单片机的变频调速控制系统的设计(附件)【字数：16368】
摘 要在本文中，笔者以STM32F103C8T6单片机为主控制器，整流和逆变部分分别用二极管和IGBT作为开关器件，设计了交直交变频调速系统。STM32单片机是变频调速系统的核心，SA4828为SPWM脉冲发生器控制IGBT的通断，从而改变电源频率，实现电动机转速改变的目的。毕设的主电路采用的是三相桥式不可控整流与三相桥式逆变进行调压调频。控制回路使用的是STM32系列的单片机作为主控制器，用SA4828产生六个大功率晶体管IGBT所需的SPWM控制脉冲，再用M57962L驱动电路的将SPWM控制器SA4828输出的脉冲进行功率放大，以驱动IGBT。并且保护电路进行了设计，以防止过压过流。毕设所采用的方案结构简单，性价比高，可靠性高，并且同时使用Multisim和Simulink进行仿真，所得的结果与假设一致。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2交流变频技术的概况及研究现状 1
1.2.1电力电子技术现状 1
1.2.2电机控制现状 2
1.2.3 PWM控制现状 2
1.3毕设的主要任务 2
1.4论文的主要框架与结构 3
第二章 变频调速系统的主电路设计 4
2.1主电路原理图 4
2.2三相整流滤波电路的设计 5
2.2.1 整流器的选取 5
2.2.2 降噪电路 6
2.2.3滤波电路 6
2.3逆变电路的设计 7
2.3.1 逆变器IGBT的选型 8
2.3.2 续流电路 8
2.3.3 吸收电路 8
2.3.4 制动电阻 9
第三章 变频调速系统的控制回路设计 10
3.1 ARM的最小系统设计 10
3.1.1嵌入式微控制处理器STM32F103C8T6 10
3.1.2时钟和复位系统 11
3.1.3显示输出电路 14
3.1.4键盘输入、LED指示灯与报警电路 15
3.2三相SPWM控制电路 17
3.2.1 正弦脉宽调制（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
SPWM）基本原理 17
3.2.2 SPWM控制器SA4828 18
3.3 IGBT驱动电路设计 19
3.4保护电路设计 21
3.4.1过（欠）压保护电路 21
3.4.2过流保护电路 23
3.5辅助电源设计 24
第四章 交直交变频调速系统的模拟仿真 25
4.1主电路的Multisim模拟仿真 25
4.1.1整流滤波Multisim模拟仿真 25
4.1.2三相逆变电路Multisim模拟仿真 26
4.2MATLAB在变频器仿真中的优势 28
4.3三相异步电机的建模与仿真 29
4.4交直交变频调速系统仿真 31
4.4.1三相SPWM逆变器的建模与仿真 31
4.4.2整流电路的建模与仿真 34
4.4.3变频调速总设计 35
第五章 变频调速系统的软件设计 37
5.1系统主循环 37
5.2外部中断服务程序 39
5.3 SA4828参数整定 40
5.4 程序调试运行 40
结束语 42
致 谢 43
参考文献 44
附 录 45
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
社会经济的飞速发展，随之而来的是能源的消耗与环境问题的日益加剧。为了有效的解决能源问题，就要从电能转换为机械能的功率说起。机械设备的运转离不开电机的动作，发达国家中有50%的电能用于电机能量，其中有近90%都是用于交流异步电机，可见，交流异步电机是主流。而我国面临的问题是能源转换的效率并不高，并且与国际平均水平相距甚远。
自第三次工业革命以来，自动化技术飞速发展，电力电子技术也日益成熟，这些使得科学家们对电机系统的发展更上一层楼。但是电气传动技术仍然面临着巨大的挑战。经过一代又一代的科学家们的不断研究和发展，直流电机逐渐被交流电机所取代，成为电机调速系统的主流。其中，变频调速系统以其优良的性能成为电气传动研究中的一匹黑马脱颖而出，是当前最活跃，最具应用前景的调速系统。当然，变频技术的繁荣兴盛也会带动其他电力电子技术，集成电路的发展，对我国的工业技术进步有很好的促进作用。
1.2交流变频技术的概况及研究现状
1.2.1电力电子技术现状
变频技术是基于电力电子技术，因此开发变频技术，有必须研究电力电子技术。而电力电子设备的可靠性决定了整个系统的可靠性。
上世纪50年代，晶闸管的出现，是电力电子技术的新纪元。晶闸管具有重量轻，灵敏度高，压力低等优点，极大的促进了交流调速系统的发展。
上个世纪80年代是变频器应用的时代，从MOSFET到绝缘栅晶体管IGBT，这标志着传统电力电子技术的进步已经逐渐被现代电力电子技术所取代。此毕业设计的主要内容就是对变频器的主电路采用交—直—交方案，将交流整流成直流，再由逆变器驱动6个IGBT就可以把直流电压逆变成交流，从而实现交流电机无级调速。
1.2.2电机控制现状
微机系统和集成电路的快速发展对交流调速技术有重要的影响，并朝着高频智能化的方向发展。现代社会的发展强调绿色发展，在信息时代下，为了满足数字化的需要，变频调速系统也需要在数字化方向发展。
如今，单片机广泛应用于交流调速系统的脉冲发生器。像作为初学者入门的51系列单片机也适用于普通的工业，但是基于对控制精度的要求和算法的复杂程度，51系列单片机显然已经不适用，更高精度、性能更好的微处理器得到应用。因此，在进行工业设计的时候，我们需要留有余地。在北京时间的2015年7月1日，地球多出了1秒，可能对于普通人来说，一秒之差并没有任何感觉。但对于电脑行业来说，如果我们不进行修正，那么对于一些高精度的系统来说，无论是股票交易还是卫星，都会受到影响，出现一系列蝴蝶效应。
因此，本文选用的是意法半导体公司的STM32F103系列单片机，以ARM CortexM3为内核，从外设、功耗、性能方面开看，它都是32位市场上最具性价比的单片机。
1.2.3 PWM控制现状
在当前的变频调速系统中，普遍使用PWM技术作为逆变器的脉冲发生，可以说，它是整个逆变过程的核心。再加之微处理器在PWM技术上的应用以及数字化潮流的影响下，各种新型方案不断涌现。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2交流变频技术的概况及研究现状 1
1.2.1电力电子技术现状 1
1.2.2电机控制现状 2
1.2.3 PWM控制现状 2
1.3毕设的主要任务 2
1.4论文的主要框架与结构 3
第二章 变频调速系统的主电路设计 4
2.1主电路原理图 4
2.2三相整流滤波电路的设计 5
2.2.1 整流器的选取 5
2.2.2 降噪电路 6
2.2.3滤波电路 6
2.3逆变电路的设计 7
2.3.1 逆变器IGBT的选型 8
2.3.2 续流电路 8
2.3.3 吸收电路 8
2.3.4 制动电阻 9
第三章 变频调速系统的控制回路设计 10
3.1 ARM的最小系统设计 10
3.1.1嵌入式微控制处理器STM32F103C8T6 10
3.1.2时钟和复位系统 11
3.1.3显示输出电路 14
3.1.4键盘输入、LED指示灯与报警电路 15
3.2三相SPWM控制电路 17
3.2.1 正弦脉宽调制（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
SPWM）基本原理 17
3.2.2 SPWM控制器SA4828 18
3.3 IGBT驱动电路设计 19
3.4保护电路设计 21
3.4.1过（欠）压保护电路 21
3.4.2过流保护电路 23
3.5辅助电源设计 24
第四章 交直交变频调速系统的模拟仿真 25
4.1主电路的Multisim模拟仿真 25
4.1.1整流滤波Multisim模拟仿真 25
4.1.2三相逆变电路Multisim模拟仿真 26
4.2MATLAB在变频器仿真中的优势 28
4.3三相异步电机的建模与仿真 29
4.4交直交变频调速系统仿真 31
4.4.1三相SPWM逆变器的建模与仿真 31
4.4.2整流电路的建模与仿真 34
4.4.3变频调速总设计 35
第五章 变频调速系统的软件设计 37
5.1系统主循环 37
5.2外部中断服务程序 39
5.3 SA4828参数整定 40
5.4 程序调试运行 40
结束语 42
致 谢 43
参考文献 44
附 录 45
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
社会经济的飞速发展，随之而来的是能源的消耗与环境问题的日益加剧。为了有效的解决能源问题，就要从电能转换为机械能的功率说起。机械设备的运转离不开电机的动作，发达国家中有50%的电能用于电机能量，其中有近90%都是用于交流异步电机，可见，交流异步电机是主流。而我国面临的问题是能源转换的效率并不高，并且与国际平均水平相距甚远。
自第三次工业革命以来，自动化技术飞速发展，电力电子技术也日益成熟，这些使得科学家们对电机系统的发展更上一层楼。但是电气传动技术仍然面临着巨大的挑战。经过一代又一代的科学家们的不断研究和发展，直流电机逐渐被交流电机所取代，成为电机调速系统的主流。其中，变频调速系统以其优良的性能成为电气传动研究中的一匹黑马脱颖而出，是当前最活跃，最具应用前景的调速系统。当然，变频技术的繁荣兴盛也会带动其他电力电子技术，集成电路的发展，对我国的工业技术进步有很好的促进作用。
1.2交流变频技术的概况及研究现状
1.2.1电力电子技术现状
变频技术是基于电力电子技术，因此开发变频技术，有必须研究电力电子技术。而电力电子设备的可靠性决定了整个系统的可靠性。
上世纪50年代，晶闸管的出现，是电力电子技术的新纪元。晶闸管具有重量轻，灵敏度高，压力低等优点，极大的促进了交流调速系统的发展。
上个世纪80年代是变频器应用的时代，从MOSFET到绝缘栅晶体管IGBT，这标志着传统电力电子技术的进步已经逐渐被现代电力电子技术所取代。此毕业设计的主要内容就是对变频器的主电路采用交—直—交方案，将交流整流成直流，再由逆变器驱动6个IGBT就可以把直流电压逆变成交流，从而实现交流电机无级调速。
1.2.2电机控制现状
微机系统和集成电路的快速发展对交流调速技术有重要的影响，并朝着高频智能化的方向发展。现代社会的发展强调绿色发展，在信息时代下，为了满足数字化的需要，变频调速系统也需要在数字化方向发展。
如今，单片机广泛应用于交流调速系统的脉冲发生器。像作为初学者入门的51系列单片机也适用于普通的工业，但是基于对控制精度的要求和算法的复杂程度，51系列单片机显然已经不适用，更高精度、性能更好的微处理器得到应用。因此，在进行工业设计的时候，我们需要留有余地。在北京时间的2015年7月1日，地球多出了1秒，可能对于普通人来说，一秒之差并没有任何感觉。但对于电脑行业来说，如果我们不进行修正，那么对于一些高精度的系统来说，无论是股票交易还是卫星，都会受到影响，出现一系列蝴蝶效应。
因此，本文选用的是意法半导体公司的STM32F103系列单片机，以ARM CortexM3为内核，从外设、功耗、性能方面开看，它都是32位市场上最具性价比的单片机。
1.2.3 PWM控制现状
在当前的变频调速系统中，普遍使用PWM技术作为逆变器的脉冲发生，可以说，它是整个逆变过程的核心。再加之微处理器在PWM技术上的应用以及数字化潮流的影响下，各种新型方案不断涌现。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/562.html
