CN204794801U - 一种电动机变频调速系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动机变频调速系统，包括控制模块、SPWM波发生模块以及三相整流模块、驱动电路模块、IPM集成模块、电压报警模块、电机、以及测速传感器模块和连接在控制模块上的外围设备模块，所述的控制模块采用MCS-51系列的8051单片机最小系统，所述的SPWM波发生模块以及三相整流模块采用SA4828三相SPWM产生器，所述单片机89C51与SA4828芯片组成SPWM波发生电路，并结合智能功率模块IPM，通过软件编程控制电动机变频调速。所设计的系统实现了变频调速的全数字化控制，实时性好，可靠性高。

Description

一种电动机变频调速系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动机变频调速系统，特别涉及一种利用单片微机和集成芯片配合产生SPWM波形控制逆变开关的通断，实现全数字化控制的一种电动机变频调速系统。

背景技术

随着电力电子技术，计算机技术的不断发展和电力电子器件的更新换代，变频调速技术得到了飞速的发展。据资料显示，现在有90％以上的动力来源来自电动机。我国生产的电能60％用于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分，所以要对电动机的调速有足够的重视。我们都知道，动力和运动是可以相互转化的，从这个意义上说电动机也是最常见的运动源，对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。

交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。尽管从1930年开始，人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动，制动和有级调速的目的。变极对调速、电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转距控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性，可靠性，经济性以及效率均不能满足生产要求。后来发展起来的调压，调频控制只控制了电动机的气隙磁通，而不能调节转距。用于工业控制的计算机可谓功能强大，它有极高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能，但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统。可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断、定时、记数和简单的运算，由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。在民用生产中，通常用介于工控机和可编程控制器之间的单片机作为微处理器。

本实用新型设计一套电动机变频调速系统，所述系统采用单片机89C51与SA4828芯片组成SPWM波发生电路，并结合智能功率模块IPM，通过软件编程控制电动机变频调速。所述系统数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。核心控制程序的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过控制器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。通过单片微机和集成芯片配合产生SPWM波形控制逆变电路的通断，控制算法容易编程实现，实现了全数字化控制，结构简单，与采用模拟器件相比，减少了生产成本，性能良好；具有易于改变控制算法、程序易于移植、控制精度高、可靠性好等优点，采用变频技术后，可以节省大量的能源，有良好的经济价值和环保效果，应用前景非常广泛。

实用新型内容

本实用新型针对交流调速系统局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动、制动和有级调速的技术问题，而变极对调速，电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段，同时交流调速缓慢且其稳定性、可靠性、经济性以及效率均不能满足生产要求，后来发展起来的调压，调频控制只控制了电动机的气隙磁通，而不能调节转距的问题，设计了一种电动机变频调速系统，采用单片机89C51与SA4828芯片组成SPWM波发生电路，并结合智能功率模块IPM，通过软件编程控制电动机变频调速。

为实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

一种电动机变频调速系统，包括控制模块、SPWM波发生模块以及三相整流模块、驱动电路模块、IPM集成模块、电压报警模块、电机、测速传感器模块和连接在控制模块上的外围设备模块，其特征在于：所述的控制模块采用MCS-51系列的8051单片机最小系统，所述的SPWM波发生模块以及三相整流模块采用SA4828三相SPWM产生器，所述IPM集成模块中集成有部分驱动电路、保护电路、逆变电路模块、功率开关元件以及隔离电路模块，所述8051单片机输出端连接SA4828三相SPWM产生器的输入端，所述SA4828的输出端通过驱动电路连接IPM集成模块控制逆变电路模块，所述逆变电路的输入端还连接有保护电路，其输出端连接有隔离电路模块，所述隔离电路模块的输出端连接有功率开关元件、所述功率开关元件的输出端通过电压报警模块连接至电机，所述电机上还连接有速度传感器模块，所述速度传感器模块的输出端连接至控制模块，所述电压报警模块的输出端连接至三相整流模块。

所述SA4828三相SPWM产生器采用数字式控制处理芯片，所述8051单片机内置有控制算法，所述控制算法可编程、可移植，通过所述控制算法控制SA4828三相SPWM产生器。

所述外围设备模块包括按键模块和显示模块。

通过以上技术方案本实用新型达到的有益效果如下：

本实用新型提供了一种电动机变频调速系统，利用单片微机和集成芯片配合产生SPWM波形控制逆变电路，控制算法容易编程实现，实现了全数字化控制，结构简单，与采用模拟器件相比，减少了生产成本，性能良好；具有易于改变控制算法、程序易于移植、控制精度高、可靠性好等优点，采用变频技术后，可以节省大量的能源，有良好的经济价值和环保效果。且设计数字式控制处理芯片使其运算能力和可靠性得到很大提高，使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。核心控制程序的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过控制器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得控制器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的单片机89C51与变频器SA4828连接电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

如图1所示，一种电动机变频调速系统，包括控制模块、SPWM波发生模块以及三相整流模块、驱动电路模块、IPM集成模块、电压报警模块、电机、以及测速传感器模块和连接在控制模块上的外围设备模块，其特征在于：所述的控制模块采用MCS-51系列的8051单片机最小系统，所述的SPWM波发生模块以及三相整流模块采用SA4828三相SPWM产生器，所述IPM集成模块中集成有部分驱动电路、保护电路、逆变电路模块、功率开关元件以及隔离电路模块，所述8051单片机输出端连接SA4828三相SPWM产生器的输入端，所述SA4828的输出端通过驱动电路连接IPM集成模块控制逆变电路模块，所述逆变电路的输入端还连接有保护电路，其输出端连接有隔离电路模块，所述隔离电路模块的输出端连接有功率开关元件、所述功率开关元件的输出端通过电压报警模块连接至电机，所述电机上还连接有速度传感器模块，所述速度传感器模块的输出端连接至控制模块，所述电压报警模块的输出端连接至三相整流模块。

所述SA4828三相SPWM产生器采用数字式控制处理芯片，所述8051单片机内置有基于单片机的C语言编程和SA4828变频编程的控制算法，所述控制算法可编程、可移植，通过所述控制算法控制SA4828三相SPWM产生器。所述外围设备模块包括按键模块和显示模块。所述系统通过单片机89C51与SA4828芯片组成SPWM波发生电路，并结合IPM集成模块，通过软件编程控制电动机变频调速。

如图2所示，是本实用新型的单片机89C51与变频器SA4828连接电路图，单片机89C51通过P0口与SA4828的AD口相连，从而将AD口输入的地址与数据分开。SA4828的地址锁存器由8051的ALE信号控制。同时，连接的控制信号还有读、写信号和SA4828的ZPPR引脚连接单片机89C51的P3.2引脚，测量调制波的频率，用于显示。TRIP：该引脚输出一个锁存状态，当SETTRIP有效时，TRIP为低电平，表示输出已被封锁。它有12mA的驱动能力，可直接驱动一个LED指示灯。SA4828的6个输出引脚通过各自的驱动电路，用来驱动逆变的6个开关管。单片机与SA4828时钟频率为12MHZ，调制波频率范围0到80HZ，载波频率设计为5kHz，实际脉冲删除时间为12μs,死区延迟时间6μs，采用高效波形，使用红相控制幅值，不用看门狗。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种电动机变频调速系统，包括控制模块、SPWM波发生模块以及三相整流模块、驱动电路模块、IPM集成模块、电压报警模块、电机、以及测速传感器模块和连接在控制模块上的外围设备模块，其特征在于：所述的控制模块采用MCS-51系列的8051单片机最小系统，所述的SPWM波发生模块以及三相整流模块采用SA4828三相SPWM产生器，所述IPM集成模块中集成有部分驱动电路、保护电路、逆变电路模块、功率开关元件以及隔离电路模块，所述8051单片机输出端连接SA4828三相SPWM产生器的输入端，所述SA4828的输出端通过驱动电路连接IPM集成模块控制逆变电路模块，所述逆变电路的输入端还连接有保护电路，其输出端连接有隔离电路模块，所述隔离电路模块的输出端连接有功率开关元件、所述功率开关元件的输出端通过电压报警模块连接至电机，所述电机上还连接有速度传感器模块，所述速度传感器模块的输出端连接至控制模块，所述电压报警模块的输出端还连接至三相整流模块。

2.根据权利要求1所述的一种电动机变频调速系统，其特征在于：所述外围设备模块包括按键模块和显示模块。