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浙江科技学院本科毕业设计（论文）
SPWM变频器设计
金 伟 江
(自动化与电气工程学院 指导教师：项 小 东)
摘要：随着电力电子技术和微机控制技术的飞速发展和人们对交流电机调速方法的研究的不断深入，直流调速逐步被交流调速所取代。在现有的交流电动机调速方法中，变频调速受到人们的普遍关注，已经在很多领域得到了应用，在我国也被列为重点的技术推广项目。
电压型正弦脉宽调制（SPWM）变频器以其独有的技术优势而得到快速的发展和广泛应用。先进的控制策略，高性能的控制芯片，智能化高速开关器件相结合成为现代交流调速技术发展的主流趋势。数字方法在可靠性、灵活性、可控性等方面具有模拟方法无法比拟的优越性。目前，市场上相继推出的数字式SPWM变频器中，大多数都采用了专用SPWM芯片。虽然，可使编程简单，但这些器件往往价格高昂，增加了硬件成本。
鉴于此，本设计中的变频器采用Microchip推出的电机专用8位微控制器PIC16F767构成数字化变频器，通过编程产生驱动信号SPWM波，大大简化了用于产生PWM波形的软件和硬件，使系统简化，同时提高了其动、静态性能。
关键词： 变频调速； SPWM； 电机； PIC16F767
Abstract:With the power electronics and microcomputer control technology and the rapid
development of the people of AC motor speed control of the in-depth study DC Speed exchanges were gradually replaced by the governor. The existing AC motor speed control methods, VVVF by people's attention, In many areas has been used in China have been listed as a key project to promote the technology. - Sinusoidal voltage pulse width modulation (SPWM) converter with unique advantages in technology and the rapid development and wide application. Advanced control strategies, the control of high-performance chips, intelligent high-speed switching devices combining modern AC trend of the mainstream of development. Digital methods in terms of
reliability, flexibility, controllability, and other aspects simulation method unmatched superiority. Currently, the market has introduced a digital INVERTER; most have adopted a special SPWM chip. Although the program will enable simple, but these devices are often expensive and increase the cost of hardware.
Because of this, The design of the inverter using Microchip introduced the Motor exclusive eight PIC16F76 microcontroller 7 a digital converter, have driven through programming SPWM signal, greatly simplified for the purpose of generating a PWM waveform software and hardware, allowing the system to simplify and improve their static and dynamic properties.
Keywords： frequency speed control； SPWM； electrical machine；PIC16F767
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1 绪 论
众所周知，传统的电动机直流传动系统因其调速性能好，在变速传动领域中一直占据主导地位，但直流电机结构复杂，成本较高，维修保养费用较贵，而且存在换向问题使直流电动机无法做成高速大容量的机组。而交流电动机与直流电动机相比，有结构简单、牢固，成本低廉，运行可靠等许多优点，缺点是调速困难。
但是随着电力电子技术和微机控制技术的飞速发展和人们对交流电机调速方法的研究的不断深入，直流调速逐步被交流调速所取代。在现有的交流电动机调速方法中，变频调速受到人们的普遍关注，已经在很多领域得到了应用，在我国也被列为重点的技术推广项目。
而近代交流调速中，越来越多地采用变频调速方案。电压型正弦脉宽调制（SPWM）变频器以其独有的技术优势而得到快速的发展和广泛应用。先进的控制策略，高性能的控制芯片，智能化高速开关器件相结合成为现代交流调速技术发展的主流趋势。
在SPWM波形生成方法中，已很少采用模拟方法。数字方法在可靠性、灵活性、可控性等方面具有模拟方法无法比拟的优越性。目前，市场上相继推出的数字式SPWM变频器中，大多数都采用了专用SPWM芯片（如HEF4752、SLE480）。虽然，可使编程简单，但这些器件往往价格高昂，增加了硬件成本。
鉴于此，本设计中的变频器采用Microchip推出的电机专用8位微控制器PIC16F767构成数字化变频器，通过编程产生驱动信号SPWM波，大大简化了用于产生PWM波形的软件和硬件，使系统简化，同时提高了其动、静态性能。
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2 总体设计方案
2.1 变频器分布式控制系统结构
变频器 M 485通讯 变频器 M 变频器 M 图1 变频器分布式控制系统结构
图1 为三相电机变频驱动的分布式控制系统总体结构。本系统采用了RS485通讯方式，
因在许多工业过程控制中，要求用最少的信号线来完成通信任务，目前广泛应用RS-485串行接口总线就是为适应这种需要而产生。RS-485采用了一对平衡差分信号线，适合多站互连，一个发送驱动器最多可连接32个负载设备。
为实现电脑对多个变频器的分布式控制，本系统参考了MODBUS协议通讯方式，该协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用
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Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法[1]。
2.2 变频驱动器硬件结构
单相交流电输入 整流桥 操控器 485 PIC 16F767 74HC14 IR2130 3相电机 图2 变频驱动器硬件结构 图2为三相电机变频驱动器的硬件结构图。
本三相电机变频驱动器从硬件结构上分主要分为三个单位，通讯单元，控制单元，功率模块单元。
通讯单元：采用RS-485通讯方式，提高了通讯的可靠性。
控制单元：以16F767单片机作为系统的控制核心，产生数字SPWM信号输出。 功率模块单元：利用6个场效应管构建成三相逆变桥，作为系统的功率输出模块。
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