变频专用芯片SM2001的离心机变频控制器设计

摘要：设计一种通过STC系列单片机来控制变频专用芯片SM2001，最终输出目标频率及电压的变频调速系统。该系统在变频调速的基础上对控制曲线进行优化，最终获得较大的输出转矩以及稳定的调速性能。
关键词：SM2001；变频器；离心机

引言
离心机是一种借助高速旋转产生的巨大离心力来分离或提纯某种物质的设备。离心机按照其应用规模可以分为以下两类：一类用于化工、医药类等主要应用领域，称为通用离心机；另一类应用领域较为特别、范围较窄，称为特种离心机，如气体离心机、航空航天离心机、精密离心机和土工离心机等。目前，主要是以通用离心机为研究对象。
离心机可以采用各种电机进行驱动，随着电机的控制技术的发展，离心机也相应地采用不同的电机驱动。直流调速在20世纪90年代以前占据着非常重要的地位，其主要特点是具有良好的起制动、调速范围宽、结构简单、成本低、理论和实践都比较成熟等。但机械整流子换向是其致命的弱点。到了90年代，国内外离心机普遍采用变频调速技术，主要通过改变感应电机的供电频率调节转速。由于感应电机无需机械整流子，不仅免去更换碳刷的麻烦，而且提高了电机转速，也能直接驱动，大大简化了离心机的结构，提高了系统的可靠性。因此，本项目采用感应电机作离心机的动力。

1 硬件设计
综合考虑成本、产品化以及使用的因素，本变频器的核心控制器采用Silicon Labs公司的混合信号控制器C8051F410。同时，变频器还包含有一块独立的键盘显示控制面板和一块集变频器主电路和变频核心控制电路于一体的变频控制面板。系统结构框图如图1所示。

1．1 核心控制器及控制电路
1．1．1 核心控制器
核心控制器C8051F410一方面通过串口与控制面板连接，接收并处理相应的命令；另一方面通过模拟三线同步串行口与控制芯片SM2001连接，根据控制面板所需要的相关频率设置SM2001的参数。本项目中，在串口电路中增加了光耦隔离。这样有利于高低压的分离、干扰的消除以及元器件安全性的提高。
C8051F410特点如下：
◆高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核 (50MIPS)，70％的指令为一个或者两个系统时间周期；
◆时钟源内部振荡器为24．5MHz，±2％精度，时钟乘法器可达98MHz；
◆可编程计数器阵列(PCA)，可配置为频率输出模式。