一款基于8098單片機(jī)的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)的研究和開發(fā)引起各國(guó)學(xué)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(diào)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(jī)為控制器、以智能功率模塊IPM為開關(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，而且更改起來靈活方便。

正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)

1、SPWM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。

2、SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法

SPWM波可通過模擬電路、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)通過軟件生成。如何計(jì)算SPWM的開關(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)生器和比較器來實(shí)現(xiàn)；改成數(shù)字控制后，開始時(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“等面積法”實(shí)現(xiàn)SPWM波的生成。SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)組成

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?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/8098">8098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、8098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