以80C196MC为核心的变频调速器的开发
摘要
本文对变频调速理论进行了全面研究；特别对电压源间接变频中的SPWM交流电动机调速技术进行了研究；本文还研究了以电机控制专用单片机80C196MC和型号为PM20CSJ060的智能功率模块(IPM)为核心的变频调速技术。应用这两种关键器件设计了一个小功率的变频调速器。
文中研究了80C196MC的波形发生器的应用特性；应用它方便地生成PWM波，简化了控制板的电路。
文中还研究了PM20CSJ060型智能功率模块(IPM)的驱动及自保护等特性。应用它设计出了可靠、稳定的驱动电路。并且，利用IPM的故障检测与输出功能及故障输出信号的特性，设计了故障处理电路及处理程序，从而增强了变频调速器处理故障的能力，并提高了智能性。
在系统设计过程中，考虑到了变频调速器进一步改进为闭环系统的需要，在电路中预设了光电码盘反馈脉冲的处理电路，通过这个电路的处理，并利用80C196MC中定时／计数器1的90°相移计数工作方式，可大大简化使用增量式光电码盘时脉冲处理的复杂度，这也扩大了本文中变频调速器的应用范围。
This paper has an overall research on the theory of VVVF, especially on the technology of SPWM applied to pulse width-modulated voltage-source inverter. Inverter is also made researches on, in which MCU 80C196MC and IPM PM20CSJ060 is used as the core. Using those two key parts, a low-power inverter has been designed.
The applied characteristics of WFG in 80C196MC are expounded in the paper. By means of it, the PWM waveform can be generated more easily and the hardware of control board can be simplified.
Driving and self-protection characteristics of PM20CSJ060 are studied as well. Based on the experiences, credible and steady driving circuits for IPM have been designed.The researches on the capabilities of the fault detection and fault signal output and fault signal characteristics help me design the fault-disposing circuit and relevant subroutine. So capabilty of fault-disposing in inverter is enhanced. And the inverter becomes smarter.
During the designing, the pulse-processing ciucuit is preset which processes the feedback pulse from photoelectric encoder for close-looping the system in future. By using the circuit and quadrature mode of Timer 1 in 80C196MC, incremental encoder can be embedded into the velocity regulation system more easily and the domain the inverter can be used in is enlarged too.
文中研究了80C196MC的波形发生器的应用特性；应用它方便地生成PWM波，简化了控制板的电路。
文中还研究了PM20CSJ060型智能功率模块(IPM)的驱动及自保护等特性。应用它设计出了可靠、稳定的驱动电路。并且，利用IPM的故障检测与输出功能及故障输出信号的特性，设计了故障处理电路及处理程序，从而增强了变频调速器处理故障的能力，并提高了智能性。
在系统设计过程中，考虑到了变频调速器进一步改进为闭环系统的需要，在电路中预设了光电码盘反馈脉冲的处理电路，通过这个电路的处理，并利用80C196MC中定时／计数器1的90°相移计数工作方式，可大大简化使用增量式光电码盘时脉冲处理的复杂度，这也扩大了本文中变频调速器的应用范围。
This paper has an overall research on the theory of VVVF, especially on the technology of SPWM applied to pulse width-modulated voltage-source inverter. Inverter is also made researches on, in which MCU 80C196MC and IPM PM20CSJ060 is used as the core. Using those two key parts, a low-power inverter has been designed.
The applied characteristics of WFG in 80C196MC are expounded in the paper. By means of it, the PWM waveform can be generated more easily and the hardware of control board can be simplified.
Driving and self-protection characteristics of PM20CSJ060 are studied as well. Based on the experiences, credible and steady driving circuits for IPM have been designed.The researches on the capabilities of the fault detection and fault signal output and fault signal characteristics help me design the fault-disposing circuit and relevant subroutine. So capabilty of fault-disposing in inverter is enhanced. And the inverter becomes smarter.
During the designing, the pulse-processing ciucuit is preset which processes the feedback pulse from photoelectric encoder for close-looping the system in future. By using the circuit and quadrature mode of Timer 1 in 80C196MC, incremental encoder can be embedded into the velocity regulation system more easily and the domain the inverter can be used in is enlarged too.
引文
[1] 吴心智，21世纪是交流调速时代，CAVD'99第六届中国交流电机调速传动学术会议论文集，1999，p76-p83
[2] 陈伯时，电力拖动控制系统，机械工业出版社，1991，p189-p263
[3] 陈国呈，PWM变频调速技术，机械工业出版社，1998，p15-p39
[4] 邢德周，SPWM技术研究及在铁道转辙机上的应用，学位论文，p40-p48
[5] 王远，模拟电子技术，机械工业出版社，1996，
[6] 张宗桐(上海铁道大学)，通用变频器技术的发展和展望，摘自凹凸网，2000／5／6
[7] 李保序等，电力电子器件及其应用，北京：机械工业出版社，1996，p174-p184
[8] 满永奎等，通用变频器及其应用，机械工业出版社，1999，p
[9] 陕西高科电力电子有限公司，最新大功率绝缘门双极晶体管(IGBT)应用技术资料汇编，1995
[10] Mitsubishi Motors Corporation, USING INTELLIGENT POWER MODULES, 1998, p2-p24
[11] 何熙文等，Intel 8XC196MC／MD高档单片机原理与设计，1995，p125-p232
[12] Intel Corporation, 8XC196MC 8XC196MD 8XC196MH Microcontroller User's Manual, 1995, P249
[13] 孙涵芳主编，Intel 16位单片机，北京航空航天大学出版社，1995
[14] 谢莉萍等，一种采用智能功率模块(IPM)的变频调速系统，电力电子技术，1998第3期
[15] 诸祖同，交流调速中的变频技术，冶金工业出版社，1993
[16] 国际电子商情网站，白色家电市场新热点变频家电，1999
[17] 冬雷 李永东，变频调速系统的发展现状与前景展望，变频器世界，2002
[18] 苏建霞等，异步电机定位控制的研究，变频器世界，2002，p24-p26
[19] 袁宏等，交流伺服系统的现状及发展趋势，沈阳工业大学学报，1995，p90-p93
[20] 张小平，采用TMS320F240的运动控制实验平台，兵工自动化 2002，p22-p25
[21] 杜贵平，相移式PWM全桥变换器软开关技术研究，电气自动化，2002，p19-p23
[22] 周绍英等，交流调速系统，机械工业出版社，1996，p49-p67
[23] 秦忆 周永鹏等：现代交流伺服系统，武汉：华中理工大学出版社，1995，p1
[24] 任作新：远距离的PLC控制的直流电机的位置系统，微计算机信息，1999年第6期，p24-p25
[25] 张汉杰等：现代电梯控制技术，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996年9月第1版，p34～p47
[26] 何耀三等：电气传动的微机控制，重庆：重庆大学出版社，1997年，p11
[27] 舒州，用Visual C++实现变频器网络的监控，变频器世界，2001，p24-p26
[28] 孙亮 金万煌 冯国楠，步进电机PWM式相矢量合成分数步距角控制，电气传动，1997，p20-p23
[29] 张晓光 万淑云 邓忠华 王离九，主从式数字伺服系统的数据通讯及其应用，电气传动，1995，p46-p49
[30] Fairchild Semiconductor Corporation, RC Snubber Networks for Thyristor Power Control and Transient Suppression, 2002, p1-p18
[31] IEEE INDUSTRY APPLICATIONS MAGAZINE, POWER MODULES for Appliance Motor Control JULY AUG. 2002, p1-p9
[32] Texas Instruments Corp., Interface Circuits for TIA/EIA-232-F Design Notes, 1998
[33] Texas Instruments Corp., Low-Voltage, Single-Supply 232-Standard Interface Solutions, 2000
[34] Mr. Eric Motto, New Intelligent Power Modules (IPMs) for Motor Drive Applications, Motion Corporation, 1998
[35] V. Blasko and V. Kaura, A New Mathematical Model and Control of a Three-Phase AC-DC Voltage Source Converter, IEEE Trans. On P.E. vol.12, no.1, jan. 1997, pp116-123
[36] F. Blaabjerg, Improved Modulation Techniques for PWM-VSI Drives, IEEE Trans. On IE, vol.44, no.1, Febr. 1997, pp78-95
[37] 赵晶，Protel 99高级应用，人民邮电出版社，2002
[38] 廖焕霖主编，Protel 99电路板设计者必读，冶金工业出版社，2000
[39] 张飞舟等，变频式空调器用新型智能功率模块，国外电子元器件，1999第7期，p32-p34
[40] 夏路易等，Protel 99SE电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社，2002
[41] 原魁等，变频器基础及应用，冶金工业出版社，2002，p48-p184
[42] 韩壮志等，光电码盘四倍频分析，电子技术应用，2000，p38-p40
[43] 杜军红等，智能功率模块和8XC196MC单片机在变频调速中的应用，电工技术杂志，1999，p21-p23
[44] 梁彤，低成本通用变频器的研究与开发，华北工学院硕士论文，2001
[45] 王萍等，单片机与PC机远程通信的设计与实现，电气自动化，2002，p42-p44
[46] 王秀清 李金山，异步机调制式PWM变频器的研究，电气传动自动化，1998，
[47] 张立勋 王立权 杨勇编著，机械电子学，哈尔滨工程大学出版社，1998，p1-p30
[48] 郭庆鼎 王成元编著，交流伺服系统，机械工业出版社，1998，p19-p224
[49] 陈汝全主编，电子技术常用器件应用手册，机械工业出版社，1994
[50] 刘金琪编著，机床电器自动控制，哈尔滨工业大学出版社，1999
[51] 张新义主编，经济型数控机床系统设计，机械工业出版社，1993
[52] 程善美 袁尚志 邓中华 秦忆，8XC196MC在三相PWM逆变器中的应用，电气自动化，p17-p18，p31
[53] 吴隆安等，适用于SPWM控制的高性能微处理器8XC196MC，电气传动，1995，p36-p39，p46
[54] 徐以荣 冷增祥，电力电子学基础，东南大学出版社，1993
[55] 黄立培 张学编著，变频器应用技术及电动机调速，人民邮电出版社，1998，p1-p109
[56] 三菱电机株式会社编，变频器原理与应用教程，国防工业出版社，1998，p16-p45，p78-110
[57] 丘关源主编，电路，高等教育出版社，1989
[58] 张燕宾编著，SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社，1997，p21-p102
[2] 陈伯时，电力拖动控制系统，机械工业出版社，1991，p189-p263
[3] 陈国呈，PWM变频调速技术，机械工业出版社，1998，p15-p39
[4] 邢德周，SPWM技术研究及在铁道转辙机上的应用，学位论文，p40-p48
[5] 王远，模拟电子技术，机械工业出版社，1996，
[6] 张宗桐(上海铁道大学)，通用变频器技术的发展和展望，摘自凹凸网，2000／5／6
[7] 李保序等，电力电子器件及其应用，北京：机械工业出版社，1996，p174-p184
[8] 满永奎等，通用变频器及其应用，机械工业出版社，1999，p
[9] 陕西高科电力电子有限公司，最新大功率绝缘门双极晶体管(IGBT)应用技术资料汇编，1995
[10] Mitsubishi Motors Corporation, USING INTELLIGENT POWER MODULES, 1998, p2-p24
[11] 何熙文等，Intel 8XC196MC／MD高档单片机原理与设计，1995，p125-p232
[12] Intel Corporation, 8XC196MC 8XC196MD 8XC196MH Microcontroller User's Manual, 1995, P249
[13] 孙涵芳主编，Intel 16位单片机，北京航空航天大学出版社，1995
[14] 谢莉萍等，一种采用智能功率模块(IPM)的变频调速系统，电力电子技术，1998第3期
[15] 诸祖同，交流调速中的变频技术，冶金工业出版社，1993
[16] 国际电子商情网站，白色家电市场新热点变频家电，1999
[17] 冬雷 李永东，变频调速系统的发展现状与前景展望，变频器世界，2002
[18] 苏建霞等，异步电机定位控制的研究，变频器世界，2002，p24-p26
[19] 袁宏等，交流伺服系统的现状及发展趋势，沈阳工业大学学报，1995，p90-p93
[20] 张小平，采用TMS320F240的运动控制实验平台，兵工自动化 2002，p22-p25
[21] 杜贵平，相移式PWM全桥变换器软开关技术研究，电气自动化，2002，p19-p23
[22] 周绍英等，交流调速系统，机械工业出版社，1996，p49-p67
[23] 秦忆 周永鹏等：现代交流伺服系统，武汉：华中理工大学出版社，1995，p1
[24] 任作新：远距离的PLC控制的直流电机的位置系统，微计算机信息，1999年第6期，p24-p25
[25] 张汉杰等：现代电梯控制技术，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996年9月第1版，p34～p47
[26] 何耀三等：电气传动的微机控制，重庆：重庆大学出版社，1997年，p11
[27] 舒州，用Visual C++实现变频器网络的监控，变频器世界，2001，p24-p26
[28] 孙亮 金万煌 冯国楠，步进电机PWM式相矢量合成分数步距角控制，电气传动，1997，p20-p23
[29] 张晓光 万淑云 邓忠华 王离九，主从式数字伺服系统的数据通讯及其应用，电气传动，1995，p46-p49
[30] Fairchild Semiconductor Corporation, RC Snubber Networks for Thyristor Power Control and Transient Suppression, 2002, p1-p18
[31] IEEE INDUSTRY APPLICATIONS MAGAZINE, POWER MODULES for Appliance Motor Control JULY AUG. 2002, p1-p9
[32] Texas Instruments Corp., Interface Circuits for TIA/EIA-232-F Design Notes, 1998
[33] Texas Instruments Corp., Low-Voltage, Single-Supply 232-Standard Interface Solutions, 2000
[34] Mr. Eric Motto, New Intelligent Power Modules (IPMs) for Motor Drive Applications, Motion Corporation, 1998
[35] V. Blasko and V. Kaura, A New Mathematical Model and Control of a Three-Phase AC-DC Voltage Source Converter, IEEE Trans. On P.E. vol.12, no.1, jan. 1997, pp116-123
[36] F. Blaabjerg, Improved Modulation Techniques for PWM-VSI Drives, IEEE Trans. On IE, vol.44, no.1, Febr. 1997, pp78-95
[37] 赵晶，Protel 99高级应用，人民邮电出版社，2002
[38] 廖焕霖主编，Protel 99电路板设计者必读，冶金工业出版社，2000
[39] 张飞舟等，变频式空调器用新型智能功率模块，国外电子元器件，1999第7期，p32-p34
[40] 夏路易等，Protel 99SE电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社，2002
[41] 原魁等，变频器基础及应用，冶金工业出版社，2002，p48-p184
[42] 韩壮志等，光电码盘四倍频分析，电子技术应用，2000，p38-p40
[43] 杜军红等，智能功率模块和8XC196MC单片机在变频调速中的应用，电工技术杂志，1999，p21-p23
[44] 梁彤，低成本通用变频器的研究与开发，华北工学院硕士论文，2001
[45] 王萍等，单片机与PC机远程通信的设计与实现，电气自动化，2002，p42-p44
[46] 王秀清 李金山，异步机调制式PWM变频器的研究，电气传动自动化，1998，
[47] 张立勋 王立权 杨勇编著，机械电子学，哈尔滨工程大学出版社，1998，p1-p30
[48] 郭庆鼎 王成元编著，交流伺服系统，机械工业出版社，1998，p19-p224
[49] 陈汝全主编，电子技术常用器件应用手册，机械工业出版社，1994
[50] 刘金琪编著，机床电器自动控制，哈尔滨工业大学出版社，1999
[51] 张新义主编，经济型数控机床系统设计，机械工业出版社，1993
[52] 程善美 袁尚志 邓中华 秦忆，8XC196MC在三相PWM逆变器中的应用，电气自动化，p17-p18，p31
[53] 吴隆安等，适用于SPWM控制的高性能微处理器8XC196MC，电气传动，1995，p36-p39，p46
[54] 徐以荣 冷增祥，电力电子学基础，东南大学出版社，1993
[55] 黄立培 张学编著，变频器应用技术及电动机调速，人民邮电出版社，1998，p1-p109
[56] 三菱电机株式会社编，变频器原理与应用教程，国防工业出版社，1998，p16-p45，p78-110
[57] 丘关源主编，电路，高等教育出版社，1989
[58] 张燕宾编著，SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社，1997，p21-p102