基于8098單片機(jī)的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)研究

摘要：數(shù)字控制的交流調(diào)速系統(tǒng)所選用的微處理器、功率器件及產(chǎn)生PWM波的方法是影響交流調(diào)速系統(tǒng)性能好壞的直接因素。在介紹了正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種以8098單片機(jī)作為控制器，以智能功率模塊IPM為開關(guān)器件的變頻調(diào)速系統(tǒng)。通過軟件編程，產(chǎn)生正弦脈沖寬度調(diào)制波形來控制絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可調(diào)頻率調(diào)電壓，穩(wěn)定度高，調(diào)速范圍寬，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速系統(tǒng)；8098單片機(jī)；正弦脈寬調(diào)制；IPM

目前，高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)的研究和開發(fā)引起各國學(xué)者的高度重視，并得到越來越深入的研究。而所選用微處理器、功率器件及產(chǎn)生PWM波的方法是影響交流調(diào)整系統(tǒng)性能好壞的直接因素。筆者研究了一種以8098單片機(jī)為控制器、以智能功率模塊IPM為開關(guān)器件的變頻調(diào)速系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響：其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來靈活方便。

1 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)
1．1 SPWM控制技術(shù)原理
由于PWM變換器具有功率因數(shù)高、可同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓及抵制諧波的特點(diǎn)，因此在交流傳動及其他能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。最常用的PWM技術(shù)為正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)，即SPWM控制技術(shù)。
SPWM控制技術(shù)原理如圖1所示。以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的三角波作為載波，并用頻率和期望相同的正弦波作為調(diào)制波，當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。

采用SPWM控制技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是：由于電動機(jī)的繞組具有電感性，因此，盡管電壓是由一系列的脈沖構(gòu)成的，但通入電動機(jī)的電流卻十分逼近正弦波。
1．2 SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法
SPWM波可通過模擬電路、數(shù)字電路或?qū)Ｓ眉尚酒扔布娐穼?shí)現(xiàn)，也可用微型計(jì)算機(jī)通過軟件生成。如何計(jì)算SPWM的開關(guān)點(diǎn)，是SPWM信號生成的一個(gè)難點(diǎn)，也是當(dāng)前人們研究的一個(gè)熱門課題。生成SPWM波的方法有多種，但其目標(biāo)只有一個(gè)，盡量減少逆變器的輸出諧波分量和計(jì)算機(jī)的工作量，使計(jì)算機(jī)能更好地完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)。在模擬電子電路中，SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來實(shí)現(xiàn)；改成數(shù)字控制后，開始時(shí)只是把同樣的方法數(shù)字化，稱作“自然采樣法”。自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜，在工程上更實(shí)用的是簡化后的“規(guī)則采樣法”。文中采用8098單片機(jī)通過“等面積法”實(shí)現(xiàn)SPWM波的生成。