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采用68HC908MR16單片機的空間矢量控制變頻電源設計

作者: 時間:2012-09-05 來源:網(wǎng)絡 收藏

Ts為PWM周期;

t1的作用時間;

t2的作用時間;

t0為零的作用時間;

圖3α-β坐標系中的合成示意圖

由于理想電壓是由位于該扇區(qū)邊界的兩個非零矢量和零矢量合成,在實際合成時可每一個非零矢量分別發(fā)出兩次,零矢量則依次插入各個分割點的方法。例如:理想電壓矢量為,其合成步驟可以是:先發(fā)非零矢量作用t1/2時間,再發(fā)零矢量作用t0/4時間,而后發(fā)出非零矢量作用t2/2時間,接著發(fā)出零矢量作用t0/4時間。然后再依此次序重發(fā)矢量一次,就完成了整個合成過程。之所以這種合成方法是因為系統(tǒng)工作到低頻時,周期變長,而每個周期內非零矢量的作用時間又是一定的,也就是說零矢量的作用時間相應的變長了。于是就將一個周期中太長的零矢量分開成幾個零矢量,而后把它們均勻地插入到非零矢量中去,這樣既滿足了合成的要求,又有效地抑止了低速轉矩脈動。對于理想電壓矢量位于扇區(qū)邊界的這種情形,可以把它作為扇區(qū)的特例來處理,即有一個非零矢量的作用時間為0。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 主電路拓撲結構

主電路三相全橋逆變電路,其拓撲結構如圖4所示,逆變DC/AC部分為全控式逆變橋,電容C為濾波電容,其電容值的選擇與負載額定功率及直流側輸入電壓有關。交流電機調速不僅要求輸出電壓為正弦波,而且要求電壓和頻率協(xié)調變化,即要求電壓V和頻率f要同時變化并滿足一定的規(guī)律,如V/f為常數(shù),這樣才能保證異步電機轉子磁通在調速過程中保持恒定。采用矢量PWM法驅動逆變橋,可以實現(xiàn)輸出電壓和頻率分別按各自規(guī)律變化,而且正弦波畸變小,響應速度快,簡單。

圖4 系統(tǒng)主電路拓撲結構

2.2 控制芯片

本系統(tǒng)采用MOTOROLA公司的電機控制專用(以下簡稱MR16)作為主控芯片,它是一種高性能,低成本的8位。MR16內部集成有16K字節(jié)的可擦寫片內閃速存儲器FLASH,768字節(jié)的RAM;具有10位精度的10通道ADC模塊,其AD轉換時間最快僅需2μs,能夠在極短時間內完成多路采樣并進行高精度轉換;同時MR16含有一個可編程時鐘發(fā)生器模塊(CGM),系統(tǒng)時鐘不僅可以直接由外部晶振輸入分頻得到,也可以先將晶振電路的輸出信號緩沖后再經(jīng)內部鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器提供;具有串行通信模塊SCI,它有32種可編程波特率,可以工作在全雙工或半雙工模式,通過SCI模塊能方便地實現(xiàn)系統(tǒng)與外部的實時通信。

2.3 PWM波形成本系統(tǒng)利用MR16中的PWMMC模塊,實現(xiàn)PWM波形的生成。在初始化時將其設置為3對互補工作模式,即同一橋臂上的兩路PWM信號是互補的。為了防止同一橋臂上的2個開關管直通,在無信號發(fā)生器DEADTIME的死區(qū)時間寄存器DEADTM中設置了2.5μs的死區(qū)時間。系統(tǒng)采用4MHz的外部晶振,由程序選擇內部鎖相環(huán)頻率合成器產(chǎn)生8MHz內部總線時鐘。同時設置載波頻率為9kHz,并將其寫入PMOD(H:L)寄存器。PWM波的實時脈沖寬度的計算都是在中斷服務程序中完成的,每當PWMMC模塊中的PCTN(H:L)計數(shù)器計數(shù)至PMOD(H:L)中的數(shù)值時就引起一次中斷。預先將一個扇區(qū)(60°)的正弦值擴大一定倍數(shù)后制成正弦表格存入FLASH中,每次進入中斷后都從表中取出一個正弦值,經(jīng)過相應的計算后將結果送入PVALX(H:L)寄存器中,單片機將PCTN(H:L)中的值與PVALX(H:L)中的值進行比較后自動產(chǎn)生PWM波,而后依次送入相應的PWM輸出通道,完成PWM波的輸出。采用軟件方法實現(xiàn)PWM波的原理如圖5所示,它對應于圖1的第1扇區(qū)。當位于不同的扇區(qū),不同的PWM周期時,它們的值都不相同,都是實時變化的。同樣,賦給每一個PVALX(H:L)寄存器的值也就不盡相同。這種產(chǎn)生對稱PWM波形的方法,每個PWM周期都開始和結束于零向量,并且000和111的持續(xù)時間相同;同時,除了占空比0%和100%外,每個周期內各橋臂通斷兩次,而且對于一個扇區(qū)來講,橋臂的通斷都有一個固定的順序。

圖5 軟件實現(xiàn)原理圖



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