基于单片机实现SPWM变频调速系统设计.pdf

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1、第25卷第3期钦州学院学报2010年6月V01．25No．3JOURNALOFQINZHOUUNIVERSITYJune．，2010基于单片机实现SPWM变频调速系统设计黄灿胜，杨秀增(广西民族师范学院物理与信息技术系，广西崇左532200)[摘要]设计一种基于单片机实现SPWM变频调速的系统，给出了单片机实现三相交流电动机SPWM变频调速的硬件电路及采用对称规则进行采样的SPWM波形的软件方法。实践表明，该系统工作稳定，可靠性高，能用于三相交流电动机变频速度中，具有较好的实用价值。[关键词]单片机；三相交流电动机；正弦波脉宽调制；变频调速[中图分类

2、号]TN91[文献标识码]A[文章编号]1673—8314(2010)03—13001—04直流调速系统和交流调速系统，是电气传动等、空间上彼此相隔120度的对称结构。当三相自动控制系统的两个重要组成部分，两者有类似对称绕组中通以三相对称交流电时，就会形成空的地方，交流驱动采用交流电动机，在运行的电动间的旋转磁场。转子线圈因磁通变化而受到电磁机总量中，约90％都是交流电动机。所谓交流调转矩的作用，使转子按照旋转磁场的转动方向旋速系统，就是以交流电动机作为电能～机械能的转，其旋转速度表达式：转换装置，并通过对电能(电压、电流、频率)的控／1,：一‘1-

3、s)，(1)制以产生所需转矩与转速的电气传动自动控制系p统。其中，P为磁极对数，s为转差率为交流电的频在以往相当长的一段时间里，由于实现交流率。异步电动机的转速调节可通过改变这些参数变频困难，价格贵，而且交流电动机中同步电动机来实现的。目前，变频调速是交流电动机调速的的调速几乎完全依赖变频方法，故交流调速只限主流方式，即连续地改变电源频率，就可以平滑地于异步电动机的变极、转子回路串电阻等简单的调节电动机的转速。如图1，变频调速实质上是调速方式，无法与具有良好启动、制动和调速性能向交流异步电动机提供一个频率可控的交流电的直流调速竞争。近10年来，随着电

4、力电子技源，它由两部分组成：主电路和控制电路。其中主术、大规模集成电路、计算机控制技术、矢量控制电路通常采用交一直～交方式，即先将I频交流技术和各类变频装置的迅速发展和应用，使交流电AC转变成直流电DC(这个过程称为“整调速系统还具有较宽的调速范围、较高的稳态精流”)，再将直流电DC转变为频率可调的矩形波度、快速的动态响应以及可在四象限运行等优点。交流电AC(这个过程称为“逆变”)。此外，交流调速系统还具有占地面积减少和维修ACDC费用低等优点，尤其是在大容量场合优势更为明整I逆显。因此，交流调速系统得到越来越广泛的应用，．L有逐步取代直流调速的趋势

5、。流器T变器1SPWM变频调速的基本原理三相交流异步电动机的三相绕组是匝数相图1交一直一交变频装置主电路的结构形式[收稿日期]2010—03—10[作者简介]黄灿胜(1970一)，男，广西扶绥人，广西民族师范学院物理与信息技术系教师，工程师。2钦州学院学报第25卷直流变交流环节中常用的方法是正弦波脉冲宽度调制(SPWM)法。如图2所示，把一个正弦波划分为Ⅳ个等份，每一等份的正弦波形下的面积都可用一个与该面积相等的等幅的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合。于是，由Ⅳ个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。这一系列矩形

6、脉冲就是所期望的逆变器输出的正弦PWM波形(简称SPWM)。、●●●●U图4三相SPWM变频器单片机控制系统动3三相SPWM变频器单片机控制系统的软件设计由单片机来实现SPWM控制，根据软件编制U方法的不同，通常有表格法和实时计算法两种方法。表格法是预先将SPWM波的所有数据都计(B)算出来，存人ROM中，然后根据调频指令再将这些数据顺序取出，由输出口输出，控制逆变器的开O12345678910ll12’．，f关动作。这种方法要占用大量内存，且无法实时(A)正弦波形(B)等效的SPWM波形处理。实时计算法是建立数学模型，并在ROM中图2SPWM波原理

7、只预先存储一个单位基准正弦波。运行时，根据2三相SPWM变频器单片机控制指令值的要求，由单片机计算出调制系数及给定频率的开关点；然后由单片机采用软硬件结合的系统硬件电路方法得到所需调制系数及频率下的SPWM信号。图3是实现SPWM的控制电路框图，通常是图5是采用对称规则进行采样的SPWM波形用一个正弦波信号发生器产生可以调频、调幅的图。这种方法只在三角波的顶点位置(或在底点位正弦波信号，再用一个三角波信号发生器产生幅置)对正弦波进行采样，由采样值形成阶梯波，再由值不变的三角波信号，并将它们进行比较，驱动逆此阶梯波与三角波的交点来确定脉宽。对于任何变器

8、的开关元件⋯。一个采样点tl，都可确定出这个采样周期内的脉冲7171宽度=(1+Msintot)，槽底宽度t