【文章內(nèi)容簡介】 隔寬度，所得的脈沖系列如圖 25a)中的 uc所示 .由圖知，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。 單極性調(diào)制的工作特點是 :每半個周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個逆變器件中， 13 只有一個器件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷的工作，另一個完全截至 。而在另半個周期內(nèi)，兩個器件的工況正好相反。流經(jīng)負載的便是正、負交替的交變電流（如圖 2— 5b)所示。 cu 1 2 0 Gu wt 0 wt 圖 25a 單極性 SPWM調(diào)制圖 圖 25 b 單極性調(diào)制的工作特點圖 SPWM法 上述的單極性 SPWM 逆變器主電路每相只有一個開關(guān)器件反復(fù)通斷。如果讓同一橋臂上、下兩個開關(guān)器件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正”和“負”之間變化，就得到了雙極性的 SPWM波形。 雙極性 SPWM法的調(diào)制波 u仍為正弦波，其周期決定于今，振幅決定于氣，如圖26a)中的曲線 2載波 uc為雙極性的等腰三角形，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于 k=1時正弦調(diào)制波振幅值。 調(diào)制波與載波的交點決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，如圖 26b)所示。但是，由相電壓合成為線電壓時， 所得到的線電壓脈沖系 14 列卻是單極性的，如圖 26c) 所示。 雙極性調(diào)制的工作特點是 :逆變橋在工作時，同一橋臂的兩個逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息。而流過負載凡的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流，如圖 26 d)所示。 A) cu 1 Au 2 Bu wt B) Au wt Bu C) wt 15 ABu D) wt 1V ZL ZL 2V 圖 2— 6 雙極性 SPWM調(diào)制圖 a)調(diào)制波與載波 b)相對于直流中性點的相電壓 c)線電壓 d)雙極性調(diào)制的工作特點 16 控制信號的產(chǎn)生方法 從所能收集到的科研文獻中，可以歸結(jié)出很多種生成 SPWM脈沖的方法，大致分為兩大類 :第一類是完全由模擬電路生成 。第二類是由專用集成芯片生成 .本設(shè)計采用數(shù)字控制方式。 (1)SPWM的模擬控制 原始的 SPWM是由模擬控制來實現(xiàn)的。圖 27是 SPWM模擬控制電路原理框圖。三相對稱的參考正弦電壓調(diào)制信號 rau ， rbu ， rcu 由參考信號發(fā)生器提供，其頻率和幅值都是可調(diào)的。三角載波信號 tu 由三角波發(fā)生器提供，各相共用。它分別與每相調(diào)制信號在比較器上進行比較，給出正或零的飽和輸出，產(chǎn)生 SPWM脈沖序列波 dau ，dbu ， dcu ，作為變壓變頻器功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號。 dau dcu 圖 27 SPWM 波模擬控制電路 本方法原理簡單而且直觀。但是，由于正弦波調(diào)制和三角載波由硬件電路生成，硬 件開銷大，系統(tǒng)可靠性差。并且當控制電路的直流電源電壓有波動或有噪聲干擾時，都將引起 SPWM脈沖寬度的變化，從而影響到變頻器輸出頻率和電壓的穩(wěn)定性。整個系統(tǒng)受溫漂和時漂的影響大，當輸出頻率低、調(diào)制深度很小時，噪聲干擾尤其嚴重，輸出頻率精度很差。由于以上缺點 ,SPWM 的模擬控制電路現(xiàn)已很少應(yīng)用，但它的原理往往是其他控制方法的基礎(chǔ)，仍須充分了解。 (2) SPWM的數(shù)字控制 參考信號 發(fā)生器 三角波發(fā)生器 驅(qū)動 V1V6 SPWM 波形 17 數(shù)字控制是 SPWM目前常用的控制方法。可以采用微機存儲預(yù)先計算好的 SPWM數(shù)據(jù)表格，控制時根據(jù)指令調(diào)出 ?；蛘咄ㄟ^軟件實時生成 SPWM波形 。也可以采用大規(guī)模集成電路專用芯片產(chǎn)生 SPWM信號。 分析生成 SPWM波形的實現(xiàn)方式 ,模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。傳統(tǒng)的模擬控制在逆變器中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，控制性能優(yōu)良，但模擬控制也存在一些缺陷：元件眾多，設(shè)計周期長，調(diào)試復(fù)雜，不易管理維護等。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到電力電子與電力傳動控制領(lǐng)域中來，逆變器的數(shù)字控制逐漸成為研究熱點。 由于微型技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制回路均以單片微機和 SPWM脈寬調(diào)制共同完成。由于微機的高度集成化和很強的運算功能， 用于 PWM調(diào)速系統(tǒng)進行直接數(shù)字控制，可得到高度的穩(wěn)定性、高度可靠性以及小型化和便于維修、節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量等應(yīng)用效果。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出一些專門用于發(fā)生控制信號的集成電路芯片，配合微處理器進行控件生成 SPWM信號方便得多。國內(nèi)制的電動機微機控制系統(tǒng)，大多采用 8031, 8098等。由于這些芯片并非為電動機控制設(shè)計的，為了實現(xiàn)電動機控制的某些功能，不得不增加較多的外器件必須以多片集成電路方能構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)。 近年，國外著名半導(dǎo)體集成電路廠商為滿足高性能電動制需要，推出了一些電動機控制專用單片微 處理器。它們可頻驅(qū)動的交流電動機、采用斬波器驅(qū)動的直流伺服電動機或步進電動控制也可用于 UPS電源等 .其中較有代表性的就是 Intel公司的 MCS96系列 16位單片機中的 80C196MC單片機的波形發(fā)生器 WFG產(chǎn)生六路雙極性的 SPWM驅(qū)動信號，來驅(qū)動主電路的 IGBT進行逆變的。由于單片機運算速度極快 (采用 16M晶振 )，完全可以實現(xiàn)雙極性 SPWM控制。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)電路主要以 80C196MC為控制主題，由芯片產(chǎn)生 SPWM波形，通過驅(qū)動電路控制 IGBT逆變，實現(xiàn)雙極性 SPWM控制。 18 三 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 該系統(tǒng)以單片機為核心，采用新型三相 SPWM專用芯片 80C196MC組成的三相脈寬調(diào)制逆變器控制電路組成性能良好的新型全數(shù)字化逆變器調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不僅需少量的外圍元件，而且無需繁雜的軟件編程等優(yōu)點。 變頻調(diào)系統(tǒng)的整體硬件電路設(shè)計 本系統(tǒng)主要由主電路、驅(qū)動電路、控制電路以及保護電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 37a, b, c，其中控制電路原理圖見附錄。 a控制電路框圖 b驅(qū)動電路框圖 鍵盤顯示電路 8279 外部擴展存儲器 80C196MC 單片機 模擬輸入 檢測電流預(yù)留口 SPWM 輸出 保護電路輸入口 直流電源 晶體管放大電路 光電隔離電路 SPWM 輸入信號 輸出給 IGBT 基極控制信號BU BX BV BY BW BZ 19 C主電路方框圖 圖 31 硬件電路方框圖 控制電路以 80C196MC為核心，輸出六路互補 SPWM波形，輸入和電位器模擬輸入兩種輸入方式，可以用鍵盤數(shù)字電流檢測以及測速碼盤的接入口在控制電路中全都預(yù)留有接口， 驅(qū)動電路是控制電路和主電路之間的接口電路，主要完成 SPWM波形的隔離、放大，然后驅(qū)動主電路。 主電路的設(shè)計 主電路是交一直一交電壓源型，單相 220V工頻交流供電，采用不可控的二極管整流橋，大電容濾波，采用大功率晶體管 IGBT作為輸出 SPWM波形的開關(guān)器件。目前的大功率開關(guān)器件都是以集成的大功率場效應(yīng)管 IGBT為主流，另外系統(tǒng)中設(shè)置了保護電路，包括過壓、過流的保護等。 該主電路由二極管三相整流橋向電壓型逆變器提供恒定的直流電壓，變頻器的變壓、變頻均在逆變器內(nèi)進行。逆變器由六只 IGBT管組成三相橋式逆變電路，并輔以吸收電路構(gòu)成。平波電容器 C起中間能量存儲作用，使逆變器與交流電網(wǎng)去耦，并可以向電機提供無功功率。由于二極管整流器不能為異步電機的再生制動提供反向電流的途徑，所以一般都用電阻吸收制動能量。制動時，異步電機進入發(fā)電狀態(tài)，首先通過 IGBT兩端并聯(lián)的續(xù)流二極管 D向電容 C充電，當中間直流回路電壓升高到一定限制值時，通過電壓限制電路將電機釋放的動能消耗在制動電阻 R上。 電源 整流電路 濾波電路 逆變電路 20 圖 32主電路結(jié)構(gòu)圖 逆變 (DC／ AC)技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分，是把直流電變成交流電的過程，完成逆變功能的電路稱為逆變電路逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。它們也分別被稱為電壓源型逆變電路和電流源型逆變電路。 電壓型逆變電路在直流側(cè)接有大電容，相當于電壓源 ，直流電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗的特點。本節(jié)主要介紹電壓型逆變電路的基本構(gòu)成，并分析其工作原理。 三相交流負載需要三相逆變器，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。采用 IGBT作為可控元件的電壓型三相逆變電路如圖 2． 7所示，可以看出電路由三個半橋組成。 電壓型三相逆變橋的基本工作方式與單相逆變橋相同，也是 0180 導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為 0180 ，同一相 (同一半橋 )上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的時間依次相差 0180 。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€臂，下面兩個臂，也可能是上面兩個臂下面一個臂同時導(dǎo)通。因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進行的，因此，也被稱為縱向換流。 21 圖 33三相逆變電路 用 T記為周期，只要注意三相之間互隔 T／ 3(T是周期 )就可以了，即 B相比 A相滯后 T／ 3， C相又比 B相滯后 T／ 3。 具體的導(dǎo)通順序如下： 第 1個 T／ 6： V1， V6， V5導(dǎo)通， V4， V3， V2截至： 第 2個 T／ 6： Vl， V6， V2導(dǎo)通， V4。 V3， V5截至： 第 3個 T／ 6： V1， V3， V2導(dǎo)通， V4， V6， V5截至： 第 4個 T／ 6： V4， V3， V2導(dǎo)通， V1， V6， V5截至： 第 5個 T／ 6： V4， V3， V5導(dǎo)通， V1， V6， V2截至： 第 6個 T／ 6： V4， V6， V5導(dǎo)通， V1， V3， V2截至。 下面來分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形。 對于 A相輸出來說，當橋臂 l導(dǎo)通時，dAO UU 21? 當橋臂 4導(dǎo)通， dA UU 210 ?? 因此， 0AU 的波形是幅值為dU21的矩形波。 B， C兩相的情況和 A相類似， COBOUU , 的波形形狀和 AOU 相同，只是相位依次相差 0120 。三相逆變電路輸出電壓波形如圖： 22 U A A T U B B B T U C C C T 圖 34三相逆變電路輸出電壓波形 控 制路的設(shè)計 8XC196MC單片機是 Intel公司專門為電機高速控制設(shè)計的一種 16位微控制器，其后綴 MC正是電機控制 (Motor Controller)的縮寫，它己被廣泛的應(yīng)用。 在各種電器的電機控制中。 8XCI96MC根據(jù)片內(nèi)有無程序存儲器的區(qū)別可以分為 :80