變頻專用芯片SM2001的離心機(jī)變頻控制器設(shè)計

摘要：設(shè)計一種通過STC系列單片機(jī)來控制變頻專用芯片SM2001，最終輸出目標(biāo)頻率及電壓的變頻調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)在變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上對控制曲線進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得較大的輸出轉(zhuǎn)矩以及穩(wěn)定的調(diào)速性能。
關(guān)鍵詞：SM2001；變頻器；離心機(jī)

引言
離心機(jī)是一種借助高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力來分離或提純某種物質(zhì)的設(shè)備。離心機(jī)按照其應(yīng)用規(guī)?？梢苑譃橐韵聝深悾阂活愑糜诨?、醫(yī)藥類等主要應(yīng)用領(lǐng)域，稱為通用離心機(jī)；另一類應(yīng)用領(lǐng)域較為特別、范圍較窄，稱為特種離心機(jī)，如氣體離心機(jī)、航空航天離心機(jī)、精密離心機(jī)和土工離心機(jī)等。目前，主要是以通用離心機(jī)為研究對象。
離心機(jī)可以采用各種電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，隨著電機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展，離心機(jī)也相應(yīng)地采用不同的電機(jī)驅(qū)動。直流調(diào)速在20世紀(jì)90年代以前占據(jù)著非常重要的地位，其主要特點是具有良好的起制動、調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、理論和實踐都比較成熟等。但機(jī)械整流子換向是其致命的弱點。到了90年代，國內(nèi)外離心機(jī)普遍采用變頻調(diào)速技術(shù)，主要通過改變感應(yīng)電機(jī)的供電頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于感應(yīng)電機(jī)無需機(jī)械整流子，不僅免去更換碳刷的麻煩，而且提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速，也能直接驅(qū)動，大大簡化了離心機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。因此，本項目采用感應(yīng)電機(jī)作離心機(jī)的動力。

1 硬件設(shè)計
綜合考慮成本、產(chǎn)品化以及使用的因素，本變頻器的核心控制器采用Silicon Labs公司的混合信號控制器C8051F410。同時，變頻器還包含有一塊獨立的鍵盤顯示控制面板和一塊集變頻器主電路和變頻核心控制電路于一體的變頻控制面板。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 核心控制器及控制電路
1．1．1 核心控制器
核心控制器C8051F410一方面通過串口與控制面板連接，接收并處理相應(yīng)的命令；另一方面通過模擬三線同步串行口與控制芯片SM2001連接，根據(jù)控制面板所需要的相關(guān)頻率設(shè)置SM2001的參數(shù)。本項目中，在串口電路中增加了光耦隔離。這樣有利于高低壓的分離、干擾的消除以及元器件安全性的提高。
C8051F410特點如下：
◆高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核 (50MIPS)，70％的指令為一個或者兩個系統(tǒng)時間周期；
◆時鐘源內(nèi)部振蕩器為24．5MHz，±2％精度，時鐘乘法器可達(dá)98MHz；
◆可編程計數(shù)器陣列(PCA)，可配置為頻率輸出模式。