【正文】 一個(gè)三角載波周期內(nèi)獲得三相 SPWM 脈沖波形。 圖 42 生成 SPWM 波形的規(guī)則采樣法 wave of regular sample method gain 在規(guī)則采樣法中，三角載波每個(gè)周期的采樣時(shí)刻都是 確定的，都在正峰值或負(fù)峰值處，不必作圖就可計(jì)算出相應(yīng)時(shí)刻的正弦波值。這時(shí)，由于 A、 B 兩點(diǎn)座落在正弦調(diào)制波的兩側(cè)，t2較大。這是由于采樣電壓水平線與三角載波的交點(diǎn)都處于正弦調(diào)制波的同一側(cè)造成的。工程上實(shí)用的方法要求算法簡(jiǎn)單，只要誤差不太大，允許作出一些近似處理，這樣就提出了各種規(guī)則采樣法（ Regular Sampling）。 經(jīng)推導(dǎo)可得脈寬的計(jì)算公式 )]s i n(s i n21[2B1A1c2 ttMTt ?? ??? (41) 由于 本方法需要實(shí)時(shí)采樣 tA、 tB，計(jì)算與控制均比較困難，故實(shí)際進(jìn)行微機(jī)控制時(shí)，取簡(jiǎn)化的近似處理，在三角波為 Utm的 te 點(diǎn)進(jìn)行一次采樣，脈寬公式即簡(jiǎn)化為 )s i n1(2e1c2 tMTt ??? (42) 圖 41 自然采樣法 SPWM 波 SPWM wave of natural sample method 采用上述方法，雖然可以較準(zhǔn)確地確定正弦波與三角波的交點(diǎn)，但計(jì)算 工作量較大，特別是當(dāng)變頻范圍較大時(shí)，將占用大量的內(nèi)存空間。檢測(cè)出交點(diǎn) A 是發(fā)出脈沖的初始時(shí)刻， B 點(diǎn)是脈沖結(jié)束時(shí)刻。 R2 的 AMP0~AMP7 是調(diào)制波幅值選擇字。 OM為過調(diào)制選擇位。見 表 2。 R2 中的 PDY 字為脈沖延遲時(shí)間選擇字。這樣 ,MA818只需要 4根數(shù)據(jù)線既可完成從外部 PROM/ EPROM中讀取采樣值。 ~180176。按線性增長(zhǎng) ,其角度分辨率為 176。 ~180176。 MOTEL 總線的寬度為 8 位 ,向 24 位寄存器輸送數(shù)據(jù)時(shí) ,要分三次分別送到 R0、 RR2 寄存器中 ,再通過向虛擬寄存器 R R4 的寫指令命令分別完成從 R0、 R R2 向控制寄存器和初始寄存器傳送數(shù)據(jù)。在 SET TRIP 無效時(shí) ,可解除對(duì) PWM 輸出的封鎖并將 TRIP 置為高電平。 復(fù)位腳 (RST):輸入低電平有效。 當(dāng)封鎖控制腳 (SET TRIP)腳輸入高電平時(shí) ,封鎖狀態(tài)輸出腳 TRIP 及六個(gè) PWM 輸出將被迅速地鎖存在低電平狀態(tài)。該部分的具體引 腳說明如圖 ,MA818 還可以自動(dòng)適應(yīng) INTEL 或 MOTOROLA 模式。脈沖刪除電路能保證使最小輸出脈沖大于器件的開關(guān)時(shí)間 ,而將更窄的脈沖刪除掉。它由地址發(fā)生器和數(shù)據(jù)緩沖器組成 。該芯片與 SLE4520 相似 ,是一種通用的可編程微機(jī)控 制外圍芯片 ,雖然它必須和微處理器配合使用 ,但微機(jī)的介入程度很低 ,它本身的功能比 SLE4520 要強(qiáng)大的多 ,用于控制 IGBT 更是得心應(yīng)手 ,其輸出波形為純正弦波。它不存在同步控制方式所產(chǎn)生的低頻諧波分量大的缺點(diǎn)，但是，它可能會(huì)造成逆變器輸出的正半波與負(fù)半 16 波、三相波之間 出現(xiàn)不嚴(yán)格對(duì)稱的現(xiàn)象，這將造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。 這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是，在調(diào)制波頻率變化的范圍內(nèi)，逆變器輸出波形的正、負(fù)半波完全對(duì)稱，使輸出三相波形之間具有 120176。另外，高的載波頻率使變頻器和電機(jī)的噪聲進(jìn)入超聲范圍，超出人的聽覺范圍之外，產(chǎn)生“靜音”的效果。圖 2— 10 是通過電動(dòng)機(jī)繞組的 SPWM 電流波形。同樣，三相相電壓波形也互差 120176。他們分別是各橋臂按對(duì)應(yīng)的正弦波與三角載波交點(diǎn)所決定的時(shí)間，進(jìn)行“開”與“關(guān)”所產(chǎn)生的輸出波形。三相調(diào)制波是由 uA、 uB、 uC 14 三條正弦波組成，這三條正弦波的頻率和幅值都一樣，但在相位上相 差 120176。 圖 27 SPWM波生成方法 The way of gaining SPWM wave 采用單極性控制時(shí)，每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋的同一橋臂的上下兩只逆變開關(guān)管中，只有一只開關(guān)逆變管按圖 27 的規(guī)律反復(fù)通斷，而另一只逆變開關(guān)管始終關(guān)斷； 在另外半個(gè)周期內(nèi)，兩只逆變開關(guān)管的工作狀態(tài)正好相反。 將這組等腰三角形波稱為載波；而正弦波則稱為調(diào)制波。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（ Sinusoidal pulse width modulation，簡(jiǎn)稱SPWM），這種序列的矩形波稱作 SPWM 波 我們把這樣的波稱為正弦脈寬調(diào)制波，簡(jiǎn)稱SPWM 波。 PWM 控制的基本原理如圖 25。 曲線 3是針對(duì)風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載而設(shè)置的。 在實(shí)際的通用變頻裝置中， 一般 都 給出若干條簡(jiǎn)化了的曲線供用戶選擇，如圖 24。因此，也有將此方法稱為轉(zhuǎn)矩提升。磁通量的下降使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，造成電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。因?yàn)槎ㄗ幼杩顾急壤龃?，使得?shí)際上生產(chǎn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1E 減小， 1E /比值減小，造成磁通量 ? 減小，因而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩下降。為了使控制容易實(shí)現(xiàn)，我們采用了電源電壓 1U ≈ 1E 來近似代替，這是以忽略了定子阻抗壓降作為代價(jià)，當(dāng)然存在一定的誤差。 從圖中我們可以看到，當(dāng)電動(dòng)機(jī)向低于額定轉(zhuǎn)速 no 方向調(diào)速時(shí) 見圖 21a，曲線近似平行的下降，由此 可以 說明，減速后的電動(dòng)機(jī)仍然保持原來較硬的機(jī)械特性，表現(xiàn)為恒轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)。即 11/fE ≈ 11/fU =常數(shù) （ 26） 所以在變頻的同時(shí)也需要變壓，這就是所謂 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency）。來維持它們的比值。但實(shí)際上，由于電動(dòng) 機(jī)的磁通容量與電動(dòng)機(jī)的鐵芯大小有關(guān)，通常在設(shè)計(jì)時(shí)已達(dá)到最大容量 , 因此，當(dāng)磁通量增加時(shí)，將產(chǎn)生磁飽和，造成實(shí)際磁通量增加不上去，使電流波形畸變，削弱電磁力矩，從而影響機(jī)械特性，使其下降 。 而在電源一側(cè)，電源電壓的平衡方程式為： 1U? =－ 1E? + 1I? 1r +j 1I? 1x （ 23） 該式表示，加在電機(jī)繞組端的電源電壓 1U? ，一部分產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1E? ，另一部分消耗在阻抗（線圈電阻 r 和漏電感 x）上。這就是交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本原理。 交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可有下式表示： ? ?spfn ?? 160 （ 21） 式中 n— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /（ r/min）； p — 電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)； f — 電源頻率 /HZ； s— 轉(zhuǎn)差率。這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速為： 212 0 06 0 6 0f s fn s n n n npp? ? ? ? ? ? ? (111) 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為： 21 0n n n n? ? ? ? (112) 7 這個(gè)關(guān)系表明：不論轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速如何，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)永遠(yuǎn)能夠 和定子磁動(dòng)勢(shì)同步。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 的轉(zhuǎn)速公式： 0 60fn p? (15) 這一公式體現(xiàn)的原理是：電源頻率能夠直接改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。 6 2 交流異步電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)：電樞繞組中流過方向變化著的非正弦交流電。 縱向 平移型人為機(jī)械特性 機(jī)械特性越硬，系統(tǒng)的速度穩(wěn)定性越好。 調(diào)速手段 調(diào)速，即改變系統(tǒng)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，是由系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩圖上的交點(diǎn)決定的。兩曲線有 交點(diǎn)是能夠穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速關(guān)系由其機(jī)械特征和運(yùn)行特點(diǎn)決定，不受系統(tǒng)電氣參數(shù)控制。此類型負(fù)載通常不需 要反向運(yùn)行。 負(fù)載特性 1）像起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等這一類生產(chǎn)設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn) 速幾乎沒有什么關(guān)系 ，這類設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，總會(huì)產(chǎn)生位能的變化，因此稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 交流同步機(jī)的固有特性是在額定頻率和電壓下作出的，它是一條水平直線，因此交流同步機(jī)也不可以在額定頻率下直接啟動(dòng)。 直流機(jī)的 固有特性是在電樞回路電阻中只有電樞繞組電阻，供電電壓為額定電壓的情況下 作 出的。該模型為一個(gè)剛性旋轉(zhuǎn)體，有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)速 n ，電磁轉(zhuǎn)矩 eT ，廣義負(fù)載轉(zhuǎn)矩 lT 以及等效飛輪轉(zhuǎn)矩 2GD 。生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部分已經(jīng)簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)體。 2 1 電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ) 300 多年前，先后由 、 ，為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展作了第一個(gè)強(qiáng)有力的推動(dòng)，而后電能的工業(yè)化生產(chǎn)和電動(dòng)機(jī)的制造成功，真正的為現(xiàn)代工業(yè)文明提供了持續(xù)的強(qiáng)大動(dòng)力。微處理器的飛速發(fā)展，使變頻調(diào)速系統(tǒng)許多復(fù)雜的控制算法和控制方式能得以實(shí)現(xiàn)。 1 0 引言 當(dāng)今，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，變頻器產(chǎn)業(yè)得到 了 飛速 的 發(fā)展，變頻器的應(yīng)用也越來越普及。變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法中最理想的方案 . 電力電子器件的發(fā)展更新 ,促使電力變換技術(shù)不斷發(fā)展 , 也為變頻調(diào)速裝置奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 本文設(shè)計(jì)普通設(shè)備的 通用變頻調(diào)速裝置，就當(dāng)前的現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展而言，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能降耗、降低成本以及環(huán)境保護(hù)有 著 非常現(xiàn)實(shí)的重大意義。 圖 11 電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成 The ponent of running system of electric power 2）運(yùn)動(dòng)模型及基本運(yùn)動(dòng)方程式 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部分 ，通常由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、機(jī)械減速機(jī)構(gòu)以及負(fù)載，即生產(chǎn)機(jī)械 的運(yùn)動(dòng)部分組成。 這樣，就得到了簡(jiǎn)化了的電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng) 模型 圖 12。 電動(dòng)機(jī) 機(jī)械特性 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速特性稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 。又因?yàn)樘匦郧?線與水平軸無交點(diǎn)，因此直流機(jī)不能低速運(yùn)行，也不能以額定電壓?jiǎn)?dòng)。 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速關(guān)系只由電動(dòng)機(jī)特征參數(shù)以及電源參數(shù)決定，不受負(fù)載類型影響。稱為二次方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。因此在圖 13 中 b）和 c）均增加了一個(gè)小的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 將負(fù)載特性曲線與機(jī)械特性曲線合并稱為系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩圖。在交點(diǎn)以下，負(fù)載特性曲線在機(jī)械特性曲線的左邊。 實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的關(guān)鍵：以一定的規(guī)律連續(xù)的改變相應(yīng)的電氣參數(shù)，從而構(gòu)造一系列可連續(xù)改變的人為機(jī)械特性曲線簇，并且按照一定的規(guī)律在各人為機(jī)械特性間快速變化。即：比較理想的調(diào)速手段，是構(gòu)造上下方向的平行移動(dòng)的人為機(jī)械特性曲線簇 [6]。啟動(dòng)時(shí)預(yù)同步，運(yùn)行時(shí)防失同步，啟動(dòng)和運(yùn)行控制麻煩。 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流頻率為： 02 1 10()nnf f sfn??? (18) 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： 2 2 1emE jC sf? ? ? (19) 2 2 2 20()E I r js X?? (110) 轉(zhuǎn)子電流本身也會(huì)在繞組中產(chǎn)生勵(lì)磁作用，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 從上述中可以看出，交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、最便宜、故障率低、工作可靠、異步方式、控制容易。 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度降低，使得感應(yīng)電勢(shì)降低，感應(yīng)電流降低，電磁轉(zhuǎn)矩降低，當(dāng)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，即系統(tǒng)合轉(zhuǎn)矩為 0 時(shí)，系統(tǒng)在新的穩(wěn)定點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。 變頻調(diào)速控制理論 變頻與變壓 根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，交流異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁力線的結(jié)果，其有效值計(jì)算如下： 1 1 1 1e m eE C f C Kf? ? ? ? （ 22） 式中 : 8 K — 與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； ? — 磁通； 1f — 電源頻率。 理論上這種新的平衡對(duì)機(jī)械特性影響不大。 這就要求，當(dāng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速改變電源頻率 1f 時(shí)， E1也就該作相應(yīng)的變化。調(diào)節(jié)電壓 1U ，使其跟隨頻 9 率 f 的變化，從而達(dá)到使磁通恒定不便的目的。 要使磁通量保持近似恒定，就要使 fv KK ? （ 29） 變頻后電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖 21 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 8 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : E : \下載軟件 \ S ys t e m \ M y D e s i g n 2 . d db D r a w n B y:T Tnn0n1n2T c 2 T c 1 Ttf 0 = 5 0 H zf1f2f 0 f 1 f 2nT c 2 T c 1 Ttf 0 = 5 0 H zf