基于DSPIC30F3011的數(shù)字式變頻器
孫宗宇
(蘭州理工大學(xué)，陜西蘭州730050)
摘要：數(shù)字式變頻器已廣泛應(yīng)用與交流調(diào)速系統(tǒng)中，采用準(zhǔn)優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)口j提高電壓利用率，輸出的線電壓為正弦波，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)利用規(guī)則采樣法，以DSPIC30F3011為核心處理器，為3.75 kW的中央空調(diào)設(shè)計(jì)了一款數(shù)字式變頻器，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行表明，該變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，精度高。
關(guān)鍵詞：變頻器；DSPIC30F3011；SPWM
中圖分類號(hào)：TlVl34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)12—0052—03
現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器由于良好的性價(jià)比已經(jīng)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。受某公司的委托為3.75 kW的中央空調(diào)設(shè)計(jì)出了一款適合其工作特性的變頻器。系統(tǒng)主電路采用交一直一交電壓型變頻方式，并采用Microchip公司的DSPIC30F301 1芯片結(jié)合驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)了SPWM調(diào)制方式。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，其控制效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定，性價(jià)比高。
1算法的實(shí)現(xiàn)
在各種PWM調(diào)制方法中，SPWM以其輸出波形好、易于實(shí)現(xiàn)而得到普遍應(yīng)用，并成為數(shù)字式變頻調(diào)速系統(tǒng)中最常用的方法[1]。而對(duì)于實(shí)際工程來(lái)說(shuō)，只要算法簡(jiǎn)單、誤差小即可滿足要求，而規(guī)則采樣法由于算法簡(jiǎn)單，易于編程實(shí)現(xiàn)，而且精度也能滿足要求，因此工程中比較常用。
傳統(tǒng)SPWM方式下的規(guī)則采樣法如圖1所示
脈寬時(shí)間的計(jì)算公式：
其調(diào)制波采用正弦波，方程為：
式中：M為調(diào)制度；ω為調(diào)制頻率：
對(duì)于三相逆變電路來(lái)說(shuō)，有如下關(guān)系：
式中：Usm為輸出相電壓；Ud為直流側(cè)電壓。Usm可
以通過(guò)電機(jī)的壓頻特性曲線確定，壓頻特性曲線如
圖2所示。由式(3)可得到：
Ud可由輸入電壓確定，因此調(diào)制度M只與輸出電壓的頻率f有關(guān)，可通過(guò)給定頻率確定。本系統(tǒng)還可通過(guò)上位機(jī)或鍵盤修改壓頻特性曲線的參數(shù)，應(yīng)用方便。
對(duì)于傳統(tǒng)的以正弦波為調(diào)制波而言，其調(diào)制度M僅可在0～I(xiàn)之間變化，因此即使調(diào)制度達(dá)到****M=I，變頻器輸出的****線電壓也僅為直流側(cè)電壓的0．866。為了提高電壓利用率，使輸出電壓范圍更寬，本系統(tǒng)采用準(zhǔn)優(yōu)化sPwM技術(shù)，用正弦波疊加==次諧波形成的鞍形波作為調(diào)制波，如圖3所示，其數(shù)學(xué)方程為”…：
百分=時(shí)[sin(fjJ￡)+O．25s(：3wt)] (5)
圖3鞍形調(diào)制波
這種調(diào)制技術(shù)由于引入了三次諧波，因此，在波峰附近下凹、平坦，調(diào)制度大于1 2時(shí)才出現(xiàn)超調(diào)，輸出線電壓為正弦波，當(dāng)滿調(diào)制時(shí)輸出線電壓略大于直流側(cè)電壓。
鞍形波調(diào)制法使得變頻器的調(diào)壓范圍更寬，而且其算法與正弦調(diào)制波的方法相同。實(shí)現(xiàn)方法是，先通過(guò)設(shè)定的壓頻特性方程和給定頻率確定M，然后通過(guò)式(1)計(jì)算出脈寬時(shí)間。對(duì)于sPwM，視載波比Ⅳ的變化與否，有同步調(diào)制和異步調(diào)制兩種。兩種方法各有優(yōu)、缺點(diǎn)。實(shí)際工程常采用將同步調(diào)制和異步調(diào)制相結(jié)合的分段同步調(diào)制，當(dāng)每段的載波比Ⅳ都為6的倍數(shù)時(shí)，不但可抑制諧波，保證輸出正、負(fù)半波的對(duì)稱而且也已易于軟件的實(shí)現(xiàn)。因此，本系統(tǒng)采用了分段同步調(diào)制，每段載波比均為6的倍數(shù)。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2 1控制芯片介紹。
本系統(tǒng)選用微芯科技公司的DsPIc30F30¨為控制芯片，這是一款專門為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的16位數(shù)字信號(hào)控制器(Mcu+DsP)。它最顯著的特點(diǎn)是片內(nèi)有1個(gè)6通道的電機(jī)控制PwM模塊，該模塊支持三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、uPs等電機(jī)和電源的控制，通過(guò)編程可產(chǎn)生三相6路PwM信號(hào)，而且還提供了死區(qū)設(shè)置，死區(qū)時(shí)間通過(guò)設(shè)定輸入時(shí)鐘預(yù)分頻器的值和一個(gè)6位無(wú)符號(hào)寄存器的值確定，****死區(qū)時(shí)間可設(shè)為4096個(gè)指令周期，這些設(shè)置大大簡(jiǎn)化了生成PwM波的軟 |
