电压源型异步电动机变压变频调速系统设计.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：电压源型异步电动机变压变频调速系统设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 课程设计（论文）报告的内容及其文本格式课程设计（论文）报告的内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用 A4 纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括： 封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等） 设计(论文)任务及评语 中文摘要 （黑体小二，居中，不少于 200 字） 目录 正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） 参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000 字周数。 3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 标题“目录”（ 小二号、黑体、居中） 章标题（四号字、黑体、居左） 节标题（小四号字、宋体） 页码（小四号字、宋体、居右） 6、正文格式 页边距：上 2.5cm，下 2.5cm，左 3cm，右 2.5cm，页眉 1.5cm，页脚 1.75cm，左侧装订； 字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级标题，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正 文文字，小四号字、宋体； 行距：20 磅行距； 页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式 标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。 示例：（五号宋体） 期刊类：序号作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次. 图书类：序号作者 1,作者 2,作者 n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次. 本科生课程设计（论文） II 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 本科生课程设计（论文） III 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级 课程设 计（论 文）题 目 5kW三相电压源型逆变电路设计 课程设计（论文）任务 课题完成的功能：课题完成的功能： 本课程设计是完成微机控制下的三相电压源型逆变电路，该逆变电路中以绝缘栅双极 晶管 IGBT 作为开关器件，采用单片机作为微机控制核心，实现 IGBT 驱动信号的设计。 设计任务及要求：设计任务及要求： （1）完成电压源型逆变电路主电路设计，包括直流电压源输入、分立搭建 IGBT 器件、 三相逆变电路输出及相关辅助电路。 （2）完成 IGBT 驱动电路设计，要求选择专用的 IGBT 混合集成驱动电路（如三菱公司的 M597 系列、富士公司的 EXB 系列、东芝公司的 TLP 系列、法国汤姆森公司的 UA4002 系列等） ，完成驱动电路与主电路的接口设计及相关保护电路的设计。 （3）完成控制电路设计，包括单片机最小系统、与上面驱动电路的控制接口及软件流程 图设计。 （4）撰写课程设计说明书（论文） 。 技术参数：技术参数： 额定输入电压：直流 DC220V；输入电压范围：±15%；输入最大电流值：30A；连续 工作功率输出：5kW；逆变输出电压：三相 380VAC±2%；逆变输出波形：全正弦波；逆 变输出频率值：50Hz±0.5%；转换效率：93%；功率因数：0.99 进度计划 （1）布置任务，查阅资料，确定系统的组成（2 天） （2）对系统各组成部件进行功能分析（3 天） （3）系统电气电路设计及调试设计（3 天） （4）撰写、打印设计说明书及答辩（2 天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） IV 摘 要 本课程设计题目要求三相电压源型 SPWM 逆变器的设计。设计过程中从原 理分析，元器件的选取，到方案的确定以及采用单片机作为微机控制核心，实现 IGBT 驱动信号的设计逆变电路在电力电子电路中占有十分突出的位置，而 PWM 控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用该 技术。基于三相电压型逆变电路的工作原理，运用 PWM 技术使输出电压、电流 接近正弦波。本文详尽分析三相逆变电压电路在感性负载情况下的工作原理，通 过电路中电流流通状况，确定逆变电路的输出电压，同时，在这一分析过程中， 三相 PWM 逆变电源的三相输出桥臂的控制信号由三角载波和调制波相比较给出。 最后本课程设计是完成微机控制下的三相电压源型逆变电路，该逆变电路中以绝 缘栅双极晶管 IGBT 作为开关器件，采用单片机作为微机控制核心，实现 IGBT 驱动信 号的设计。 关键词：关键词 IGBT；关键词 三相 电压源型；关键词 SPWM 本科生课程设计（论文） V 目 录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 课程设计的方案 2 2.1 概述2 2.2 系统组成总体结构2 2.2.1 单片机的选择 2 2.2.2 驱动芯片的选择 2 2.2.3 驱动信号的控制选择 2 2.2.4 总体方案论证与选择 3 第 3 章 主要电路的设计 4 3.1 主电路图 .4 3.2 主电路原理分析 .4 3.3 工作波形分析和绘制 .5 3.4 参数计算 .7 3.5 PWM 控制电路9 第 4 章 硬件设计 .11 4.1.1 驱动芯片 EXB84111 4.1.2 控制器 AT89C51.13 第 5 章 软件设计 .15 5.1 软件的设计 15 5.1.1 软件流程图 16 第 6 章 课程设计总结 .17 参考文献 18 本科生课程设计（论文） 0 第 1 章 绪论 逆变电路是与整流电路（Rectifier）相对应，将低电压变为高电压，把直流 电变成交流电的电路称为逆变电路。逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着 非常重要的作用。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直 流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。将直流电能变换为交流电能的 变换电路。可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。生产中最常见的 交流电源是由发电厂供电的公共电网（中国采用线电压方均根值为 380V，频率 为 50Hz 供电制） 。由公共电网向交流负载供电是最普通的供电方式。但随着生产 的发展，相当多的用电设备对电源质量和参数有特殊要求，以至难于由公共电网 直接供电。为了满足这些要求，历史上曾经有过电动机发电机组和离子器件逆 变电路。但由于它们的技术经济指标均不如用电力电子器件（如晶闸管等）组成 的逆变电路，因而已经或正在被后者所取代。 电压源型增加一组反并联的整流器, 使再生制动经过反馈二极管的电流能反 馈入交流电网, 由于不经济而很少采用。采用由制动单元和制动电阻组成的再生 制动电路, 将回馈能量通过制动电阻以热能的形式消耗掉。因位能负载比其它负 载的回馈能量大, 特别是当由高速状态快速停机时减速度大, 回馈能量会更大, 选 用制动电阻功率时, 制动单元使用手册提供的功率数值只能做为参考值, 应根据 位能负载设备负荷惯性、制动频率等特性加大制动电阻功率,以满负荷正常运行时 变频器不出现过电压为准。采用外加电能回馈单元使再生制动电流能反馈入交流 电网。变频调速系统的抗干扰措施。 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT(双 极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体 器件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱 和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小，开关速度快， 但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而 饱和压降低。非常适合应用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、 变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 本科生课程设计（论文） 1 第 2 章 课程设计的方案 2.1 概述 随着电力电子技术的发展，逆变电路主要应用于各种直流电源，如蓄电池、干电池、 太阳能电池等；还可以应用于交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电 子装置的核心部分。 逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的 称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。逆变电路可用以构成静止式 中频加热电源。它具有主电路简单、起动性能好的优点，但负载适应性较差，故只适用于负 载变化不大但又需要频繁起动的场合。 由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大 电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；阻感 负载时需要提供无功功率等特点而具有广泛的应用。在晶闸管逆变电路中，负载换相式电压 型逆变电路利用负载电流相位超前电压的特点来实现换相，不用附加专门的换相电路，因而 应用较多。 2.2 系统组成总体结构 2.2.1 单片机的选择 采用传统的 AT89C51 作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件 编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗 低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 2.2.2 驱动芯片的选择 EXB841 是日本富士公司提供的 300A/1200V 快速型 IGBT 驱动专用模块， 整个电路延迟时间不超过 Ip，最高工作频率达 40 一 50kHz，它只需外部提供一 个+20V 单电源，内部产生一个一 5V 反偏压，模块采用高速光藕隔离，射极输出。 有短路保护和慢速关断功能。 2.2.3 驱动信号的控制选择 采用正弦脉宽调制： 正弦脉宽调制是以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得 多的等腰三角波作为载波（Carrier wave） ，并用频率和期望波相同的正弦波作为 本科生课程设计（论文） 2 调制波（Modulation wave） ，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器 开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一 系列等幅不等宽的矩形波。 2.2.4 总体方案论证与选择 电源的工作原理是：操作员通过输入接口电路向微处理器设定所要得到的正 弦电压值，微处理器根据电压标称值，产生对应的 SPWM 信号，此信号经驱动 环节驱动便会在逆变桥的输出产生功率 SPWM 波，再经过滤波以后就得到要求 的正弦波。由于滤波器造成的信号损失、市电的波动等因素的影响，输出的正弦 电压值可能会偏离期望值，所以要从逆变器输出端进行电流和电压取样，取样值 经整流滤波后,通过光电耦合回路及 A/ D 转换反馈至单片机，CPU 再与设定的电 压、电流值进行比较。如果发生过流现象，则立即采取相应的保护措施、停止脉 冲输出；如果偏离电压期望值，则相应改变 SPWM 波的宽度以稳定输出，中的 变压输出部分是一个副原线圈匝数比很高的升压变压器，在这个变压器的作用下 将电压升至期望值。出于简化的考虑在图中没有给出能量缓冲吸收环节。显然,计 算机的在线计算给系统的控制带来了很大的灵活性。其中的 AT89C51 单片机系 统是整个系统工作的核心，用于产生 SPWM 驱动信号；由四 MOSFET 管组成的 逆变桥是主控电路的主要部分，因为 MOSFET 工作频率高、驱动电路简单、工 作损耗低，所以较好地满足了设计要求。 图 2.1 系统结构框图 整流 环节 逆变电路 滤波 环节 变压 输出 判定保护 AT89C51 单片机系统 电压取样电压取样 输入接口电路 本科生课程设计（论文） 3 第 3 章 主要电路的设计 逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从 而使负载上得到的实际电压为正弦波。 3.1 主电路图 图 1 三相 电压型桥式逆变电路 3.2 主电路原理分析 图 1 是采用 IGBT 作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路，可以看成由三 个半桥逆变电路组成。图 1 的直流侧通常只有一个电容就可以了，但为了分析方 便，画作串联的两个电容器并标出假象中点 N。和单相半桥、全桥逆变电路相 同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是 180°导电方式，即每个桥臂 的导电角度为 180°，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导 电的角度依次相差 120°。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是 上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换 本科生课程设计（论文） 4 流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。 3.3 工作波形分析和绘制 对于 U 相输出来说，当桥臂 1 导通时，当桥臂 4 导通时，2 'dUN Uu 。因此，的波形是幅值为的矩形波。V、W 两相的情况和2 'dUN Uu 'UN u2 d U U 相相似，、的波形形状和相同，只是相位依次相差 120°。、 'VN u 'WN u 'UN u 'UN u 、的波形如图 2a、b、c 所示。 'VN u 'WN u '' '' '' UNWNWU WNVNVW VNUNUV uuu uuu uuu 本科生课程设计（论文） 5 图 2 三相电压型桥式逆变电路的工作波形 负载线电压、可由下式求出 UV u VW u WU u 图 2 是依照上式画出的波形。 UV u 设负载中点 N 与直流电源假象点 N之间的电压为，则负载各相的相电 'NN u 压分别为 把上式各式相加并整理可求得 设负载为三相对称负载，则有，于是0 WNVNUN uuu 所以也是矩形波，如图 2e 所示，其频率为的 3 倍，幅值为其， 1 NN u 1 UN u3/1 即。6/ d U 图 2f 给出了利用式（2）和式（4）绘出的的波形，、的波形形 UN u VN u WN u 状和相同，仅相位依次相差 120°。 UN u 三相逆变输出的电压与电流分析类似，负载参数已知，以 U 相为例，负载的 阻抗角不一样，的波形形状和相位都有所不同，图 2g 给出的事阻感负载下 U i 时的波形。桥臂 1 中的从通态转换到断态时，因负载电感中电流 U i 1 V 不能突变，小桥 4 中的先导通续流，待负载电流降为零，桥臂 4 中电流 4 VD 反相时，才开始导通。负载阻抗角越大，导通时间越长。在时， 4 V 4 VD 1 NN u0 时为导通，时为导通；在时，时导通，0 U i 1 VD0 U i 1 V0 1 NN u0 U i 4 VD )( 3 1 )( 3 1 1111 WNVNUN WNVNUNNN uuuuuuu 4 3 1 '' '' '' UNWNWU WNVNVW VNUNUV uuu uuu uuu 2 '' '' '' NNWNWN NNVNVN NNUNUN uuu uuu uuu 3 本科生课程设计（论文） 6 时为导通。0 U i 4 V 、的波形与形状相同，相位一次相差。将三个桥臂电流相加可得 v i w i U i 0 120 到直流侧电流。把桥臂 1、3、5 的电流加起来，就可得到直流侧电流的波形， d i d i 如图 2h 所示。可以看出，每隔 60°脉动一次，而直流侧电压是基本无脉动的， 因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，且脉动的情况和脉动情况 d i 大体相同。这也是电压型逆变电路的一个特点。 3.4 参数计算 下面对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析。把输出线电压 展开成 傅里叶级数得： 2 3111 (sinsin5sin7sin11) 5711 d UV U utttt 2 31 sin( 1) sin k d n U tn t n 式中，为自然数。 61nkk 输出线电压有效值为 UV U 2 2 0 1 0.816 2 UVUVd Uud tU 基波幅值和基波有效值分别为 1UV m U 1UV U ； 1 2 3 1.1 d UV md U UU 1 1 6 0.78 2 UV m UVdd U UUU 接下来，我们再对负载相电压进行分析。把展开成傅里叶级数得 UN u UN u 2111 (sinsin5sin7sin11) 5711 d UN U utttt 5 6 8 9 7 本科生课程设计（论文） 7 21 =sinsinn d n U tt n （） 式中，k 为自然数。 61nk 负载相电压有效值为 UN U 2 2 0 1 0.471 2 UNUNd Uud tU 基波幅值和基波有效值分别为 1UN m U 1UN U ； 1 2 0.637 d UN md U UU 1 1 0.45 2 UN m UNd U UU 在上述导电方式逆变器中，我们采用“先断后通”的方法来防止同一相 0 180 上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路，使得在通断信号之间留 有一个短暂的死区时间。死区时间的长短要视器件的开关速度而定，器件的开关 速度越快，所留的死区时间就越短。 绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区 之间多了一个 P 型层。根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿 用场效应晶体管的相应命名。 IGBT 的结构剖面图如图 3 所示。它在结构上类似于 MOSFET ，其不同点在 于 IGBT 是在 N 沟道功率 MOSFET 的 N+基板（漏极）上增加了一个 P+ 基板 （IGBT 的集电极） ，形成 PN 结 j1 ，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与 MOSFET 相似。 图 3 IGBT 结构剖面图 由图可以看出，IGBT 相当于一个由 MOSFET 驱动的厚基区 GTR ，其简化 10 11 12 本科生课程设计（论文） 8 等效电路如图 3 所示。图中 Rdr 是厚基区 GTR 的扩展电阻。IGBT 是以 GTR 为 主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。 IGBT 的特性和参数特点可以总结为： 1）IGBT 开关速度高，开关损耗小； 2）在相同电压和电流定额的情况下，IGBT 的安全工作区比 GTR 大，而且 具有耐脉冲电流冲击的能力； 3）IGBT 的通态压降比 VDMOSFET 低，特别是在电流较大的区域； 4) 与电力 MOSFET 和 GTR 相比，IGBT 的耐压和通流能力还可以进一步提 高，同时可以保持开关频率高。 3.5 PWM 控制电路 PWM 控制技术实际上就是斩波控制技术，就是对脉冲宽度进行调制的技术， 即是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获得所需要的波形(如正弦波、 频率和幅值)。PWM 控制技术涉及调制法和控制法两方面内容：就调制法而言，有 单脉冲调制和多脉冲调制；有同步调制、异步调制和分段同步调制；还有单极性 调制和双极性调制三大类。而就控制法而言，则有等脉宽 PWM 法、正弦波 PWM 法、 磁链跟踪 PWM 法和电流跟踪 PWM 法四大类。它在逆变电路中的应用最为广泛，对 逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路，几乎都是 PWM 型逆变电 路。所以在设计逆变电路时，就必须了解并掌握 PWM 控制技术及 SPWM 波的产生 方法。 本科生课程设计（论文） 9 图 4 三相桥式 PWM 逆变电路 三相电压型 PWM 逆变电路只要实现功能就是将直流电压变换成交流电压。图 4 中 U、V、M 三相的 PWM 控制通常公用一个三角波载波，三相调制信号、 c u rU u 、一次相差。U、V、W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以 U 相 rV u rW u 0 120 为例。 当时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以关断信号，则 U 相相 rU u c u 1 V 4 V 对于直流电源假想中点输出电压。2/ 1 d UN Uu 当时，给以导通信号，给以关断信号，则。但 rU u c u 4 V 1 V2/ 1 d UN Uu 与的驱动信号始终是互补的，当给（）加以导通信号时，可能 1 V 4 V 1 V 4 V （）导通，也可能是二极管续流导通，这是有阻感负载中电流方 1 V 4 V)( 41 VDVD 向决定，这就是三相桥式电路的双极型调制特性。由上分析，的波形是幅值 1 UN u 为的矩形波，V、M 两相情况跟 U 相类似。电路的波形如图 4 所示。2/ d U 本科生课程设计（论文） 10 第 4 章 硬件设计 4.1.1 驱动芯片 EXB841 要很好使用 IGBT，必须根据它的特点设计合理的、保护措施齐全的驱动电 路进行控制否则很容易造成 IGBT 的损坏。EXB841 就是驱动电路的芯片。 图 2.4 EXB841 功能框图 EXB841 主要由放大、过流保护、5V 基准电压和输出等部分组成。其中放大 部分由 TLP550,V2,V4,V5 和 R1,C1,R2,R9 组成，TLP55 起信号输人和隔离作用， V2 是中间级，V4 和 V5 组成推挽输出;短路过流保护部分由 V1,V3,V6,VZ1 和 C2,R3,R4,R5,R6,C3,R7,R8,C4 等组成，实现过流检测和延时保护功能。EXB841 的 6 脚通过快速恢复二极管接至 IGBT 的 C 极，检测 IGBT 的集射之间的通态电 压降的高低来判断 IGBT 的过流情况加以保护;5V 电压基准部分由 R10,VZ2,C5 组 成，为 IGBT 驱动提供一 5V 反偏压。 本科生课程设计（论文） 11 图 2.5 EXB841 原理图 正常开通过程，当控制电路使 EXB841 输人端 14 和 15 脚有 lOmA 的电流流 过时，光藕 TLP550 导通，A 点电位迅速下降至 OV，使 VI,V2 截止;V2 截止使 D 点电位上升至 20V,V 4 导通 V5 截止，EXB841 通过 V4 及栅极电阻 R,向 IGBT 提供电流使之迅速导通，IGBT 的 V,。下降至 3V,与此同时，EXB841 的 V1 截止 使+20V 电源通过 B3 向电容 C2 充电，使 B 点电位上升，它们由零上升到 13V 的 时间为 2.54p ,由于 IGBT 约 1ps 后已导通，VCE 下降至 3V 左右，从而使 EXB841 的 6 脚电位特制在 8V 左右，因此 B 点和 C 点电位不会充至 13V，而是 充至 8V,稳压管 VZ1 的稳压值为 13V,IGBT 正常开通时不会被击穿，V3 不通，E 点电位仍为 20V，二极管 V6 截止，不影响 V4,V5 的正常工作。 正常关断过程，控 制 电路 使EXB841输人端14,15脚无电流流过，光藕 TLP550不通，A点电位L升使VI,V2导通;V2导通使V4截止，V5导通，IGBT栅极电 荷通过V5迅速放电，使EXB841的1脚电位迅速下降至OV，使IGBT可靠关断,Vc; 迅速上升，使EXB841的6脚“悬空” 。与此同时V1导通，C2通过vi更快放电，将B 点和c点电位箱制在ov，使vzl仍不通，后续电路不会动作，IGBT正常关断。 保护动作过程，设 IG BT 正常导通，则 EXB841 中 V1 和 V2 截止，V4 导 通，V5 截止，B 点和 C 点电位稳定在 8V 左右，Vzl 不被击穿，V3 不通，E 点电 位保持在 20V ,二极管 V6 截止。若此时发生短路，IGBT 承受大电流而退饱和， VCE 上升很多，二极管 V7 截止，EXB841 的 6 脚“悬空”,B 点和 C 点电位由 8v 上升，当上升至 13V 时，vzl 被击穿,V3 导通,C4 通过 R7 和 V3 放电，E 点电位 逐渐下降，二极管 V6 导通使 D 点电位也逐渐下降，从而使 EXB841 的 3 脚电位 本科生课程设计（论文） 12 也逐步下降，慢慢关断 IGBTa 根 据 图 2 和对其工作原理分析可知，EXB841 的 本身所谓的保护仅是通过二极管 V7 来检测 IGBT 的极射间的电压降来控制的， 故 EXB841 有三个致命缺点，一是二极管 V7 与 IGBT 的集电极相连，也就是与 强电相连，在煤矿 550V 直流架线电机车上应用，V7 经常被强电高压击穿， EXB841 和控制板被烧坏;二是它仅对短路情况下才能检测，对于一般过载不起作 用;三是提供一 5V 偏压的 VZ2 稳压管易损坏，导致 EXB841 无法正常使用。针对 以上的缺陷，在实际应用中现作了改进。 4.1.2 控制器 AT89C51 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机采用高性能的静态设计，并采用先进工 艺制造，还带有非易失性 Flash 程序存储器。它是一种高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微处理芯片，市场应用最多。 图 2.1 AT89C51 最小系统 其主要特点如下: 1 8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，数据保存 10 年 2 256 字节内部 RAM； 3 电源控制模式； 4 时钟可停止和恢复； 本科生课程设计（论文） 13 5 空闲模式； 6 掉电模式； 7 6 个中断源； 8 4 个中断优先级； 9 4 个 8 位 I/O 口； 10 全双工增强型 TUAR； 11 3 个 16 位定时/计数器：T0、T1(标准 80C51)和增加的 T2（捕获和比较） 12 全静态工作方式：024MHZ 本科生课程设计（论文） 14 第第 5 5 章章 软件设计 5.1 软件的设计 用单片机(MCU)产生函数波形一般通过集成的数模转换器 DAC 来实现，按 照波形变化往 DAC 发送相应数据即可在 DAC 输出端产生模拟波形。采用脉宽调 制 PWM 信号来实现 DA 转换也是一种常用的方法，可以用 PWM 信号产生所 需的直流或交流信号。由于常用 51 单片机没有 PWM 输出功能，本文利用 51 单 片机的 2 个定时器 TO 和 T1 实现交变 PWM 输出，经过滤波隔直输出 50Hz 的正 弦波。PWM 信号是一种具有固定周期(T)和不定占空比(r)的数字信号。如图 1 所 示。如果 PWM 信号的占空比随时间变化，那么通过滤波之后的输出信号将是随 幅度变化的模拟信号。因此通过控制 PWM 信号的占空比，就可以产生不同的模 拟信号。在 51 单片机中就是采用 TO 来控制高电平时间(即可变占空比)、T1 控制 低电平时间(Tr)，进而实现 DA 转换。 如要生成 50Hz 的正弦波，则在正弦波一个周期 20ms 内由单片机输出多个占 空比按正弦函数变化的 PWM 信号，通过阻容二阶滤波即可输出正弦波形。比如 一个正弦周期内输出 40 个 PWM 信号，则 T 为 500ns，如 51MCU 采用 12MHz 的晶振则是 T 一 500 个机器周期，通过 2 个定时器按正弦函数曲线分别对内部时 钟的计数，在定时中断中对输出脚置 0 或置 1 就可以实现正弦波形的生成。 本科生课程设计（论文） 15 5.1.1 软件流程图 图 2.13 系统软件流程图 本科生课程设计（论文） 16 第六章 课程设计总结 交流课程设计终于顺利完成了，其中包含着快乐，也有辛酸。我的题目是 “电压源型逆变电路 IGBT 驱动信号设计” ，开始觉得题目比较简单，其实不然， 着手开始准备时发现，电路设计虽然简单，但程序设计比较困难，不过最终还是 完成了。 回顾起此次交流课程设计，我感慨颇多，从着手到完成，从理论到实践，在 接近一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过 的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论 知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结 论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时 在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌握得不够牢固。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在曹老师的辛勤 指导下，终于解决了。 当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同 时看着电脑荧屏上的课程设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次 课程设计的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用 了大学期间所学到的知识。 通过这次交流课设，我不仅加深了对理论的理解，将理论很好地应用到实际 当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超 越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为自己的 东西。感谢学校可以给我们这样一个机会，锻炼我们的动手和实践能力，让我们 可以发现自己的不足，认识到自己的能力欠缺，为以后能更好的工作打下良好的 基础。再次感谢老师的悉心教导和给位同学的帮助。 本科生课程设计（论文） 17 参考文献 1.王兆安 刘进军 电力电子技术 北京：机械工业出版社 2.康华光 电子技术基础数字部分 北京：高等教育出版社 2005 3.刘凤君 现代逆变技术及应用 北京：电子工业出版社 2006 4.李宏 王崇武 现代电力电子技术基础 北京：机械工业出版社 5.陈国呈 PWM 逆变技术及应用 北京：中国电力出版社 2007 6.陈国呈 PWM 电力电子变换技术 北京：中国电力出版社 7.李华德，交流调速系统设计，电子工业出版社, 2003 8.刘纯厚，近代交流调速，北京:冶金工业出版社, 2005 9.何淤庆，工业生产过程控制，北京:化学工业出版社, 2004 10. 翁维勤，过程控制系统及工程.，北京:化学工业出版社 11. 金以慧，过程控制，北京:清华大学出版社, 1993 12. 陈婉儿，脉宽调制技术M . 武汉:华中理工大学出版社