5Hz三檔三相SPWM波形的生成方法

摘要：本文介紹5Hz/50V、60V、70V三檔三相SPWM波形生成的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，并給出

逆變器的輸出波形。

關(guān)鍵詞：逆變器軟件設(shè)計(jì)

給紡織機(jī)供電的一種5Hz變頻電源，由于工作場合的不同，其輸出電壓分為50V、60V、70V三檔。本文將著重討論采用單片機(jī)8098為主控芯片生成這三檔SPWM波形的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。

　　SPWM的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，其原理仍然是基于正弦控制波與三角載波相交以確定開關(guān)器件通斷時(shí)刻點(diǎn)。隨著采樣方式的不同，軟件編程的方法也不同，而且還要結(jié)合硬件定時(shí)器的工作方式，因此其實(shí)現(xiàn)方法有多種多樣。本文采用了利用高級(jí)語言按照規(guī)則采樣法原理離線計(jì)算出對(duì)應(yīng)脈寬數(shù)據(jù)，由8098單片機(jī)查表實(shí)現(xiàn)輸出的方法，實(shí)現(xiàn)了逆變器輸出三相線電壓為50V、60V、70V三檔5Hz低頻正弦電壓。

1規(guī)則采樣法原理

　　由于正弦波與三角波的交點(diǎn)具有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不是等距的，因此脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，不能用簡單的解析式表達(dá)。為了簡化計(jì)算工作量，使之便于工程實(shí)現(xiàn)，可以使脈沖中心由不等距改為等距。在三角載波的某一固定點(diǎn)進(jìn)行采樣，來決定PWM波出現(xiàn)與結(jié)束的時(shí)刻，而不管這一時(shí)刻正弦波與三角波是否相交，工程實(shí)踐證明由此帶來的誤差是完全可以忽略的。這樣便有意消除了兩個(gè)波形交點(diǎn)出現(xiàn)的任意性，算法就由不可解的超越方程變?yōu)榭山獾暮唵稳欠匠??！?〗

　　在本文中采用了工程上常見的基于規(guī)則采樣技術(shù)和采樣保持原理的PWM波形形成原理。其采樣頻率等于載波頻率，在載波三角波正峰值處采樣，脈沖總是對(duì)稱于載波三角波的波谷，如圖1所示。按照?qǐng)D2我們就可以求得三角波的每一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的脈寬t2。

　　由于采樣時(shí)刻和采樣值都是明確定義的，因此脈沖寬度和前后沿位置均可計(jì)算得出。若載波三角波幅度UTM定為1，控制正弦波幅度UC為M，三角的傾角為α，斜率為4/T2（T2為三角波周期），采樣值為MsinωCt。由直角三角形OBB'和OCC'相似的幾何關(guān)系可得比例式：

(t2/2)/(T2/2)=(1＋MsinωCt)/2

從而求得脈寬時(shí)間t2=T2(1＋MsinωCt)/2

　　由脈沖波形的對(duì)稱性可求得間隔時(shí)間：

t1=t3=(T2－t2)/2=T2(1－MsinωCt)/4

　　根據(jù)t1、t2、t3表達(dá)式即可完全確定正弦波一周期中各脈沖的出現(xiàn)與結(jié)束時(shí)刻。從圖1圖形上看，規(guī)則采樣法實(shí)際上是用一系列階梯狀臺(tái)階波形來逼近正弦波，因此，載波頻率ωC越高，即采樣點(diǎn)越多，精度越高。

　　對(duì)于三相逆變器，因三相對(duì)稱互差120°相位角，因而有〖2〗：

t2a=T2(1＋MsinωCt)/2

t2b=T2[1＋Msin(ωCt－120°)]/2

t2c=T2[1＋Msin(ωCt＋120°)]/2

且：t2a＋t2b＋t2c=3T2/2

t1a＋t1b＋t1c=t3a＋t3b＋t3c=3T2/4

2采樣8098實(shí)現(xiàn)SPWM波

圖1規(guī)則采樣法PWM波形

圖2PWM波的規(guī)則取樣法