采用68HC908MR16單片機(jī)的空間矢量控制變頻電源設(shè)計
摘要:介紹了一種基于空間矢量PWM算法的變頻電源的實(shí)現(xiàn)方式。系統(tǒng)采用MOTOROLA公司的電機(jī)控制專用芯片68HC908MR16,通過PI調(diào)節(jié)將直流電逆變成頻率可調(diào)的三相正弦波交流電,同時利用串行通信實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)顯示和參數(shù)修改。 關(guān)鍵詞:空間矢量;脈寬調(diào)制;變頻器;專用芯片MR16
0 引言隨著拖動技術(shù)的不斷發(fā)展以及大功率電力電子器件的不斷更新,交流異步電機(jī)V/f控制PWM變頻電源在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)的SPWM變頻調(diào)速技術(shù)理論成熟,原理簡單,易于實(shí)現(xiàn),但其逆變器輸出線電壓的幅值最大值僅為0.866Ud,直流側(cè)電壓利用率較低;而采用空間矢量PWM(SVPWM)算法可使逆變器輸出線電壓幅值最大值達(dá)到Ud,較SPWM調(diào)制方式提高了15%,且在同樣的載波頻率下,采用SVPWM控制方式的逆變器開關(guān)次數(shù)少,降低了開關(guān)損耗。為此,本文運(yùn)用SVPWM算法,將逆變器和電機(jī)作為整體考慮,并綜合三相電壓,通過實(shí)時計算,利用MR16單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的恒磁通變頻調(diào)速控制。
1 空間矢量PWM基本工作原理
圖1所示為三相電壓型逆變器的工作原理圖,它由6個開關(guān)器件組成。逆變器輸出的空間電壓矢量為
(1)
根據(jù)同一橋臂的上下兩個開關(guān)器件不能同時導(dǎo)通的原則,其三相橋臂開與關(guān)可以有8種狀態(tài)。在這8種開關(guān)模式中,有6種開關(guān)模式輸出電壓,在三相電機(jī)中形成相應(yīng)的6個磁鏈?zhǔn)噶?,另?種開關(guān)模式不輸出電壓,不形成磁鏈?zhǔn)噶浚Q之為零矢量。各種狀態(tài)形成的矢量在空間坐標(biāo)系中的位置關(guān)系如圖2所示。括號內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)依相序A,B,C表示開關(guān)的不同狀態(tài),“1”表示上橋臂功率器件導(dǎo)通,下橋臂器件關(guān)閉;“0”表示的工作狀態(tài)與此相反。任意一個電壓空間矢量的幅值和旋轉(zhuǎn)角度都表示此刻輸出PWM波的基波幅值及頻率大小,它的相位則表示不同的脈沖開關(guān)時刻。因此,三相橋式逆變器的目標(biāo)就是利用這8種基本矢量的時間組合,去近似模擬合成這樣一個磁鏈圓。
圖1 電壓型逆變器原理圖
圖2 逆變器輸出電壓空間矢量
通常將一個圓周期6等份,并習(xí)慣地稱之為扇區(qū)。每一扇區(qū)又可繼續(xù)劃分為任意的m個小等份。當(dāng)理想電壓矢量位于任一扇區(qū)之中時(如圖2所示),就用該扇區(qū)的兩個邊界矢量和兩個零矢量去合成該矢量,例如:當(dāng)理想電壓矢量處于第一扇區(qū)時就由和兩個非零矢量以及零矢量合成,其他扇區(qū)依此類推。假設(shè)理想電壓矢量位于圖3所示的位置,依據(jù)正弦定理可以得到式(2)—式(4)。
(0θπ/3) (2)
(3)
t0=Ts-t1-t2 (4)
式中:Us為逆變器輸出電壓矢量的幅值;
U1為非零矢量的幅值;
U2為非零矢量的幅值;
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