目前市場上常見設備的電機，多使用調整皮帶在不同直徑的皮帶槽運轉來實現調速，而這種方法存在需要停機、費時費力、不可連續調速等諸多缺點。為改善對上述缺點，多采用可連續調速的CVT變速裝置，但是CVT變速裝置同樣存在不易于加工、造價高等缺點。

　　摘要：該文針對常見設備的電機調速問題，提出采用微處理器結合驅動電路，在不改變電動機輸出扭力的同時使其轉速連續可調的方法。并由51單片機產生 SPWM信號，結合FGA25N120ANTD 管功率輸出器件，采用采用較為成熟的東芝光電隔離驅動芯片 TLP-250作為驅動電路，對電機實現變頻調速。該設計控制簡單，靈活性強，穩定可靠。

　　關鍵詞：核心期刊,SPWM信號,51單片機,FGA25N120ANTD 管,光電隔離驅動芯片

　　針對如上問題，采用微處理器結合驅動電路，在不改變電動機輸出扭力的同時使其轉速連續可調，成為了一種切實可行的調速方法。

　　1 方案論證

　　目前實現對交流電機的調速一般有晶閘管移相調速與全控橋變頻調速。移相調速雖然結構簡單容易實現，但是卻會影響波形的連續性，電機低速運轉時力矩明顯減小。另外就是采用脈寬等效方法SPWM調制輸出正弦交流信號，再改變正弦信號的頻率實現對電機的變頻調速。

　　脈寬調制技術通過一定的規律控制開關元件的通斷，來獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，用以近似正弦電壓波形。脈寬調制技術在逆變器中的應用對現代電力電子技術。現代調速系統的發展起到極大的促進作用。

　　近幾年來，由于場控自關斷器件的不斷涌現，相應的高頻SPWM(正弦脈寬調制)技術在電機調速中得到了廣泛應用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內置波形ROM及相應的控制邏輯，設置完成后可以獨立產生三相PWM波形，只有當輸出頻率或幅值等需要改變時才需微處理器的干預，微處理器只用很少的時間控制它，因而有能力進行整個系統的檢測。保護和控制等。

　　經過對兩種方案認真的比較最終采用由單片機產生SPWM信號控制的三相橋，對電機進行變頻調速。

　　2 SPWM介紹

　　PWM的全稱是Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)，它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動機調速和閥門控制，比如電動車電機調速就是使用這種方式。

　　所謂SPWM，就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規律排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級一些的UPS就是一個例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領域被廣泛的采用。

　　3 基于單片機生成SPWM信號控制電機實現變頻調速的設計

　　3.1主處理器選型

　　涉及到SPWM運算等高速處理，因此主處理器的選擇至關重要，目前市面上流行的單片機主要有51單片機、PIC單片機、AVR單片機，以及cortex-M3芯片。

　　51單片機應用的早，影響很大，已成為世界上的工業標準。隨著技術的不斷發展，51因其擁有廣泛的市場認知度，所以得到了更多廠商的重視，新技術層出不窮，帶PWM、帶AD、帶時鐘、帶USB等等，處理速度也不斷增強。PIC單片機是Microchip公司的產品，它也是一種精簡指令型的單片機，指令數量比較少，中檔的PIC系列僅僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。但是如果使用匯編語言編寫PIC單片機的程序有一個致命的弱點就是PIC中低檔單片機里有一個翻頁的概念，編寫程序比較麻煩。

　　AVR單片機屬于使用精簡指令集的高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。AVR單片機易于入手、便于升級、費用低廉。

　　Cortex-M3是一個32位的核，在傳統的單片機領域中，有一些不同于通用32位CPU應用的要求。在實際應用中，因為用戶要求具有更快的中斷速度，所以Cortex-M3采用了Tail-Chaining中斷技術，完全基于硬件進行中斷處理，最多可減少12個時鐘周期數，在實際應用中可減少 70%中斷。并且處理速度明顯高于普通8位單片機。但價格略高。

　　對本項目而言，多功能新型51單片機以其低廉的價格，超強的穩定性，而且本身帶有強大的PWM功能無疑為最佳選擇。

　　3.2 功率器件與驅動器件選型

　　絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件， 具有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點。因此本項目選用具備上述優點的FGA25N120ANTD 管作為功率輸出器件。

　　驅動電路采用較為成熟的東芝光電隔離驅動芯片 TLP-250。

　　3.3 原理圖的繪制

　　因為電路中強電與弱電并存，因此在PCB作圖時候必須著重考慮避免強電給弱電帶來的干擾，對可能產生諧波、感應電流都因該加入吸收電容，對大功率器件的控制端加入磁珠進行濾波。另外為了增大電路板對電流的承載能力，大電流部分應采用堆錫焊法。

　　4 調試

　　因為電路中涉及到強電，調試具有一定的危險性，為確保安全，應采36v隔離變壓器低壓調試的方法，待參數確定后再接入高壓。電流反饋的采集應使用0.01歐的康銅絲電阻。結合示波器與SPWM計算器計算出每個點的脈沖寬度，經過反復比對，最終完成調試。

　　5 結論

　　本項完成后已經成功運用到一些設備中，運行良好，達到了預期的效果。

　　參考文獻：

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