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摘要变频调速技术已经成为节能和提高产品质量的有效措施。
变频调速的重要性日益得到国家的重视，在国内推广变频调速技术有着非常重大的现实意义和巨大的经济价值和社会价值。
中压变频调速技术是电力电子领域的一个制高点技术，中压大功率变频器是电力电子行业中尚未解决的一个难题。
本论文概述了中压变频器的国内外技术发展及趋势，对中压变频器各种类型的优缺点进行了分析。
阐述了单元串联多电平移相式PWM电压源型变频器原理，通过对原理的阐述,进一步透彻的掌握单元串联多电平高压变频器的内部特性。
研究了单元串联多电平中压变频器的PWM技术和SPWM技术。
基于各种PWM 控制技术的对比，本设计选定三角载波移SPWM技术作为控制方法。
文中介绍了IGBT的工作原理和各种保护方法。
给出了基于PIC单片机的五单元串联中压变频器的控制单元的软硬件设计。
关键词：变频器；单元串联中压变频器；PWM技术；移相载波SPWM技术；单片机AbstractVelocit y adjustmentt echnique of mid-voltage variable frequency is an advanced technique in power electronics realm.mid-voltage and large-power frequency converter is an unsolved difficult in power electronics industry. Its using area basicall y covers with all kinds of main ind ustry and it has a large market potential. But, compare d with latent market, our middle-voltage frequency converter (HVF) is in starting phase in which it is an extremel y good opportunit y to develop domestic frequency converter manufacturing industry. Velocit y adjustment technique of mid-voltage variable frequ ency has become effective measures to save energy and promote product quality. The expansion of velocit y adjustment technique has got very important and realistic meaning and tremendous economic and societ y value.The progress and the trend of HVF techni que，the market requirements domestic and abroad for HVF are reviewed. The advantage and disadvantage of different HVF t ypes, effects of HVF on electric net and electric motor areanal yzed in detail.The paper studied the PWM technology and SPWM technology fo r medium voltagec ascadedm ultilevelin verters. Based on the anal ys is of kinds of PWM technologies，the design choose the Triangle_Carrier phase-shifted SPWM for cascaded multilevel inverters as control technology.The paper introduced the operation pr inciple and many kinds of protection methods of IGBT.The software and hardware design of control unit of the Five_units Cascaded Medium Voltage Inverter is introduced.Key Words：frequency inverter；Cascaded Medium Voltage Inverter ；PWM Technology；phase-shifting carrier SPWM；Single-Chip Microcomputer目录摘要 (I)Abstract (II)第1章概述 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 中压变频器的类型 (1)1.3 中压变频器国内外研究概况 (2)1.4 变频器主器件－电力电子器件的发展现状 (3)第2章单元串联多电平变频器工作原理及其特点 (5)2.1 概述 (5)2.2单元串联多电平变频器主电路结构 (5)2.3 单元串联多电平变频器工作原理 (6)第3章 IGBT介绍及其保护电路 (8)3.1 IGBT介绍 (8)3.2 IGBT 的工作原理 (8)3.2.1 基本工作原理 (8)3.2.2 IGBT 的主要参数 (9)3.2.3 IGBT 的安全工作区 (10)3.2.4 IGBT 对驱动电路的要求 (11)3.3 保护措施 (12)3.3.1 IGBT栅极的保护 (12)3.3.2 集电极与发射极间的过压保护 (13)3.3.3 集电极电流过流保护 (15)3.3.4 过热保护 (17)第4章PWM技术和SPWM调制方法综述 (17)4.1 PWM技术基本概念 (17)4.1.1 PWM控制的基本原理 (18)4.1.2 PWM技术基本概念 (19)4.2 SPWM调制方法对比分析 (24)4.2.1 采样法SPWM (24)4.2.2 谐波消去法SPWM (27)4.2.3 载波相移SPWM（CPS－SPWM） (29)4.2.4 小结 (31)第5章控制电路设计 (31)5.1 设计任务、要求和参数 (31)5.2 主电路设计概述 (31)5.2.1 变频器的构成 (31)5.2.2 变频器各部分概述及本设计主电路方案选择.. 325.3 PIC系列单片机简介 (34)5.3.1 PIC系列单片机的特点 (34)5.3.2 PIC系列单片机的优势 (35)5.3.3 本设计选用的PIC16F877介绍 (36)5.4 控制部分设计 (37)5.4.1 控制电路方案选择 (37)5.4.2 控制电路各部分设计 (38)5.4.3 IGBT驱动电路设计 (46)5.4.4 PIC16F877系统接线 (51)第6章软件设计 (52)6.1 程序设计思路 (52)6.2 程序流程图 (53)6.2.1 主程序流程图 (53)6.2.2 AD转换子程序流程图 (53)6.2.3 I/O口初始化子程序流程图 (53)6.2.4 AD模块初始化子程序流程图 (53)6.2.5 外部、电平中断服务子程序流程图 (53)6.2.6 定时器中断服务子程序流程图 (53)6.3 软件清单 (57)第7章实验结果和分析 (62)7.1 实验内容 (62)7.2 实验仪器 (62)7.3 实验波形 (62)7.4 实验结果分析 (63)第8章设计总结 (64)元器件明细表 (65)参考文献 (69)英文资料原文 (70)英文资料翻译 (77)致谢 (87)兰州理工大学毕业设计说明书第1章概述1.1 设计背景由于电力电子技术、微电子技术和现代控制理论以惊人的速度向前发展，随之带动了交流传动技术日新月异的进步。
摘要随着社会的飞速发展，新型电子产品的广泛应用与不断的更新，对应用电源的要求也不断的提高。
然而，电源对电子产品的安全、可靠运行起着关键性的作用，因此研究一种电压、频率可调的电源具有重要的意义。
本设计从变频变压电源的原理开始研究，设计主要研究变频变压电源主电路设计、控制电路设计、数字控制算法以及软件流程的设计。
对整流电路、滤波电路、逆变缓冲电路和控制电路都做出了具体的分析。
对变频变压电源进行了主电路的整体设计，设计思想是将220V交流电通过EMI滤波，进入整流电路，将交流电变换为直流电，输入到直流母线，再经整流滤波电路滤波后，输入到逆变电路，将直流电变换为频率、电压可调的交流电，经输出滤波器滤波后提供给负载。
根据主电路的特点和设计要求，控制电路采用PIC16F877单片机，主要产生控制脉冲SPWM波，以及开关管MOSFET的开关频率，再通过软件控制，实现电压和频率的随时可调。
关键词：变频变压；SPWM控制；PIC16F877AbstractWith the rapid development of society, new electronic products have been widely applied and updated constantly; as a result the requirements of power application are also increasing continually. Indeed, in terms of the security of the electronic products and their operation, power plays a key role so the development of a kind of power which its voltage and frequency can be adjustable has significant meaning.The design starts from the principle of variable frequency and variable voltage power, and it mainly develops variable frequency and variable voltage power’s design of main circuit, control circuit, digital control algorithm and software process. The design analyzes the rectifier circuit, filter circuit, inverter buffer circuit and control circuit specially. Design the main circuit power of variable frequency and variable pressure power overall. The design thought is that first 220V alternating current goes through the EMI filter, then goes into the rectifier circuit and transforms the AC to DC, and inputs to the DC bus. Then it is filtered by the rectifier filter circuit, inputs to inverter circuit, and transforms the DC to AC of which frequency and voltage is adjustable after filtered by the output filter to the load.According to the main circuit characteristics and design requirements, the control circuit applies the PIC16F877 microcontroller which mainly produces control pulse SPWM wave and switching frequency of MOSFET switch. Through software control, voltage and frequency can be adjustable at any time.Keywords: variable frequency variable voltage; SPWM control; PIC16F877;。
一种基于单片机的变频电源设计发表时间：2020-08-31T01:21:51.878Z 来源：《中国科技人才》2020年第12期作者：王长亮王凯[导读] 现在我们国家在不断发展的过程中，电源逐渐朝着高效率高稳定高功率等方向去进行发展，同时随着绿色发展观念的不断深入，电源也逐渐朝着低污染以及无模块化的方向发展。
南京熊猫汉达科技有限公司摘要：现在我们国家在不断发展的过程中，电源逐渐朝着高效率高稳定高功率等方向去进行发展，同时随着绿色发展观念的不断深入，电源也逐渐朝着低污染以及无模块化的方向发展。
为了更好地满足现阶段人们生活的需求，在一种基于单片机变频电源的设计上，设计者也在逐渐提高自己的理念以及改变设计方向和设计方法。
本文通过分析这种变频电源如何进行更好的设计，提出了如何利用这种电源来满足人们的日常生活需求。
关键词：设计；电源；变频引言：在我们国内现阶段中变频电源是分为两类的，分为有成控制型和模拟型，但是二者在应用的过程中都是需要在一定条件下对电路进行搭建，才能够实现应用，同时，这二者之间也是存在着一定的差异的。
但是，因为现阶段我们国家在变频电源的应用上仍然存在着一定的漏洞和不足，导致这两种变频电源的运用类别不能够很好的区分，然而在实际中如果能够将这两种电源以混合模式的方式进行运用的话，能够更好地将数据进行一定的传递。
一、我国现阶段变频电源应用现状及设计我们国家现阶段的变频电源主要分为有成控制型和模拟型，这两类均采用了一项先进的技术，但是在这项技术的应用过程中是需要一定的硬件条件对其进行实现的，而且在电路的搭建上面也要考虑这个硬件是否能够承受，但是这两种类型之间他们最大的差异就是，有成控制型能够更好地将系统的人机对话进行一定的应用，而这种应用能够有效地帮助数据进行一定的传递，同时这种系统在应用的过程中是存在一定的漏洞和不足的。
而模拟型能够将硬件进行一定的调配，通过硬件去对电压进行一定的设置，使电压能够满足人们现阶段的使用需求。
摘要电机变频控制器，是一种无机械运动的频率调控装置。
它把电力配电网50Hz恒定频率的交流电，变成可调频率的交流电，供普通的交流异步电动机使用。
对电机具有高效的驱动性能及良好的控制特性。
现在变频器在过程控制、提升控制、家电等中得到广泛的应用，而本设计主要是讨论其在家电中的使用。
在设计中采用STC12C5410AD作为主控制单片机实现电机变频控制器，使用智能功率模块( SPM)FPAL15SH60对电机进行驱动。
控制器能实现20--250Hz信号的输出，可通过手动或自动的方法调节频率，并能显示实时频率。
具有输入欠压保护、输出过压过流保护功能和过温监测等功能。
工作原理是由单片机产生初始的SPWM控制信号，把取样电压和设定的参考电压相比较得到输出电压与参考电压的误差值，电压误差值反馈到单片机内部进行数据处理，再由单片机对SPWM信号进行修正后输出，从而达到对电机控制。
本设计以高性能单片机为电机的控制中心，通过智能功率模块达到对电机的驱动，最终实现对电机的控制。
使其在实际使用中达到低功耗，高效率的效果。
关键字：变频器；STC单片机；智能功率模块( SPM )；SPWMBased on STC-MCU Inverter Controller DesignAbstract: Motor inverter controller is a motion-control device that non-mechanical frequency.Its electricity distribution network to a constant frequency AC 50HZ into AC adjustable frequency for the use of ordinary AC asynchronous motor.It’s drive with efficient performance and good control characteristics for motor.Inverter has been widely used in the process control, enhance control, and home electrical appliances, but mainly to discuss the design of its use in household appliances.In the design used STC12C5410AD single-chip as the main control variable frequency motor controller, and use of smart Power Module (SPM) FPAL15SH60 of the motor drive. Controller to achieve 30 - 150Hz output signal ,it can be manually or automatically adjust the frequency of the method , and displaying frequency value in real time. Including Including input under-voltage protection, output overvoltage and overcurrent protection features such as over-temperature monitoring.T he working principle is generated from the initial single-chip SPWM control signals, the sampling voltage and set the reference voltage to be compared with the reference voltage output voltage of the error, voltage error feedback to the internal single-chip data processing, and then SPWM signal from the micro to the revised output of motor control to achieve.The design for high-performance single-chip motor control center, through the smart power module for motor drive to achieve, and ultimately the control of motor. To achieve in practice the use of low-power, high-efficiency results.Keyword: Inverters;single-chip inverter; Smart Power Module (SPM)；Sine Pulse-Width Modulation(SPWM)摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)1.1 变频器发展与主要成果 (2)1.2 变频器的现状与发展方向 (3)1.3 设计的意义与主要内容 (4)2 主要器件和开发环境 (6)2.1 主要器件介绍 (6)2.1.1 STC单片机 (6)2.1.2智能功率模块 (7)2.2 设计开发环境 (9)2.2.1硬件开发环境 (9)2.2.2软件开发环境 (10)3 硬件设计 (11)3.1 变频器的总体结构 (11)3.1.1 系统模块的划分 (11)3.1.2 电源模块 (12)3.2 变流功率模块 (12)3.3 变频控制模块 (14)3.3.1 SPWM的工作原理 (14)3.3.2 SPWM波形的生成方法 (15)3.3.3正弦脉宽调制模块 (16)3.4 其它控制接口 (18)3.4.1 A/D转换模块 (18)3.4.2 MCU与通信接口 (18)3.4.3 键盘模块 (19)3.4.4 显示模块 (19)4 系统软件设计 (21)4.1 SPWM参数的计算 (21)4.2 定时中断处理流程 (23)4.3 串行通信中断程序 (23)5 结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录一系统电原理图 (27)附录二实验程序 (28)1 引言随着人们生活水平的不断提高，家电在生活中的普及率越来越高，与此同时，人们对家电的要求也越来越高。
基于AVR单片机的三相正弦波变频电源设计
孙静
【期刊名称】《黎明职业大学学报》
【年(卷),期】2007(000)001
【摘要】介绍了基于AVR单片机的三相正弦波多频电源设计原理、主要电路设计与计算及软件设计等.该系统采用AVR单片机ATmega16L作为控制器产生输出信号驱动晶体管,利用等效面积法生成SPWM脉冲,实现正弦波变频电源,具有过流保护,液晶显示,键盘输入等功能.主电路的逆变部分采用了IR2110芯片进行驱动,简化了驱动电路.
【总页数】5页(P35-39)
【作者】孙静
【作者单位】黎明职业大学电子工程系,福建,泉州,362000
【正文语种】中文
【中图分类】TN86
【相关文献】
1.基于IM14400的三相正弦波变频电源设计 [J], 周严;邱晓筱;周颖
2.基于PIC单片机的三相正弦波变频电源的设计 [J], 张华林
3.基于DSP的单相正弦波变频电源设计与应用 [J], 白刚
4.基于嵌入式系统S TM32的三相正弦波交流电源设计与实现 [J], 胡玫;王永喜
5.基于XC164单片机的智能化三相正弦波变频电源 [J], 陈晓明;羊彦;景占荣;张秀华
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单片机驱动的PWM变频电源设计及电磁兼容性分析一、简介随着工业化的发展，工业电力的需求量越来越大，为了满足不同负载电器的需求，电源设备也不断在进行更新、升级。
变频电源因其电能质量好、具有稳定输出、可靠性强等优点，在工业领域得到了广泛的应用。
单片机驱动的PWM变频电源，是指通过单片机控制，利用PWM技术对设备进行变频控制的电源。
本文将介绍如何设计出这种变频电源，并对其电磁兼容性进行分析。
二、PWM技术的介绍PWM技术，即脉冲宽度调制技术，是一种经典的模拟调制技术，利用周期恒定、占空比可变的方波信号，通过滤波得到可控电压输出。
PWM技术具有控制简单、输出精确、效率高等优点，被广泛应用于各种场合。
利用PWM技术可以实现电压、电流、功率甚至是频率等各种参数的控制。
三、基于单片机的PWM变频电源设计1. 硬件设计对于基于单片机的PWM变频电源设计，首先需要进行的是硬件设计。
硬件设计过程中，需要考虑到设备的输出电压、输出电流、功率要求，以及可控范围等因素。
同时还需要考虑电源的质量、可靠性等方面。
2. 软件设计软件设计是基于单片机控制的PWM变频电源设计中不可或缺的一部分。
在软件设计中，需要编写控制代码，实现对设备的控制。
针对不同应用场合，软件设计也是需要进行调整的。
因为不同负载电器的参数不同，对于控制代码也会从而发生变化。
四、电磁兼容性分析作为重要的工业设备，电源输出电磁干扰对于其他设备的影响是不可避免的。
因此，在PWM变频电源设计完成后，需要进行电磁兼容性测试。
电磁兼容性测试，涵盖了多方面的测试内容，如辐射测试、传导测试等。
通过对测试结果的分析，可以确定设备是否达到了国际标准要求。
同时，在设计过程中，也需要考虑到电源的电磁兼容性。
例如，选用合适的滤波器和屏蔽等措施，可以有效的减少电磁干扰。
五、结论基于单片机的PWM变频电源，在工业领域具有广泛的应用前景。
通过精确控制输出电压、电流、功率等参数，可以满足不同设备的需求。
基于单片机的高性能三相变频电源
1 引言变频电源是一种电源变换设备，因具有输出波形纯正、输出电
压稳定、输出频率和输出电压可调等优点。
其良好的性能，在传感、仪器仪表、工业控制等领域有广泛应用。
本文主要介绍利用SPMC75F2413A 和
IPM（PS21865A）实现高性能三相变频电源的开发。
2 芯片特性简介
SPMC752413A 是μ’nSP™系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的专用
于变频驱动的16 位微控制器。
其拥有性能出色定时器和PWM 信号发生器组。
SPMC75F2413A 在4.5V~5.5V 工作电压范围内的工作速度范围为0~24MHz，
拥有2K 字SRAM 和32K 字闪存ROM；最多64 个可编程的多功能I/O 端口；
5 个通用1
6 位定时器/计数器（其中有二个电机驱动专用PWM 波形发生器，二个位置侦测接口定时器），且每个定时器均有PWM 发生的事件捕获功能；2 个
专用于定时可编程周期定时器；可编程看门狗；低电压复位/监测功能；8 通道
10 位模-数转换。
在这些硬件外设的支持下SPMC75F2413A 可以方便实现各种变频系统。
SPMC75F2413A 的特性如下：
3 系统总体方案介绍本高性能三相变频电源系统主要由凌阳16 位单片机SPMC75F2413A、三凌的IPM 功率模组芯片PS21865A 组成，系统框图如图3- 1。
图3-1 系统框图这个系统的功能：(1) 系统运行参数可调化，以适应不同应
用的需要调整系统的输出频率和输出电压；(2) 拥有实时的信息和状态显示，。
基于单片机的变频变压电源设计的开题报告
一、课题背景
随着科技的发展，电子设备的发展也越来越快，尤其是在高端领域
的应用越来越广泛，电源技术的研究也逐渐显得越来越重要。
当今市场
上已经出现了大量的电源产品，但是这些产品的功率密度并不高，因此
无法满足高电压、大功率、高精度需求的场景，因此需要设计一款基于
单片机的变频变压电源。
二、研究目的
本项目旨在设计一款基于单片机的变频变压电源，通过调整单片机
控制器，实现变频变压的操作。
通过降低主电源的电压，提高转换效率，以减少能量损耗。
为追求高电压输出时能够保证输出精度，本设计应采
用比例-积分-微分（PID）控制器进行电压调节，以提高输出精度和稳定性。
三、研究内容
（1）电源变压器的设计与制造。
（2）将可编程逻辑控制时钟（PLC）替换为单片机以提高响应速度
和精度，并且在微处理器上实现电压和频率控制。
（3）采用改进的PWM控制方法，以避免变压器中的回流电压和异
步电动机的噪声。
（4）采用PID控制电路以提高电源的稳定性和精度。
（5）在单片机控制器中增加通信接口，以支持恒力特等工具的远程控制。
四、成果预期
通过本项目研究，将得到一款基于单片机的变频变压电源。
与传统的电源产品相比，本电源将具有更高的功率密度、更高的转换效率和更高的输出精度，并且具有纠错和远程控制等先进特性，可广泛应用于各行业的领域。
利用单片机设计通用变频器通用变频器是一种利用单片机进行控制的电气装置，能够调节电机运行的频率，从而控制电机的转速。
它广泛应用于各种机械设备中，如电梯、空调、水泵、风扇等，可以提高电机的效率和可控性。
本文将从原理、设计过程、功能特点以及应用领域等方面介绍通用变频器的设计。
首先，通用变频器的原理是利用单片机实现对电机供电电压的调节，从而改变电机的频率和转速。
单片机通过接收外部传感器的反馈信号，对输出电压进行实时调整，使电机的转速保持在预设的范围内。
常见的单片机型号有AT89C51、STM32F103等，它们能够满足通用变频器的设计要求。
其次，通用变频器的设计过程包括硬件设计和软件设计。
硬件设计部分主要是选取合适的电机和驱动电路，确定输入和输出电压的范围，以及搭建必要的传感器和控制电路。
软件设计部分则是编写单片机的控制程序，对输入信号进行采样和处理，然后通过PWM信号控制电机转速的调节。
在功能特点方面，通用变频器具有以下几个主要特点：首先，它具有高效节能的特点，通过控制电机的转速，可以根据实际负载情况动态调整电机运行的频率和电压，以达到最优的效果。
其次，通用变频器具有稳定性好的特点，单片机控制的精度高，可以实时监测电机的运行状况并进行调整，使电机保持稳定运行。
再次，通用变频器具有多功能的特点，可以通过调整单片机的控制程序，实现电机的正反转、启停控制、加减速控制等多种功能。
最后，通用变频器具有智能化的特点，单片机可以通过与其他设备的通讯接口，实现远程监控和控制。
通用变频器广泛应用于各个行业，如工业自动化、交通运输、农业和家庭电器等。
在工业生产中，通用变频器可以提高生产效率，减少电能消耗，同时也可以降低机械设备的损耗和维护成本。
在交通运输领域，通用变频器可以用于电梯、卷闸门、自动扶梯等设备的控制，提供安全和便利。
在农业领域，通用变频器可以用于水泵、灌溉设备等的控制，提高灌溉效率和水资源利用率。
在家庭电器中，通用变频器可以应用于空调、洗衣机等设备的控制，提供舒适和节能。
基于单片机实现SPWM制作空调变频器SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制）是一种通过改变脉冲宽度来调制正弦波形的技术。
在空调变频器中，SPWM被用来控制空调压缩机的转速，从而实现空调运行的频率调节。
1.信号采集：空调变频器需要采集环境温度和设定温度信号。
可以通过温度传感器采集环境温度，并通过按钮或旋钮等输入设备采集设定温度信号。
2.控制算法：控制算法主要包括温度控制算法和SPWM生成算法。
温度控制算法根据环境温度和设定温度计算出控制信号。
SPWM生成算法根据控制信号生成相应的SPWM波形。
3.SPWM输出：根据SPWM生成算法生成的波形，控制输出信号，控制空调压缩机的转速。
通过改变脉冲的占空比，改变压缩机的电流和电压，从而控制压缩机的运行频率。
4.过温保护：在空调变频器中，还应该添加过温保护功能，以避免设备超过安全温度。
可以使用温度传感器检测设备温度，并在温度超过安全限制时触发过温保护措施，例如关闭空调压缩机。
在实际实现过程中，可以使用一块适配单片机的PWM模块来生成SPWM波形。
通过调整PWM的占空比和频率，可以改变SPWM的周期和幅值，从而实现空调压缩机的转速调节。
此外，为了保证空调变频器的稳定运行，还可以加入软起动、过压保护、电流保护等功能。
软起动可以避免空调压缩机在启动时产生过大的冲击电流；过压保护可以保证电压在合适范围内，避免对设备损坏；电流保护可以监测压缩机输出电流，避免过大的电流对设备造成损害。
总结起来，基于单片机实现SPWM的空调变频器需要进行信号采集、控制算法设计、SPWM输出和各种保护措施设计。
通过合理的控制算法和SPWM生成，可以实现空调压缩机的转速调节，从而实现空调的变频控制，提高能效和舒适度。
基于80C51单片机控制的交流变频调速系统设计目录第1章概述 (2)1.1三相异步电动机变频调速的发展 (2)1.2 SPWM变频调速系统概述 (3)第2章SPWM变频调速系统基本原理 (4)2.1 SPWM变频调速系统基本原理 (4)2.2 系统设计总方案的确定 (5)第3章主电路设计 (6)3.1主电路功能说明 (6)3.2 主电路设计 (7)3.3 主电路电路图 (7)第4章控制电路设计 (9)4.1 控制电路设计总思路 (9)4.2 SPWM波形产生电路 (9)第5章系统软件设计 (19)结论 (22)致谢语 (22)参考文献 (23)引言随着电力电子技术、微机控制技术以及大规模集成电路的发展，基于集成PWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。
本文介绍的GTR SPWM变频调速系统是以大规模专用集成电路HEF4752和单片机（80C51）为核心构成的控制电路，由HEF4752产生的三相PWM信号经隔离、放大后，驱动由GTR构成的三相桥式逆变器，使之输出三相SPWM的波形，实现异步电机变频调速。
第1章概述1.1三相异步电动机变频调速的发展随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用。
自90年代中期以来，我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变频调速三相异步电动机，例如：通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。
从目前情况看，这些系列电动机能基本满足国内市场的需求。
据资料显示，我国对于变频凋速三相异步电动机的品种不断扩大，产品设计也不断改进。
为了适应不同用途、不同工作条件和使用环境、不同工况等各种要求，专用系列和改型系列变频调速电动机产品不论现在和将来，都在迅速发展。
变频器供电电源会存电动机端子和各相绕组的前几匝线圈上产生高频瞬间脉冲峰值电，因此，如果不对绝缘系统采用增强措施．将会使绕组存高电压应力作用下过早失效，从而引起绝缘击穿故障。
基于单片机控制的变频器设计目录一、前言-------------------------------P3二、本实验所选取器件及技术指标------P5三、硬件设计---------------------------P5四、AT89C51程序设计及仿真---------P8五、总结-------------------------------P11六、参考文献---------------------------P12 一、前言（1）变频器原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
（2）变频器发展历程及未来展望：变频器及其控制系统的发展主要经历三个阶段：第一阶段八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。
该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。
这种方法被称为电压空间矢量控制。
典型机种如1989年前后进入中国市场的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、SANKEN（三垦）MF系列等。
第二阶段矢量控制，也称磁场定向控制。
它是七十年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。
它使人们看到交流电动机尽管控制复杂，但同样可以实现转矩、磁场独立控制的在本质。
第三阶段 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（Direct Torque Control简称DTC）。
变频器是从上世纪中叶发展起来的一种交流调速设备。
它是为了解决传统的交流电机调速困难、传统的交变速设备不但结构复杂且效率和可靠性均不尽人意的缺点而出现的。
由于其使交流电机的调速围和调速性能均大为提升，因此交流电机逐渐代替直流电机出现在各种应用领域，即便是以往只可能是直流电机出现的伺服控制领域。
随着电力半导体长足发展，变频器也随之不断进步。
今变频器已深入我们的日常生活，随处可见其为我们服务的身影。
本文从变频器的基础理论出发，对主要器件和开发环境进行分析，之后对硬件设计进行研究，主要包含变频器的总体结构、交流功率模块、变频控制模块等容的设计。
在系统软件设计方面主要进行SPWM参数的计算和串行通信中断程序等容。
希望本文的研究可以为我国变频器的研究带来具有价值的参考和借鉴。
关键词：变频器；STC单片机；智能功率模块(SPM) ；SPWM1.1课题研究背景及意义 (2)12变频器的现状与发展方向 (3)1.3主要容 (4)第二章逆变电路的拓扑结构及工作原理 (5)2.1逆变电路常用拓扑结构简介 (5)2.2变换电路常见拓扑结构的工作原理及其特点 (5)第三章硬件系统设计 (9)31变换电路选择 (9)32主电路设计 (9)3.3 SPWM逆变器的设计 (10)3.4控制电路设计 (12)3.5IGBT驱动电路设计 (12)3.6电压、电流、频率测量电路 (13)3.7键盘、显示电路 (14)第四章系统软件设计 (18)4.1控制模块设计 (18)4.2初始化程序 (22)4.3显示中断程序 (22)44显示子程序及键盘服务程序流程图 (23)参考文献 (26)致 (27)引言变频电源顾名思义就是能够提供可调频率输出的电源，变频电源是这样一种设备，能够将交流电输入转换为用户所需要的电压和频率的正弦波输出的变换器。
随着电力电子技术的发展，电子系统等设备种类繁多，与人们的工作和生活息息相关，变频电源成为不可缺少的优质、可靠的电源。
本科毕业设计（论文）题目：基于单片机的变频电源控制器设计变频器是从上世纪中叶发展起来的一种交流调速设备。
它是为了解决传统的交流电机调速困难、传统的交变速设备不但结构复杂且效率和可靠性均不尽人意的缺点而出现的。
由于其使交流电机的调速范围和调速性能均大为提升，因此交流电机逐渐代替直流电机出现在各种应用领域，即便是以往只可能是直流电机出现的伺服控制领域。
随着电力半导体长足发展，变频器也随之不断进步。
今变频器已深入我们的日常生活，随处可见其为我们服务的身影。
本文从变频器的基础理论出发，对主要器件和开发环境进行分析，之后对硬件设计进行研究，主要包含变频器的总体结构、交流功率模块、变频控制模块等内容的设计。
在系统软件设计方面主要进行SPWM参数的计算和串行通信中断程序等内容。
希望本文的研究可以为我国变频器的研究带来具有价值的参考和借鉴。
关键词：变频器；STC单片机；智能功率模块( SPM )；SPWM引言 (1)第一章绪论 (2)1.1课题研究背景及意义 (2)1.2变频器的现状与发展方向 (3)1.3主要内容 (4)第二章逆变电路的拓扑结构及工作原理 (5)2.1逆变电路常用拓扑结构简介 (5)2.2 变换电路常见拓扑结构的工作原理及其特点 (5)第三章硬件系统设计 (9)3.1变换电路选择 (9)3.2主电路设计 (9)3.3 SPWM逆变器的设计 (10)3.4控制电路设计 (12)3.5 IGBT驱动电路设计 (12)3.6 电压、电流、频率测量电路 (13)3.7 键盘、显示电路 (14)第四章系统软件设计 (18)4.1 控制模块设计 (18)4.2 初始化程序 (22)4.3 显示中断程序 (22)4.4 显示子程序及键盘服务程序流程图 (23)第五章结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)引言变频电源顾名思义就是能够提供可调频率输出的电源，变频电源是这样一种设备，能够将交流电输入转换为用户所需要的电压和频率的正弦波输出的变换器。
随着电力电子技术的发展，电子系统等设备种类繁多，与人们的工作和生活息息相关，变频电源成为不可缺少的优质、可靠的电源。
由于在实际应用中，不用场合使用的设备对电源的参数要求不一样，同一个设备对电源参数的要求也是会变换到，例如电气产品在测试阶段时，需要根据出口国家的市电电压和频率，在允许的波动标准范围内，测试电气产品的性能。
因此，变频电源不仅有为不同设备提供电源的功能，还可以模拟不同国家的市电参数。
传统的变频电源采用不控整流和变压变频逆变两级结构，只关注输出正弦波形的质量，电压和频率精度以及可靠性，基本上不会考虑系统输入端的电流是否会对电网造成谐波污染，是否向电网注入大量高频谐波电流。
今天对变频电源除了有以上的要求外，还要求环保无污染，有源功率因数校正（APFC）技术的发展以及在开关电源上的成熟应用，可以有效的解决这一问题，功率因数可以提高到0.9 以上。
有源功率校正器和逆变器的结合，同样也是两级结构，兼有不控整流和逆变两级结构控制上的优点，而且不仅可以提高系统的功率因数，有效的减少谐波污染，还可以提高中间直流环节的电压等级，扩大系统的电压输出范围。
第一章绪论1.1课题研究背景及意义电源对于每一个人来说是一个既熟悉又抽象的名词，我们的衣食住行离不开电源，文化娱乐、办公学习、科学研究、工农业生产、国防建设、教育、环境保护、医疗卫生、交通运输、照明、通信、宇宙探索等等，哪一样也少不了电源。
只要用电就离不开电源。
电子/电力电源的发展得力于电力电子技术的进步。
进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。
将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件，首先是功率MOSFET 的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。
MOSFET 和IGBT 的相继问世是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。
据统计，到1995 年底，功率MOSFET 和GTR 在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT 代替GTR 在电力电子领域巳成定论。
新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。
在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。
变频电源是将市电通过功率变换电路转变为所需要的电压和频率的一种电源。
世界各国电网制式的不统一，以及不同应用领域的电源制式需求的不同，以下情况需要使用变频电源：(1)家电业制造商如：空调设备、咖啡机、洗衣机、榨汁机、微波炉、收录音机、冰箱、DVD、洗尘器、电动剃须刀等产品的测试电源；(2)电机、电子业制造商如：交换式电源供应器、变压器、电子安定器、AC 风扇、不断电系统、充电器、继电器、压缩机、马达、被动元件等产品的测试电源；(3)IT 产业及电脑设备制造商如：传真机、影印机、碎纸机、印表机、扫描器、烧录机、伺服器、显示器等产品的测试电源；(4)实验室及测试单位如：交流电源测试、产品寿命及安全测试、电磁相容测试、OQC（FQC）测试、产品测试及研发、研究单位最佳交流电源；(5)航空/军事单位如：机场地面设施、船舶、航天、军事研究所等的测试电源；(6)铁路、高速公路：25Hz、静频信号电源。
变频电源是电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性。
变频电源自问世以来引起了国内外电源界的普遍关注。
现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。
现代变频电源以其低损耗、高效率、电路简洁等显著优点而受到人们的青睐，并广泛的应用于电气传动、计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。
今年来随着工业自动化产业的告诉发展，人们对变频电源的需求与日剧增，变频电源的开发研制生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。
目前，随着变频电源的广泛应用，变频电源显示除了强大的生命力，其具有高集成度、高性能比、最简的外围电路、最佳的性能指标等特点。
变频器不仅具有高效率的特点，同时也十分的节能，将它应用于家电中既能提高产品的可控性与可操作性，更重要的是还可以减少能量的消耗和污染。
在今后家电生产中，特别是冰箱和家用空调器的压缩机控制中，变频器的使用肯定是必不可少的。
因此，本项目的研究设计具有较高的实用性和可发展性。
1.2变频器的现状与发展方向现在，变频技术在发达国家己经成熟，随着新的电力电子器件的不断出现，新的变频技术层出不穷，使其得到了更广泛的推广应用。
变频技术的迅速发展是建立在电力电子技术的创新、电力电子器件及材料的开发及器件制造工艺水平提高基础之上的，尤其是高压大容量绝缘栅双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管工IGCT器件的成功开发，使大功率变频技术得以迅速发展，性能日益完善。
由于变频器在空调、电梯、冶金、机械等行业的广泛应用，变频调速电机和与之配套的变频器发展迅速。
据机械信息研究院的统计，2000年，中国变频器市场容量接近30亿元。
其中日本，欧美品牌占据主导地位，国内生产商经过近几年的高速发展，业已占领了很大一部分低端市场。
目前变频器的国内电机配比率仍低于1%，潜在市场巨大，国内变频器市场在未来的5~10年内仍将保持高速发展。
现在变频电源技术主要朝着一下几个方向发展：1）高频化。
器件工艺的进步推动了工作频率的进一步提高，频率的提高大大减小了电感、电容等器件的值和体积，使整个装置的体积和重量都减小了。
2）数字化。
传统的变频电源采用模拟器件构成，模拟器件需要大量的分立元件，不仅降低了电路工作的可靠性，也增加了系统的成本，系统调试难度大，出现故障时排查困难，维护困难。
由于模拟元件易受周围环境、温度的影响和存在老化问题等，影响了系统的长期稳定运行。
专用模拟集成电路的出现很大程度上简化了控制电路的复杂度，但是专用集成电路仍然不够灵活，只能针对特定的电路形式和技术指标。
数字控制是当今电力电子技术发展的方向，与模拟控制相比，大大简化了硬件电路的复杂度，只需要很少的外围电路，便能构成功能完善的控制电路且性能优越。
系统成本降低，而且由于数字控制的灵活性，可以实现先进控制和算法。
数字控制通用性好，软件调制方便快捷，系统维护和升级方便。
单片机控制受限于其性能，时钟和运算能力，无法实现性能优越的数字控制，与专用SPWM 集成电路配合使用减轻了单片机的负担，但是电路复杂度和成本都提高了。
高速数字信号处理器DSP 的出现，迅速提高了数字控制的实时性和智能化。
DSP 强大的运算能力和运算速度，应用于电源控制，可以实现先进的控制算法。
系统功能多样化，而且系统的输出精度大大提高，软件编写的反馈控制算法可以很好地解决系统由于环境温度和老化等引起的问题。
DSP 片内集成了多种功能模块，如模/数转换器、串行通信接口等，使控制电路体积缩小，结构紧凑，可靠性提高。
3）绿色化。
绿色能源越来越受到国家和人民的重视，是指能源的生产和消费过程，对生态环境无污染或者低污染的能源。
电源的绿色化有两层含义：节能，用电少消耗少就可以减轻对环境的污染；对电网的污染少或者不产生污染，即电源系统的输入电流高次谐波含量少。
上个世纪80 年代以后，有源功率因数校正技术和补偿方案的应用，为绿色电源的发展奠定了基础。
1.3主要内容在现代工业生产中，变频器广泛的应用于电力、冶金、石油、化工、市政、中央空调、水处理等行业中，因此现在变频器在我们生活中是不可缺少的东西了。
在本设计中，主要采用了STC系列单片机作为控制主机，通过其中的PWM 接口和软件的配合实现SPWM控制信号的产生来实现电机变频控制器，使用智能功率模块（SPM）FPAL15SH60对电机进行驱动。
控制器能实现20--250Hz信号的输出，可通过手动键入或自动的方法调节频率，并通过显示器显示实时频率。
具有输入欠压保护、输出过压过流保护功能和过热保护等功能。
设计中由STC 系列单片机产生SPWM波形，通过编程的方法控制其脉冲宽度，从而达到对频率控制的目的，还能根据对输出电压的检测结果调整SPWM信号的幅度，从而控制输出的电压。
第二章逆变电路的拓扑结构及工作原理2.1逆变电路常用拓扑结构简介逆变电源因体积小、重量轻、节材节能、转换效率高等特点，现已得到了广泛应用。
目前逆变电路的拓扑结构主要有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式等多种类型。
