用于单相电机调速的单片pwm控制技术

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1、用于单相电机调速的单片PWM控制技术 摘要：针对单相电机的变频调速控制需要，提出了一种利用单片机实现的PWM算法，该算法适用于电机的恒V/f比控制，算法简单，便于单片机实现。理论分析和实验表明该方法是可行的。   关键词：单片机控制；PWM；电机1 引言   随着家用电器产品变频技术的发展，单相电机的变频调速已成为一种可行的方法，在这种调速系统中，脉宽调制(PWM)技术仍然是提高调速性能的主要手段［1，2，3］。虽然PWM技术的实现方法很多［4］，然而，为了降低产品的制造成本，采用微机控制软件实现PWM控制具有成本低、调制方式灵活等特点，比较适合于家用电器产品

2、的要求。本文针对洗衣机电机的调速要求，提出了采用直接PWM(DPWM)软件计算的方法，并在AVR系列单片机AT90C8535上实现，该方法可以很容易地实现电机的恒V/f比调速，其PWM算法简单，易于实现，是一种较为实用的方法。2 直接PWM技术的算法   常用PWM技术的基本原理是利用高频载波与控制波进行比较，从而产生经过调制的PWM波。为满足逆变电源的需要，减小输出电压的谐波含量，载波信号采用对称的三角波实现PWM输出波形的对称双边调制，使输出电压不含偶次谐波。   用软件产生PWM波形的算法有很多方法，如：采样SPWM法、均值PWM法、直接PWM法等，其

3、中SPWM法有三种不同形式：对称规则采样SPWM、非对称规则采样SPWM、平均对称规则采样SPWM，以平均对称规则采样SPWM的算法简单，应用较为广泛。SPWM的主要缺点就是电源电压利用率不够高，即输出电压不高。均值PWM法的基本思想是根据等面积PWM控制方式的原理，选择最佳脉冲中心线位置，使得其PWM波形的谐波成分量小，均值PWM法具有微机实现简单方便的优点，且对各次谐波的抑制均有很好的效果。直接PWM法与均值PWM法类似，也是使相同时间间隔内的PWM波的面积与调制波的面积相等，其主要的优点是，在调制比固定时，控制规律正比于调制深度而反比于输出频率，特别使用于电

4、机的控制，因此本文选择直接PWM法。   直接PWM法的调制原理如图1所示，假定一个周期内PWM波的脉冲数(即载波比)为2N，将参考正弦波Umsinωt的整个周期T分为2N等份，则每个区间的长度(即载波周期)为Ts=T/2N，在第i个区间正弦波的面积为：　                                           　   设输出PWM波的幅值为E，若采用单极性调制，则第i个区间内的PWM波形所围面积为：                             若采用双极性调制，则第i个区间内的PWM波形所围面积为：       

5、                 　   式中，Tpi为脉冲的宽度，考虑到有Ts=Tpi+2Tgi，令Sri=Spi，由式(1)和式(2)整理可得：　                          式中M=Um/E为调制深度，由式(4)或式(5)可分别计算出PWM的脉冲换相点公式为：　                   由图1可知，等面积PWM法生成的PWM波形在T/2处是点对称的，因而可推导出：　                       在上述计算公式中，式(8)为单极性PWM调制，式(9)为双极性调制。在计算过程中，虽然δi的表达式包含有

6、三角函数的计算，但它仅与N有关，一旦N确定后，可事先将计算好的δi存入内存中，需要时通过查表方式获取即可。从k的表达式可以看出，k正比于调制深度而反比于基波频率ω。这对于电机的变频调速系统，通常使U/f比为常数来达到恒转矩控制，即只需使k值为一个常数即可。3 单片机实现PWM技术的设计   采用单片机实现PWM，为了保证能够满足变流电路的控制性能要求，设计时必须处理好以下几个技术问题。3.1 载波比   采用微机生成PWM波时，必须事先确定好载波比N(或2N)。如果输出频率的变化范围较大，那么在整个频率范围内采用同一个载波比的同步调制方案，难以兼顾高频和低频

7、输出时的性能。较大的载波比往往会造成高频时PWM开关频率过高，导致开关器件的开关损耗增加，而较小的载波比又会造成低频时PWM波过于稀疏，使电流脉动增大、谐波分量增加等缺点。因此采用分段同步调制是较合理的方法，即在不同的频率段选择不同的载波比，使变频器在整个频率变化范围内，都有一个较为合理的PWM开关频率，以获得较好的控制性能。然而载波比的选择和切换时必须注意两点：   (1)切换时不出现电压的突变。   (2)在各切换临界点处需设置一个滞环区，以避免输出频率落在临界切换点附近时造成载波频率反复变化而引起的振荡现象。3.2 PWM波的开关频率极限   由于PWM波

8、是通过单片