变频器中单片机控制的设计研究

邹庆毅

摘 要：将单片机应用于变频器中能较好地对变频器进行控制，相较于传统的利用接线方式，单片机利用串行通讯接口对变频器的参数进行修改，使其改变对变频器的控制方法，从而提高了控制效率和减低了运行的成本。本文针对单片器在变频器中的设计进行了研究。

关键词：变频器；单片机；控制

单片微型计算机即单片机结合了中央处理器、储存器、各种的传入与传出设备端口等零部件而形成了集成电路，具有体积小、节约空间等优点。本文的研究是基于AT89C51单片机使用SPWM的变成方法，采用异步电动机的变压变频调速管理模式和近似机械性的一些变频调压方法来接收信号和反馈，通过这个过程输出由变频控制下产生的一些数据内容。

1 主电路的设计研究

主电路的设计是保证整个电路能顺利运行的关键。通常情况下主电路采用的是交流电-直流电-交流电这种交流简单、形式清晰的逆变电路形式。这种组合形式不仅可以根据实际情况适宜地对电路进行调试和修改，并且可以使主电路的功率因数达到较高值。逆变电路的4个双单元模块能控制电容的取值范围，将3000uF/450V的电容作为电路中的储能元件来构成电路电压型的逆变器，使其完成指定的功能和任务。为实现电路的变压变频，单片机AT89C51用PWM技术形式控制IGBT模块信号的改变。

2 对IGBT驱动的设计研究

IGBT作为一种具有容性输入阻抗结构的电压驱动元件，在驱动过程中的开始内阻值处于较小、前后沿空间较大的状态，因此使得IGBT开关时所消耗的能量较小，可是一旦增加了栅极的电压，并且促使开关耗损降低时并不能对整个系统运行的安全性做出全面的保护。因此为降低风险一般选择在电压15V的情况下切点开关，若需要给栅极电压加负偏压时则栅极电容需处于放电状态，并且将电压值控制在5V左右。根据上述的分析设计采用的EXB841厚膜和IGBT高速型驱动电路，如图1所示：

由图1看出，为确保正常顺利的发射将1与IGBT的发射级相连。2连接+20V的直流工作电源。4为了防止过流保护误动作而设立的以保护功能为主的连接，大多数的情况可以不考虑连接4。5主要是保护正常输出高电平的信号。6主要用于判断是否有短路或者集电极电流较大的情况发生，它是通过将快速二极管和IGBT集电极相连接检测UCE的大小这个方法来判断的。除了电源点9外7到11都是空端。

3 对交流异步电动机的变频设计研究

由于交流异步电动机设计变频调速时的机械特性超出了通常的額定功率50Hz，所以为了避免因恒压频增加定子电压造成的电机故障和事故，通常情况下采用恒压升频的变频调速方法使电动机的转速加强以减小磁通量，使得最终允许输出的转矩下降。这样允许输出的功率基本没有发生变化，可以看作相近于恒功率调速的方式。

4 AT89C51单片机程序的设计过程

AT89C51单片机的程序设计决定着逆变器的性能。AT89C51单片机的内部软件资源和硬件资源都可以在其具体的设计过程中被充分利用，因此AT89C51单片机的程序设计具有强大的灵活性。一般采用的是额定频率以上不调压，额定频率以下恒压频比调速。下面对AT89C51单片机实现恒压频比和频率自动化的程序设计做出具体分析。

4.1 AT89C51单片机设计思路分析 AT89C51单片机设计思路主要为当变频器输出频率为f，则正弦脉宽调制的调制脉冲频率为512f。利用冲量相等的原则可以确定第一个输出的脉冲宽度，该脉冲宽度△t1就可以用下式表示：

式中，f表示输出频率；U表示整流器输出的平均电压；Um表示预期正弦交流输出电压峰值。作为单片机定时器T0的初始值△t1在开启变频器设计T0之后，由P1.0输出的低电平驱动EXB841的P14引脚。当T0满了之后就开始定时器T1，准备输出第二个调制脉冲。

使用同样的方法可以得出每相邻的两个调制脉冲之间的时间间隔。前面输出的脉冲结束后会提前储存在程序中，将算的数据给定时器T1，这样就可以依次计算△ti了。最后要将所有的计算结果数据储存在程序内方便以后查询使用。

4.2 AT89C51单片机的恒压频比运行

小型单相交流电动机和大型单相交流电动机有所不同，它的额定频率为50Hz，额定电压为220V。为了将变频频率低于50Hz的频率达到恒转矩调速的作用，应将实际输出的频率低出50Hz这部分的百分比乘以查表后得到的△ti。

4.3 AT89C51单片机频率的自动化实现

日常生活中许多的电器电动机的负载是为了达到恒温控制，例如电冰箱、洗衣机等家用电器。采用温度传感器可以随时随地检测外界环境的温度，温度传感器是利用温度调节输出的电压值来实现频率的自动化的。低频电压是在温度传感器检测到温度小于设定值时输出的，相反的，高频电压是在温度传感器检测到温度大于设定值时出现的。因此人们一般将频率分为10Hz、20Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz等多种类型以便于简单操作。

5 结束语

经过实践证明，将单片机应用与变频器中具有超强的节电能力，因此，作为自制的变频器会在市场上开发得越来越好，并且运用也会越来越广泛，变频器的推广也显得具有重大意义。

参考文献：

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[2]马卫民.变频器中单片机控制的设计分析[J].赤峰学院学报（自然科学版），2014（12）：26-28.

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