目前,，高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)引起各國(guó)學(xué)者的高度重視,，并得到越來(lái)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(kāi)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(lái)靈活方便。

　　1正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)

　　1．1SPWM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(dòng)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(kāi)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(dòng)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(dòng)機(jī)的電流卻十分逼近正弦波。

　　1．2SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法

　　SPWM波可通過(guò)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(guò)軟件生成。如何計(jì)算SPWM的開(kāi)關(guān)點(diǎn),，是SPWM信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn),；改成數(shù)字控制后,，開(kāi)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(jiǎn)化后的“規(guī)則采樣法”。文中采用8098單片機(jī)通過(guò)“等面積法”實(shí)現(xiàn)SPWM波的生成,。

　　2SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)組成

　　2．1系統(tǒng)總體組成框圖

　　為了使變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得較為理想的靜,、動(dòng)態(tài)特性，同時(shí),，系統(tǒng)的組成又不至于太復(fù)雜,，采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式，如圖2所示,。

　　系統(tǒng)由主電路和控制電路組成,。主電路智能功率模塊IPM采用6只絕緣柵雙極晶體管IGBTVT1～VT6構(gòu)成,。絕緣柵雙極晶體管屬于第二代自關(guān)斷器件，它綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn),，由它構(gòu)成的功率變換器線路簡(jiǎn)單,，控制方便，輸出電壓紋波小,，是當(dāng)前最有應(yīng)用前景電力電子器件,。驅(qū)動(dòng)電路采用高速型EXB850驅(qū)動(dòng)模塊?？刂齐娐酚?098單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SPWM波的生成,，M／T高精度測(cè)速及閉環(huán)控制。

　　2．28098控制系統(tǒng)組成

　　8098單片機(jī)具有豐富的硬件資源,，除具備一般單片機(jī)具有的中斷系統(tǒng),、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行及并行輸入／輸出接口外,，還包含有高速輸入／輸出口HIS／HSO，軟件定時(shí)器,，片內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換A／D及D／A等,；具有較強(qiáng)的軟件處理能力及較高的運(yùn)算處理速度，很適合作為高性能交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的SPWM生成與輸出,、調(diào)節(jié)器運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理用的核心器件使用,。實(shí)現(xiàn)SPWM變頻調(diào)速的8098控制系統(tǒng)的硬件電路如圖3所示。

　　控制系統(tǒng)由8098單片機(jī),、地址鎖存器74LS373,、外部8KEPROM2764、用于擴(kuò)展輸入／輸出接口芯片8279,、鍵盤和顯示器,、地址譯碼器74LS138和SPWM波的反相及延時(shí)電路等組成。其中8098的最小系統(tǒng)完成SPWM的生成,、M／T測(cè)速及閉環(huán)控制,，并在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用8279擴(kuò)展了鍵盤／顯示電路，完成命令／數(shù)字鍵的輸入及有關(guān)數(shù)據(jù)的輸出顯示,。

　　3SPWM信號(hào)的產(chǎn)生

　　SPWM控制信號(hào)的作用是當(dāng)一對(duì)橋臂上的某一管處于導(dǎo)通極性時(shí),，可使其按正弦規(guī)律通斷，達(dá)到電動(dòng)機(jī)電流接近正弦波的目的,。

　　根據(jù)等面積法知道,，所需U相的SPWM波第i個(gè)脈沖的脈寬時(shí)間：

　　由于U相的SPWM波的正負(fù)半周均由HS0．0得到，為了得到U相的負(fù)半波,，把對(duì)應(yīng)于ta1,、ta2,、ta3的命令(低或高電平)取反后輸出。由U,、V,、W三相相位關(guān)系可得出V相、W相的SPWM波第i個(gè)脈沖的脈寬時(shí)間tv2,、tw2及間隙時(shí)間tv1,、tv3、tw1,、tw3,。其具體實(shí)現(xiàn)方法是：可事先將余弦值作表存在程序儲(chǔ)存器2764中，每當(dāng)采樣周期Tc時(shí)間到,，計(jì)算θi并根據(jù)θi值查表得cosθi,，將其與上一次Tc周期的θi-1進(jìn)行運(yùn)算即可求出三相脈沖的脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間，對(duì)HSO．0,、HSO．1,、HSO．2分別寫入兩條命令并送入HSO的CAM中，CAM根據(jù)送入的時(shí)間值和命令自動(dòng)定時(shí)控制HSO．0～HSO．2的輸出,，這樣在逆變器的輸出端得到相位互差120°的SPWM的脈沖序列,。此脈沖序列經(jīng)過(guò)基極驅(qū)動(dòng)控制IPM的6個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

　　4軟件框圖設(shè)計(jì)

　　8098微機(jī)控制的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件程序包括主程序和M／T測(cè)速,、轉(zhuǎn)差及頻率運(yùn)算,、鍵盤顯示等子程序。文中主要設(shè)計(jì)了主程序和SPWM波生成的中斷服務(wù)程序框圖,，如圖4所示,，其他程序框圖請(qǐng)讀者查閱相關(guān)的參考書籍。

　　5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　由8098單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM波形可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)由示波器測(cè)出,。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由交-直-交變頻器主回路及8098微機(jī)控制系統(tǒng),、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路,、鍵盤控制及顯示電路和各種保護(hù)電路等控制電路組成,，其中主回路中的功率模塊IPM采用IGBT，輸出電壓600V,，工作頻率為20kHz,。如圖5為測(cè)得的實(shí)驗(yàn)波形。在電機(jī)輸出頻率為50Hz時(shí),，測(cè)得的U相電壓波形如圖(a)所示,，在頻率為100Hz和150Hz時(shí)測(cè)得的負(fù)載電流波形如圖(b)、(c)所示,。由圖5可見(jiàn),，通過(guò)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，本系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)一定頻率范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其精度可達(dá)1r／min,。調(diào)頻率的過(guò)程中,，負(fù)載電流諧波、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲均很少,，系統(tǒng)工作較穩(wěn)定,。

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　文中采用8098作為主控器設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)差頻率交流調(diào)速控制系統(tǒng)理論上可以獲得與直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相似的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速性能,。此種系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于如鋼鐵冶金,、石油化工、供水等行業(yè)的中小容量交流調(diào)速系統(tǒng)中,，如有色冶金行業(yè)的轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)控制,，要求電動(dòng)機(jī)固定在爐體上，并隨爐體一起傾斜,，不同爐期要求有不同的轉(zhuǎn)速,，在這種高溫、近火的環(huán)境下,，直流拖動(dòng)是不可能的,，采用晶閘管交流調(diào)速振動(dòng)和噪聲大，故障多,，無(wú)法保證正常生產(chǎn),。采用文中系統(tǒng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)爐,，實(shí)現(xiàn)了調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)要求,，同時(shí)，系統(tǒng)具有故障率低,，操作方便等特點(diǎn),。