PCM??KPM?cos?1.05?30.82?0.86?4.47KVA 式（3.1）
满足电动机容量：
PCM??3?103?10?3KUEIEA?1.05?380?7.54?5.21KVA 式（3.2）
?3满足电动机电流：
ICM?KIE?1.05?7.54?7.92A 式（3.3）
式中：PCM是变频器的容量、PM负载要求的电动机轴输出功率、UE是电动机的额定电压、IE电动机的额定电流、η是电动机的效率、cos?电动机功率因素、K是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形不是完全的正弦，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。对于PWM控制方式的变频器，K的取值为1.05～1.1。
根据以上条件可选择成都中南实业有限公司提供的西门子全新一代标准变频器，变频器型号为MICROMASTE 440通用型的变频器。其相关参数如表3.3，接线端子如图3.4所示。
对于表3.3中加、减速时间，本设计中设定设定为0.1s，这样设定的目的是为了提高变频器的反应时间，使之与音乐的各个音符之间的最小间隔时间相匹配；如果该时间设定值过大，当音符由上一个变化至下一个音符时，变频器的反应就不迅速了，这是因为控制系统电路原理图中的延迟电路是加在音响和灯光之前的，而没有在变频器之前加延迟电路，故不能直接对变频器进行延时处理，所以，变频器的设定值取较小值为宜。
邵阳学院毕业设计（论文） 表3.3 相关变频器参数
变频器型号 变频器输出 最大适用电机功率（KW） 额定容量（KVA） 额定电流（A） 输入信号 输出信号 加减速时间 数字设定 报警输出 MICROMASTE 440 3.7 6.6 9.6 接收三位数字信号 DC28V0.3A 0.1～9999秒（加、减速时间独立设定）
外接制动单元外接制动电阻电源正转复位自由停车数字输入电机继电器输出1 继电器输出2 开集电器输出 频率输出 模拟输入0～0～24～2电流输出 电阻反馈电压反馈图 3.4 变频器接线端子
③变频器的频率设定
根据前面控制功能分析可知变频器要实现八种电机速度，由于最高转速时为
2860r/min，而在喷泉的控制系统设计时就以最高速设计的。那么最高速时电机接受
正常的供电频率为50Hz；最低转速时为357.5r/min，那么变频器输出频率就为
6.25Hz；由于考虑到制动的原因，制动前应把速度减到较低的速度，可设置这个频
率为6.25Hz。