由电机原理可知，交流电电动机的调速方式主要有以下三种：改变极对数、改变转差率和改变电源频率。采用得最普遍也是最传统的方法是通过改变转差率来实现调速。但交流电机传统的调速有启动转矩小，启动电流大，调速范围小，转速精度低，轻载时功率因数低等一系列缺陷。随着变频调速技术的日臻完善，其应用率越来越高。但目前变频器的市场价格居高不下，变频器的普及应用就受到了极大的制约。基于以上原因，设计制作此低耗材的变频器，通过对1KW以下的单相电动机的驱动运行，达到了理想的效果。
一、主电路方案主电路
采用交一直一交电压型逆变电路，具有接线简单，输出频率任意可调，功率因数高等优点。原理图如下：
整流电路中，V1-V4采用普通整流管，结构简单，无须干预，成本低廉。
逆变电路由VT1-VT4四个IGBT(两个双单元模块)组成，便于实现变压变频(VVVF)控制。电容C1(其值取3000μf／450V即可)作为储能元件，构成电压型逆变器。与电流型逆变器相比，其中间直流环节电压值不受负载影响。IGBT模块的栅极信号来自单片机AT89C51，采用PWM技术，由软件很容易实现既变压又变频。
二、IGBT的驱动
IGBT属电压驱动元件，有一个容性输入阻抗，因此对IGBT的驱动电路有较高的要求：
1、驱动源内阻小，栅极电压UGE有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。
2、增加UGE，IGBT的通态压降和开关损耗降低，但对负载短路的保护和安全不利，实际选取UGE=15V3、关断时，应使栅极电容迅速放电，给UGE加一负偏压，使UGE=-5V，根据以上要求，采用了EXB841厚膜IGBT高速型专用驱动电路。
EXB841的内部框图如下：
EXB841的引脚说明 P1接IGBT的发射级；P2接+20V直流工作电源：P3通过150Ω电阻接IGBT的栅极；P4外接电容，防止过流保护误动作，大多数情况下可不接；P5为过流保护输出信号，正常时输出高电平，当IGBT过流时输出低电平，因此该引脚可通过光电耦合器接外电源；P6通过快速二极管接IGBT集电极，快速二极管的阳极接P6，通过检测Uce的大小来判断是否发生短路或集电极电流过大；P7、P8、P10、P11为空端；P9为电源地；P14、P15分别为驱动信号输入的(-)、(+)极，约10mA信号有效，该信号由单片机产生，由于单片机在上电复位后，I／O自动输出高电平，为了避免上电时逆变桥同_侧上下桥臂同时导通而造成短路，故设置单片机I／O口输出低电平有效，P14接单片机I／O口，P15接+12V电源。EXB841单臂驱动电路图如下图。
在EXB841的使用时必须注意以下事项：
首先，驱动输出端与IGBT栅极间串联电阻RG用于抑制IGBT集电极产生大的电压尖脉冲和降低开关噪声，该电阻的取值与IGBT的额定电压电流有关，对于额定电压为1000V、额定电流为5A的IGBT，取RG=150Ω。其次，输入电路(光电耦合器原边)接线远离输出电路，以保证有适当的绝缘强度和高的噪声阻抗。第三，与IGBT栅射极之间的接线要小于50cm，且使用双绞线。
三、交流电动机的变频特性
交流异步电动机设计变频调速时的机械特性，在额定频率(通常为50Hz)以上时，如果采用恒压频比控制，势必增加定子电压，这样可能导致损坏电机，甚至造成事故。因此，应采用恒压升频的变频调速，这样，电动机的转速上升，磁通减小，允许的输出转的转速上升，磁通减小，允许的输出转矩下降，而电动机的允许输出功率近似保持不变，相当于直流电动机的弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。
近似恒功率机械特性曲线。
变频频率在额定频率以下调速时，应采用恒压频比控制。由于在电动机的定子供电电压保持不变情况下，只降低频率进行变频调速将引起磁通φm增加，导致磁路饱和，定子励磁电流上升，铁耗急剧增加，造成电动机的功率因数和效率的下降。为了避免上述现象的出现，可以在频率降低时，按照相同的比例降低定子电压，但这样定子绕组阻抗压降相对较大，故不能保持磁通不变，只能认为是近似的恒磁通恒转矩调速，其机械特性曲线。
四、AT89C51的程序设计
AT89C51的程序对逆变器的性能指标起着决定性的影响。我们可以充分利用AT89C51单片机内部的软、硬件资源。根据交流电动机的变频调速特性，采用了在额定频率(50Hz)以上时的调频不调压、在额定频率以下时恒压频比的调速方案。
1、程序设计总的思路
设变频器输出频率为f，SPWM的调制脉冲频率为512f，根据采样控制理论中冲量相等的原则，第一个输出脉冲宽度△t1通过下式计算确定：
间都可通过以上方法计算得出，预先存于程序的数据表中，当前一个输出脉冲结束后，由查表指令取得数据赋给定时器T1，每个调制脉冲的宽度△tj也可通过上述方法进行计算存入另一个数据表，由查表指令获取后赋给定时器TO。需要注意的是，当查T11、T12、……直到查到T256后，应停止P1．0的低电平输出，保持该引脚为高电平状态，而后由P1．1输出驱动另一逆变桥臂。在两桥臂的切换期间，应根据IGBT。的关断时间指标确定，并加以适当的延长，以免逆变颠覆。
2、恒压频比的实现
对于小型单相交流异步电动机，一般来说，额定电压均为220V，额定频率为50Hz，当变频频率低于50Hz时，应计算出实际输出频率低于50Hz的百分比X％，再将通过查表所得的△t1与×％相乘，即可实现额定频率以下时的恒压频比控制，进而达到恒转矩调速的效果。
3、频率的自动变化
传统的家用空调、冰箱等电动机负载，要求实现恒温控制。因此可采用温度传感器对环境温度进行检测。当检测值低于人们预先的设定值时，输出低频率电压，最低频率可为额定频率的10％--20％，即5-1OHz；当检测值高于人们预先的设定值时，输出高频率电压，最高频率可设为80-100Hz。为了程序的简化，也可采用频率的几级控制，分为10、20、50、60、70、80Hz。频率的自动变化也可由单片机来实现。当然这需要A／D转换器。对于空调、冰箱的压缩机负载，如果采用频率的反馈校正，则必要性不大。而对于小型高稳速精度的电力拖动系统，则要采用转速反馈的闭环控制。
