【正文】 會引入調(diào)節(jié)延遲，對控制性能尤其是動態(tài)性能有一定的影響。矢量控制的提出具有劃時代的意義。 適量控制思路有著模仿直流調(diào)速控制的特征，而直流電動機是由定子勵磁繞組和轉(zhuǎn)子的電樞繞組這一對繞組共同勵磁的，由 于換向器的作用，轉(zhuǎn)動著的電樞繞組總是在 與勵磁繞組正交的那一部分繞組中通過電流，所激勵的磁場始終與定子磁場正交，這相當于一個兩相正交繞組勵磁的情況，由兩個正交磁場產(chǎn)生合成磁場。但該技術在目前尚未成熟，但仍舊吸引著眾多國內(nèi)外學者深入研究。 矩陣 控制和矢量控制一樣，也可以采用無速度傳感器方式運行，其轉(zhuǎn)速推算的原理和矢量控制一樣。說 矩陣 控制 比 矢量控制更適合無速度傳感器運行是沒有充分依據(jù)的。它不需要將交流電動機的等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復雜計算。 直觀來看，直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩脈動來自其使用的滯環(huán)控制方式。 因此直接轉(zhuǎn)矩 在控制部分才用了平滑調(diào)節(jié)，使得逆變器部分仍然是出于一種開關狀態(tài)。 三晶變頻器為廣州三晶電器有限公司品牌，該公司與 2021 年成立， 三晶變頻器 主要 采用矢量控制， 采用最新高速電機控制專用芯片， 具有低頻力矩大，輸出平穩(wěn)，抗干擾能力強等特點。 科姆龍變頻器也同樣采用矢量控制方式， 強大的輸入輸出多功能可編程端子，同樣可以 調(diào)節(jié)多頻率的脈沖輸入。 并且內(nèi)置先進的 PID 算法， 適應性強、調(diào)試簡單。同過SA4828 將工作電源變成可調(diào)脈沖 SPWM，在通過 編程，利用單片機 SPCE061A 控制SA4828，輸出需要的信號。電機的精確調(diào)節(jié)，可通過反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)。本設計有顯示屏和輸入鍵盤，可通過鍵盤輸入想要調(diào)節(jié)的參數(shù)，并再顯示屏上切換顯示輸入的參數(shù)和實際參數(shù)。但同時也造成了輸出波形很差，包含大量諧波的問題。 脈寬調(diào)制基本原理 利用整流器完成正弦交流電波形的調(diào)壓任務，首先，三相交流電每一瞬間各相的幅值不一樣，需要為每一相單 獨配備整流器。如果取消中間濾波環(huán)節(jié)，那么波形就會和交 — 交變頻一樣了。 因此，利用每個半波里電壓幅值不變這個前提，可使用橫向調(diào)壓。脈沖窄而間隔大，平均電壓就低些，脈沖寬二間隔小，平均電壓就高些。 按照交 —— 交 變頻的思路，利用調(diào)壓能力構(gòu)造一個正弦交流電正半周和負半周，實現(xiàn)波形的改善。如將脈沖頻率固定，那么脈沖變寬間隔就變窄，占空比就變大。改變脈沖寬度變化的快慢，就改變了輸出頻率實現(xiàn)了變頻。 這樣，通過改變脈沖寬度，我們實現(xiàn)了變頻變壓，這種方式就叫做脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制，為了與直流調(diào)速中采用的脈寬調(diào)制技術區(qū)別，以逼近正弦波形為特征的交流脈寬調(diào)制也 稱為正弦脈寬調(diào)制（ SPWM） 。不同的是，窄脈沖的寬度和頻率都可以控制，而不像交 —— 交變頻那樣，要受到工頻交流電頻率的限制，因此，也就不會出現(xiàn)輸出交流電的頻率上限受限的問題。 這種正半周用正向窄脈沖，負半周用負向窄脈沖的方式稱為單極型方式。 脈寬調(diào)制和 PAM 一樣，硬件上只需要有發(fā)出正負脈沖的能力，因此主電路結(jié)構(gòu)相 7 似，遠比交 —— 交變頻的主電路簡單。由于波形改善，輸出諧波降低，電動機的轉(zhuǎn)矩脈動減小，因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能都明顯改善。脈寬調(diào)制方式要比 PAM 方式多進行許多次開關動作，開關頻率很高，器件開關速度必須很快，因此負載的類型會要影響 到變頻器結(jié)構(gòu)特點。由于電動機正是電感性負載，因此，在采用 SPWM 方式的通用變頻器中基本上全是采用電壓型濾波電路。變頻器輸入端（ R、 S、 T）接至頻率固 定的三相交流電源，輸出端（ U、 V、 W）輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動機。又因為異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是比同步轉(zhuǎn)速略低些。由于磁極對數(shù)不同的異步電動機在相同頻率時的轉(zhuǎn)速是不同的，所以即使頻率的調(diào)節(jié)范圍相同，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍也是各異的。在單片機控制下，采用專用驅(qū)動模塊，讓 T1/T T2/T3 輪流導通，在電動機 M 上獲得交變電壓。 圖 21 電壓波形 如果改變功率管導通的周期，即可改變交變電壓的頻率。要求輸出到電動機上的不僅是連續(xù)可調(diào) 的交流電，而且還必須是正弦波電壓。 圖 22 是 SPWM 基本原理，由圖可見，將交流電周期分為若干個時段（等分），各個時段按正弦規(guī)律控制功率管導通與關閉時間。所以在器件允許的情況下，分配的時段要盡量的多。 圖 22 SPWM 原理 脈寬控制方法 設計 的 最高輸出頻率為 60Hz， 若 采用定頻調(diào)寬工作方式，按 60Hz 分配 20 個時段計算， 那么 調(diào)制頻率為 60Hz 20=1200Hz， 則 頻率分辨率為 5Hz。 每個時段的寬度基本上為固定值（周期、調(diào)制頻率固定）： MAX? =100000060 1520 =833?? （ 22） 其各個時段調(diào)制寬度，按正弦規(guī)律，分別為（脈寬可調(diào)）： 833 si n( )( )nnts???? （ 23） 調(diào)制工作 時，要求每個調(diào)制波，都是由中心向兩邊展開，見圖 23 所示。如圖所示，變頻的基本組成有單片機、鍵盤輸入電路、顯示電路、電源信號、整流模塊、變頻調(diào)制模塊、逆變模塊、電機、測速電路等部分。設計選用的單片機 為凌陽 16 位單片機 SPCE061A。 （ 3） 整流模塊：整流部分采用三相橋式不可控整流器 ， 不可控部分由二極管組成，可控部分由可控硅、 MOSFET、 IGBT 等器件組成。 （ 4） 變 頻調(diào)制模塊：變頻部分主要由芯片 SA4828 負責，擔任三相 SPWM 信號的發(fā)生和控制工作。 （ 5） 逆變模塊：逆變器為 IPM，其特點為內(nèi)置了三相交流輸出的 IGBT 逆變電路、 IGBT 的過流保護、 N 側(cè) IGBT 的偶那個值電源欠電壓保護以及 P 側(cè) IGBT 的控制電源欠壓保護。 （ 6） 電機：電機為異步電動機，本設計的變頻器為通用型，所以電機的功率和頻率的調(diào)節(jié)范圍都為常用范圍。 單片機 鍵盤輸入電路 顯示電路 電源信號 整流模塊 變頻調(diào)制模塊 逆變模塊 電機 測速電路 11 （ 8） 鍵盤輸入電路：設計利用 4 4 的矩陣鍵盤來實現(xiàn)參數(shù)的給定，以及人工校準。 12 第 3 章 系統(tǒng)硬件 設計 單片機最小系統(tǒng)電路 SPCE061A 是繼凌陽系列 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一個 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。因此，與 SPCE500A 相比，以μ’ nSP 為核心的 SPCE061A 屬于基礎型的單片機，適用于各種實時控制模塊及數(shù)字語音識別應用領域。其他不用的電源端和地端接上 F的去耦電容提高抗干擾能力。 參數(shù)計算和 整流 元件選擇 大功率開關管 SPWM 正弦脈寬調(diào)制方法的直流利用率為 ，即 / U = 。選擇晶體管模塊 QCA50A— 100A 三塊，作為大功率開關管。 圖 32 QCA50A— 100 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 三相整流橋 整流橋輸入側(cè)電壓為：2 ??，直流側(cè)功率可估算如下： 取電動機的效率為 ，則電動機的輸入功率為1 2 2 0 0 V K W 2 .7 K W0 .8 2P ??。整流二極管最高反壓： 22 6 2 6 1 9 2 V 9 4 0 VRMUU? ? ? ?。 LC濾波器 取 39。22R sx? ，其最大耐壓 26 470VU ? 。 濾波電感在這里主要用來限制電流脈動（ PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問題）和短路電流上升率，按照晶體管三相橋式整流電路限制電流脈動的電感量 算式估計如下（取 10%iS ? ）3322( ) *1 0 0. 8 *1 0 19 2* * m H 12 7 m H2 2 * 3. 14 * 30 0 10 % * 6. 4dmMd I dUUULf S I?? ? ? 考慮到電動機和整流變壓器存在一定的電感量，取實際的串聯(lián)電感為 100mH。 直流側(cè)阻容吸收電路 按照晶體管三相橋式整流電路直流側(cè)組容吸收電路參數(shù)式進行估算： 02 222% * * 100 100700 00 3 * * 3 *19 2cdlI IC K uF uFfU ?? ? ? 2202 23 * 3 * 170% * * lRd URK II ?? ? ? ? ? 其中， 2C 選擇 2:4μFCZJ 系列紙電容。 12,VDVD 選用 2CP1G，額定電流 ，最高耐壓 800V。 變頻調(diào)制模塊 變頻調(diào)制模塊主要部分為單片機 SPCE061A 與 SPWM 波生成調(diào)制芯片 SA4828。輸出調(diào)制頻率范圍為 4KHz，頻率分辨率 16 位；載波頻率最高可達 24KHz，可設定最小脈寬和延遲時間；相輸出是標準的 TTL 輸出，每個相輸出 有 12mA 的驅(qū)動能力。 三相 SPWM 波的產(chǎn)生 SPWM 逆變器的功率器件是工作在開關狀態(tài)。因此，逆變器輸出的電壓是等幅的脈沖序列。通過調(diào)制輸入逆變器波形的頻率和幅值，就可以在功率開關器件中輸出 SPWM 波。但內(nèi)存影響數(shù)字法較大，有時候不能保證系統(tǒng)的精度。微處理器只用很少的時間去控制它，因而有能力進行整個系 統(tǒng)的檢測、保護、控制等。它采用獨立的標準微處理器接口，是一種通用可編程微機的外圍接口芯片。 全數(shù)字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩(wěn)定性； ②工作方式靈活： SA4828 有六個標準的 TTL 電平輸 出，用來驅(qū)動逆變器的六個功率開關器件。 (2)管腳說明 圖 33 SA4828管腳排列 16 ○1 AD0～ AD7 為 8位地址與數(shù)據(jù)復用總線，一般接微處理器的標準總線； ○2 WR、 RD、 ALE 為控制總線，采用 Intel 控制模式， R/WDSAS 采用 Motorola 控制模式， CS為片選輸入； ○3 RPHT、 RPHB、 YPHT、 YPHB、 BPHT、 BPHB 為標準的 TTL 電平輸出端，即 SPWM 驅(qū)動信號。 ○5 SETTRIP為關斷觸發(fā)信號輸入端。單片機的 P0口與 SA4828 端口相連，向 SA4828 發(fā)出不同的控制信號，或是從 SA4828 中讀取數(shù)據(jù)。要使 HEF4752 正常工作，必須提供 4 路時鐘信號和 4個開關信號。這樣剩下的只有 4個控制端了。而電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過調(diào)頻，調(diào)壓實現(xiàn)的。 ,VCT FCTff與 1fU 的關系及低頻補償 考慮到單片 機中 A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率為 10 位，所以頻率指令信號 1fU 用 10 位二進制數(shù)來表示。 當 1f =50Hz 時 ， U1f =1000Hz，F(xiàn)CTf=168000Hz。在 020Hz 范圍內(nèi)，引入低頻補償，以維持磁通恒定。 補償?shù)囊?guī)律如下： 0()11139。0 ( )20vct vct nomf K H z f?? 所以可解得 39。K =12600 是否合適。這個 用來補償定子繞組上的電阻壓降。K =12600，則 18 4 0 0 0 + 1 2 6 0 0336000vct H z ff Hz?? ?? 11 2020f Hzf Hz??