基于单片机的PWM单相交流电机变频调速设计

引 言
PWM 变频调速是应用非常广泛的一种交流电机调速方 法，采用单片机进行频率控制。本文设计将 51 系列加强型 方法 STC12C5024AD 单片机作为主控制器，单片机电源采 用 5 V 供电，交流输入电源由 50 Hz，AC 220/15 V 电源提供， 经过 PWM 变频器后输出 15 V 可调频交流电源。

硬件设计
 电源设计
系统采用变压器变频后，为变频器提供 16 V 交流电源 输入，经 D1 半波整流及电容 C2，C4 滤波，通过电阻限流保护， 为 ST7805 提供电源，再经 7805 稳压电源后输出 +5 V 直流 电，为单片机提供电源。二极管 D2 整流后提供一个负电源。

单片机控制电路设计
单片机控制，主控制器采用 51 系列的 扩展芯片 STC12C5201。STC12C5201 是宏晶公司设计生产 的一款加强型 51 系列单片机，采用 24C02 作为频率储存， 停电后再次启动时，可按上次记忆的频率继续运行，24C02 与单片机之间采用 I 2 C 方式通信。K1 按键用于上调频率， K2 按键用于下调频率，每按下一次分别变化 0.1 Hz。PWM 信号经 P3.7 输出（P3.7 管脚的第二功能是 CCP0 输出）。 STC12C5201 管脚封装，采用 20 脚双列直插 封装。

软件设计
单极 PWM 输出波形如图 5 所示，改变脉冲宽度可得到 正弦波的不同点电压。改变 t1 的长度，在一个周期 T 内产生 脉冲个数不变的情况下，t1 发生变化，那么 T 也会相应地发 生变化，T 的变化即电源频率的变化。
通过定时器 1 的定时中断控制频率及占空比，程序如下 ： static void TIMER1_interrupt_server（void） interrupt 3 { Timer1_disable（）； TH1 = FreqHighArray[bFreq1Step] ； TL1 = FreqLowArray[bFreq1Step] ； PwmWidthPointer ++ ； if（PwmWidthPointer> 99） PwmWidthPointer = 0 ； if（Sys_state == SYS_STANDBY） { CCAP0L = 0xff ； CCAP0H = 0xff ； } else { CCAP0L = PWM_width_array[PwmWidthPointer] ； CCAP0H = PWM_width_array[PwmWidthPointer] ； } Timer1_enable（）； } code Uint8 FreqHighArray[] = { 0xf8/*57.4000Hz*/，0xf8/*57.5325Hz*/，0xf8/*57.6650Hz*/， 0xf8/*57.7975Hz*/，0xf8/*57.9300Hz*/，0xf8/*58.0625Hz*/， 0xf8/*58.1950Hz*/，0xf8/*58.3275Hz*/，0xf8/*58.4600Hz*/， 0xf8/*58.5925Hz*/，0xf8/*58.7250Hz*/，0xf8/*58.8575Hz*/， 0xf8/*58.9900Hz*/，0xf8/*59.1225Hz*/，0xf8/*59.2550Hz*/， 0xf8/*59.3875Hz*/，0xf8/*59.5200Hz*/，0xf8/*59.6525Hz*/， 0xf8/*59.7850Hz*/，0xf8/*59.9175Hz*/，0xf8/*60.0500Hz*/， 0xf8/*60.1825Hz*/，0xf8/*60.3150Hz*/，0xf8/*60.4475Hz*/， 0xf8/*60.5800Hz*/，0xf8/*60.7125Hz*/，0xf8/*60.8450Hz*/， 0xf8/*60.9775Hz*/，0xf8/*61.1100Hz*/，0xf8/*61.2425Hz*/， 0xf8/*61.3750Hz*/，0xf8/*61.5075Hz*/，0xf8/*61.6400Hz*/， 0xf8/*61.7725*Hz/，0xf8/*61.9050Hz*/，0xf8/*62.0375Hz*/， 0xf8/*62.1700Hz*/，0xf8/*62.3025Hz*/，0xf8/*62.4350Hz*/， 0xf8/*62.5675Hz*/，0xf9/*62.7000Hz*/ } ； code Uint8 FreqLowArray[] = { 0x53/*57.4000Hz*/，0x57/*57.5325Hz*/，0x5b/*57.6650Hz*/， 0x60/*57.7975Hz*/，0x64/*57.9300Hz*/，0x68/*58.0625Hz*/， 0x6d/*58.1950Hz*/，0x72/*58.3275Hz*/，0x76/*58.4600Hz*/， 0x7a/*58.5925Hz*/，0x7e/*58.7250Hz*/，0x83/*58.8575Hz*/， 0x86/*58.9900Hz*/，0x8a/*59.1225Hz*/，0x8f/*59.2550Hz*/， 0x93/*59.3875Hz*/，0x99/*59.5200Hz*/，0x9f/*59.6525Hz*/， 0xa4/*59.7850Hz*/，0xa9/*59.9175Hz*/，0xac/*60.0500Hz*/， 0xb0/*60.1825Hz*/，0xb5/*60.3150Hz*/，0xba/*60.4475Hz*/， 0xbf/*60.5800Hz*/，0xc4/*60.7125Hz*/，0xc7/*60.8450Hz*/， 0xca/*60.9775Hz*/，0xcf/*61.1100Hz*/，0xd3/*61.2425Hz*/， 0xd8/*61.3750Hz*/，0xdd/*61.5075Hz*/，0xe2/*61.6400Hz*/， 0xe6/*61.7725Hz*/，0xea/*61.9050Hz*/，0xf0/*62.0375Hz*/， 0xf4/*62.1700Hz*/，0xf8/*62.3025Hz*/，0xfb/*62.4350Hz*/， 0xff/*62.5675Hz*/，0x04/*62.7000Hz*/
结 语
本文设计也适用于其他领域 PWM 变频调速的应用，虽 然只讨论了单相调速的设计，未涉及三相变频调速，但本文 给出的程序中包含不少 C 语言及单片机应用技巧，为研究 PWM 变频调速硬件与软件的实操提供了借鉴。