變頻電源設(shè)計(jì)：整流、驅(qū)動(dòng)、逆變、濾波模塊詳述

　　理想的二階低通濾波器的傳遞函數(shù)為：

　　式中：ui (s)，uo (s)為濾波器輸入、輸出電壓;s為復(fù)頻率;ξ為阻尼系數(shù);固有角頻率ω0 = 1 LC.

　　為了使濾波器輸出電壓接近正弦波，同時(shí)又不會(huì)引起諧振，LC濾波器的截止頻率必須要遠(yuǎn)小于SPWM電壓中所含有的最低次諧波頻率，同時(shí)又要遠(yuǎn)大于調(diào)制波頻率。文獻(xiàn)推薦PWM逆變器中的LC截止頻率f0的選擇最好滿足：

　　式中：fr為調(diào)制波頻率;fc為載波頻率;fhar(min)為最低次諧波頻率。

　　LC濾波器的諧振頻率是由L和C的乘積所決定的。在最初選擇濾波器的參數(shù)時(shí)，一般先根據(jù)濾波器衰減特性選擇濾波器的類型，如巴特沃斯型濾波器、切比雪夫型濾波器或貝塞爾型濾波器。由于巴特沃斯型濾波器是一種具有最大平坦響應(yīng)的濾波器，仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)試特性較為接近，因此本文采用巴特沃斯型二階低通濾波器。

　　2軟件設(shè)計(jì)

　　變頻電源的軟件設(shè)計(jì)即變頻電源中控制電壓與頻率的軟件編程，本文通過SPWM波來控制變頻電源的電壓和頻率，其中SPWM波形的產(chǎn)生通過TMS320F2812芯片實(shí)現(xiàn)。變頻電源的整個(gè)軟件程序分為主程序和中斷服務(wù)子程序兩部分。主程序任務(wù)是：初始化并啟動(dòng)系統(tǒng)后，進(jìn)入while循環(huán)，等待定時(shí)器T1周期中斷的產(chǎn)生。程序流程圖如圖7所示。

　　中斷子程序是定時(shí)器T1周期中斷函數(shù)，主要功能是更新比較寄存器的值。中斷程序中比較寄存器的賦值通過查表法來實(shí)現(xiàn)，查表法的原理是預(yù)先計(jì)算出每個(gè)載波周期中各個(gè)采樣點(diǎn)處的比較寄存器的值，以數(shù)組的形式存儲(chǔ)起來，在中斷程序中直接調(diào)用數(shù)組。

　　圖7主程序流程圖

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1整流模塊實(shí)際電路運(yùn)行波形圖

　　將經(jīng)過380 V -18 V三相變壓器的電壓送入到三相橋式整流電路的輸入端，經(jīng)過濾波器濾波后，測(cè)得整流的電壓如圖8所示。

　　圖8整流電路波形圖

　　由圖8可得，電壓為直流，每個(gè)小格是10 V，這樣電壓值大約為24 V.由于本設(shè)計(jì)中使用的三相變壓器是380 V-18 V，即變頻電源的整流輸入端交流電的線電壓有效值為18 V，所以其相電壓有效值為18/√3 =10.4 V，根據(jù)式(2)計(jì)算，理論上整流之后電壓值應(yīng)為24 V.由此可得，本實(shí)驗(yàn)電路運(yùn)行結(jié)果與理論值一致。

　　3.2逆變模塊實(shí)際電路運(yùn)行波形圖

　　根據(jù)上面的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，將編好的程序下載到DSP里運(yùn)行，產(chǎn)生出六路SPWM波后送入到變頻電源的兩級(jí)三極管隔離放大電路的輸入端，經(jīng)過放大之后送到驅(qū)動(dòng)IR2130的輸入端;從IR2130出來之后驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路，經(jīng)過三相橋式逆變電路和LC濾波器之后，三相負(fù)載的相電壓波形圖如圖9所示。

　　由圖9可得，三相電壓均為交流電，相位依次相差120°，每個(gè)小格是10 V，這樣負(fù)載相電壓幅值大約為9.6 V.根據(jù)式(2)，當(dāng)調(diào)制度為0.8，直流電壓為24 V時(shí)，逆變之后線電壓應(yīng)為16.6 V，即負(fù)載相電壓應(yīng)為16.6/√3 =9.6 V.所得結(jié)果與理論值一致。此外，由圖9還可得三相交流電壓周期大約為0.017 s，即頻率為60 Hz，這與程序里設(shè)置的值一致。

　　圖9變頻電源三相負(fù)載相電壓波形圖

　　4結(jié)語

　　本文主要對(duì)變頻調(diào)壓電源的硬件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，在變頻電源的硬件方面，研究了變頻電源的結(jié)構(gòu)組成，對(duì)變頻電源的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)各個(gè)模塊參數(shù)的選擇給出了詳細(xì)的計(jì)算過程;同時(shí)給出了系統(tǒng)的軟件流程以及SPWM的生成方法;最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與自行設(shè)置的值進(jìn)行對(duì)比，基本保持一致。由于時(shí)間有限，系統(tǒng)還存在許多不足的地方，有待改善，例如變頻電源系統(tǒng)沒有反饋，其輸出的電壓幅值和頻率大小是由軟件編程來控制的，即是人為控制的。因此，在后續(xù)的研究中可搭建一個(gè)帶有反饋的變頻電源系統(tǒng)，根據(jù)輸出的電壓和頻率自動(dòng)調(diào)整逆變模塊SPWM波的參數(shù)，以使輸出的電壓和頻率穩(wěn)定。