一款基于8098單片機的SPWM變頻調速系統(tǒng)設計

目前，高性能的交流調速系統(tǒng)的研究和開發(fā)引起各國學者的高度重視，并得到越來越深入的研究。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整系統(tǒng)性能好壞的直接因素。本文研究了一種以8098單片機為控制器、以智能功率模塊IPM為開關器件的變頻調速系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響：其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來靈活方便。

正弦波脈寬調制(SPWM)技術

1、SPWM控制技術原理

由于PWM變換器具有功率因數(shù)高、可同時實現(xiàn)變頻變壓及抵制諧波的特點，因此在交流傳動及其他能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應用。最常用的PWM技術為正弦波脈寬調制技術，即SPWM控制技術。

SPWM控制技術原理如圖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制波，當調制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調制波的半個周期內(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，每一個矩形波的面積與相應位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。

采用SPWM控制技術的顯著優(yōu)點是：由于電動機的繞組具有電感性，因此，盡管電壓是由一系列的脈沖構成的，但通入電動機的電流卻十分逼近正弦波。

2、SPWM波的實現(xiàn)方法

SPWM波可通過模擬電路、數(shù)字電路或專用集成芯片等硬件電路實現(xiàn)，也可用微型計算機通過軟件生成。如何計算SPWM的開關點，是SPWM信號生成的一個難點，也是當前人們研究的一個熱門課題。生成SPWM波的方法有多種，但其目標只有一個，盡量減少逆變器的輸出諧波分量和計算機的工作量，使計算機能更好地完成實時控制任務。在模擬電子電路中，SPWM波的實現(xiàn)方法采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來實現(xiàn)；改成數(shù)字控制后，開始時只是把同樣的方法數(shù)字化，稱作“自然采樣法”。自然采樣法的運算比較復雜，在工程上更實用的是簡化后的“規(guī)則采樣法”。文中采用8098單片機通過“等面積法”實現(xiàn)SPWM波的生成。SPWM變頻調速系統(tǒng)組成

1、系統(tǒng)總體組成框圖

為了使變頻調速系統(tǒng)獲得較為理想的靜、動態(tài)特性，同時，系統(tǒng)的組成又不至于太復雜，采用轉差頻率控制方式，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構成。絕緣柵雙極晶體管屬于第二代自關斷器件，它綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，由它構成的功率變換器線路簡單，控制方便，輸出電壓紋波小，是當前最有應用前景電力電子器件。驅動電路采用高速型EXB850驅動模塊?？刂齐娐酚?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/8098">8098單片機實現(xiàn)SPWM波的生成，M/T高精度測速及閉環(huán)控制。

2、8098控制系統(tǒng)組成

8098單片機具有豐富的硬件資源，除具備一般單片機具有的中斷系統(tǒng)、定時計數(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，軟件定時器，片內(nèi)數(shù)據(jù)轉換A/D及D/A等;具有較強的軟件處理能力及較高的運算處理速度，很適合作為高性能交流變頻調速系統(tǒng)的SPWM 生成與輸出、調節(jié)器運算和數(shù)據(jù)處理用的核心器件使用。實現(xiàn)SPWM變頻調速的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、地址鎖存器74LS373、外部8KEPROM2764、用于擴展輸入/輸出接口芯片8279、鍵盤和顯示器、地址譯碼器74LS138和SPWM波的反相及延時電路等組成。其中8098的最小系統(tǒng)完成SPWM的生成、M/T測速及閉環(huán)控制，并在最小系統(tǒng)的基礎上利用 8279擴展了鍵