第二章 PWM实现技术

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1、第二章第二章 电力电子变频器及电力电子变频器及PWM控制原理控制原理山东大学山东大学 崔纳新崔纳新本 章 提 要n 交交-交变频器交变频器n 交交-直直-交变频器交变频器n PWM控制基础控制基础n PWM控制技术控制技术n 三相三相SPWM专用集成电路(三相专用集成电路(三相SPWM电路实现)电路实现)n 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成n 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统 n 转速闭环转差频率控制的变频调速系统转速闭环转差频率控制的变频调速系统2.5 三相SPWM专用集成电路 SPWM专用集成电路芯片用一片集成电专用集成电路芯片用一片集成电路加

2、上少量的外围器件生成路加上少量的外围器件生成SPWM波形,波形,大大简化了电路和设计成本。大大简化了电路和设计成本。 SA4828SM2001HEF一、SA4828及其应用SA4828是是Mitel公司的一种新型三相公司的一种新型三相SPWM芯片。芯片。 SASA系列(如系列(如SA8281SA8281,SA8282SA8282,SA4828SA4828等)等)PWMPWM波形发生器具有精度高、抗干扰能波形发生器具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点,其中力强、外围电路简单等优点,其中SA4828SA4828主主要用于变频调速、逆变电源及要用于变频调速、逆变电源及UPSUPS等工业领域。

3、等工业领域。SA4828的功能特点 全数字操作 SA4828通过数据总线连接到微处理器/微控制器,SPWM波形生成采用全数字化规则采样方式,避免了模拟电路中存在的漂移问题,使它的脉冲具有很高的精确性和稳定性。工作频率范围宽 三角载波频率最高频率可达24kHz,输出调制波频率范围可达4kHz,分辨率达到16位。 SA4828的功能特点的功能特点 工作方式灵活 6路PWM输出管脚均具有12mA的驱动能力,可直接驱动用于隔离的光电耦合器件。 其工作参数,如载波频率、调制波频率范围、脉冲延迟时间等,可由微处理器以向其写入控制字的方式方便地确定或修改,不需外加任何电路。SA4828的功能特点 ROMRO

4、M内置波形内置波形 调制波形以数字形式存储在片内调制波形以数字形式存储在片内ROMROM上,采用上,采用异步异步调制方式调制方式。三种三种SPWM波形输出波形输出 1)标准正弦波标准正弦波2)增强型波形增强型波形:通过采用谐波注入技术使逆变器直:通过采用谐波注入技术使逆变器直流电压得到充分利用;流电压得到充分利用;3)高效型波形高效型波形:又称带死区的增强波形,它可以节:又称带死区的增强波形,它可以节省省33的开关损耗。的开关损耗。SA4828的内部结构、引脚说明的内部结构、引脚说明 SA4828主要由三部分构成:主要由三部分构成: 接收并存储微处理器命令(控制字)。主要由接收并存储微处理器命

5、令(控制字)。主要由总线控制,总线译码,暂存器总线控制,总线译码,暂存器R0R5,虚拟寄,虚拟寄存器存器R14、R15及及48位初始化寄存器和位初始化寄存器和48位控制位控制寄存器组成;寄存器组成; 读取波形部分。由地址发生器和片内波形读取波形部分。由地址发生器和片内波形ROM组成;组成; 三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。组成。2.5 三相三相SPWM专用集成电路专用集成电路 v 引脚说明:引脚说明: MUX:总线选择。用来区分多总线选择。用来区分多路和非多

6、路总线。数据总线模路和非多路总线。数据总线模式可以分为两种:多路复用的式可以分为两种:多路复用的地址地址/数据总线或者分别的地址数据总线或者分别的地址和数据总线。和数据总线。 RS:用于在非多路总线模式中用于在非多路总线模式中定义输入字节是地址(定义输入字节是地址(“0”)还是数据(还是数据(“1”),这时它一),这时它一般被连接到一条地址线上。般被连接到一条地址线上。 在在多路模式中,它被内置为高电多路模式中,它被内置为高电平。平。SA4828的功能特点的功能特点 v SET TRIPSET TRIP:封锁控制,高有:封锁控制,高有效效 。高电平启动输出封锁锁存,高电平启动输出封锁锁存,使使

7、 输出和六个输出和六个PWM输出输出立即锁定为低。立即锁定为低。 当不用当不用SET TRIP时,必须将其时,必须将其保持在低电平,不能悬浮。保持在低电平,不能悬浮。 TRIPSA4828各引脚功能各引脚功能 指示输出封锁锁存器的状态,低电平有效。指示输出封锁锁存器的状态,低电平有效。 RPHTRPHT :红色相(上功率开关)红色相(上功率开关) YPHTYPHT:黄色相(上功率开关)黄色相(上功率开关) BPHTBPHT:蓝色相(上功率开关):蓝色相(上功率开关) RPHBRPHB:红色相(下功率开关):红色相(下功率开关) YPHBYPHB:黄色相(下功率开关):黄色相(下功率开关) BP

8、HBBPHB:蓝色相(下功率开关):蓝色相(下功率开关)TRIPSA4828的功能特点的功能特点v 初始化寄存器的设置初始化寄存器的设置 在工作之前,首先需要向初始化寄存器写入命令字,在工作之前,首先需要向初始化寄存器写入命令字,来设定与电机和逆变器有关的基本参数来设定与电机和逆变器有关的基本参数 。包括包括载波频载波频率、调制波频率范围、脉冲延迟时间、最小删除脉宽、率、调制波频率范围、脉冲延迟时间、最小删除脉宽、电源波形选择、幅值控制、看门狗时间常数等电源波形选择、幅值控制、看门狗时间常数等。 初始化寄存器是一个初始化寄存器是一个4848位的寄存器,各命令字需要位的寄存器,各命令字需要先写入

9、先写入6 6个暂存器(个暂存器(R0R0R5R5),然后再同时传送给初),然后再同时传送给初始化寄存器。始化寄存器。 初始化寄存器的设置v(1 1)载波频率设定(载波频率设定(CFS):): 设定字由设定字由CFS0CFS2三位组成。载波频率给出如下:三位组成。载波频率给出如下: =(2-29)CARRf1CLK2512nf由上式求出由上式求出n值,值,n值的二进制数即为载波值的二进制数即为载波频率设定字。频率设定字。 初始化寄存器的设置v(2)调制波频率范围()调制波频率范围(FRS)。)。 调制波频率范围设定字由调制波频率范围设定字由FRS0FRS2三位组三位组成。计算如下:成。计算如下:

10、 (2-30)RANGEf3842CARRmf由上式求得由上式求得m值。值。m值的二进制数即为电源值的二进制数即为电源频率范围设定字。频率范围设定字。 初始化寄存器的设置v(3 3)脉冲延迟时间的设定()脉冲延迟时间的设定(PDY) 该设定字是由该设定字是由PDY0PDY5六位组成。脉冲延迟六位组成。脉冲延迟时间给出如下:时间给出如下: pdyt512PDY63CARRf由上式求得由上式求得PDY值。它的二进制数即是脉冲延值。它的二进制数即是脉冲延迟时间设定字。迟时间设定字。 初始化寄存器的设置v(4)最小脉宽删除时间()最小脉宽删除时间(PDT)。)。 最小删除脉宽设定字是由最小删除脉宽设定

11、字是由PDT0PDT6七位组成。七位组成。最小脉冲删除时间给出如下:最小脉冲删除时间给出如下:pdt512PDT127CARRf 由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后,由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后,故输出的故输出的PWM脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲取消时间窄。脉冲取消时间窄。 初始化寄存器的设置v (5)波形选择字。)波形选择字。 SA4828内部有三种可选的调制内部有三种可选的调制波形。波形选择字由波形。波形选择字由WS0、WS1两位组成,可以通过表两位组成,可以通过表2-12来进来进行选择。行选择。 图2-36 SA4828内部调制波形正弦波正弦波增

12、强型增强型高效型高效型f(t)f(t)f(t)AA01800180360180036036060 12060120240 300240 300WS1WS0波形波形00正弦波(默认)正弦波(默认)01增强型增强型10高效型(减少开关损耗)高效型(减少开关损耗)11保留保留初始化寄存器的设置v(6)幅值控制位()幅值控制位(AC)当当AC0时,控制寄存器中的红相位可控制所有时,控制寄存器中的红相位可控制所有三相的幅值。三相的幅值。当当AC1时,控制寄存器中的红、黄、蓝相位分时,控制寄存器中的红、黄、蓝相位分别控制各自的幅值。别控制各自的幅值。 初始化寄存器的设置v(7)看门狗时间常数的设定()看门

13、狗时间常数的设定(WD)。时间)。时间常数由常数由WD0WDl5共十六位组成,定时时间共十六位组成,定时时间由如下公式给出:由如下公式给出: v如果用如果用25MHz主频时,时间常数范围为主频时,时间常数范围为41s- -268s。控制寄存器的。控制寄存器的WTE位可以控制看门狗位可以控制看门狗有效或无效。有效或无效。 CLKwd1024TIMSA4828控制寄存器编程,包括控制寄存器编程,包括 调制波频率选择调制波频率选择 调制波调制波幅值选择幅值选择 正反转选择正反转选择 计数器复位控制计数器复位控制 看门狗选择看门狗选择 软复位控制软复位控制 SA4828典型应用2.5 三相三相SPWM

14、专用集成电路专用集成电路 SM2001及其应用及其应用 SM2001是是深圳国微电子开发的可产生三相开发的可产生三相正弦正弦PWM驱动波形的大驱动波形的大规模集成电路芯片。规模集成电路芯片。 普通正弦波和高效电普通正弦波和高效电机驱动波两种波形机驱动波两种波形可供可供选择。选择。 SM2001RSTCSCKDAOEINTWVSVDDVDDUTVTWTUBWBCLKGNDVBGND图图2-38 SM2001引脚分布图引脚分布图2.5 三相三相SPWM专用集成电路专用集成电路特点特点 l 全数字化电路。全数字化电路。 l l 内部带两套波形发生器,可产生标准正弦波和用于交内部带两套波形发生器,可产

15、生标准正弦波和用于交流电机控制的高效准正弦波。流电机控制的高效准正弦波。 l l 自动产生三相自动产生三相PWM调制波形,频率范围从调制波形,频率范围从0到到200Hz。 l l l l 载波频率可多级选择,最高可达载波频率可多级选择,最高可达38kHz。 l l 可选择死区时间和窄脉冲时间,范围从可选择死区时间和窄脉冲时间,范围从0.05 S25.6 S。 l l 采用高速三线同步串行接口,通讯速度可达到采用高速三线同步串行接口,通讯速度可达到1 MHz。 l l 通过通过MCU进行参数化控制,占用进行参数化控制,占用MCU的资源极小。的资源极小。 l l 驱动电流达驱动电流达20mA,可直

16、接驱动光耦。,可直接驱动光耦。 SM2001及其应用vCKCK:串口时钟,上:串口时钟,上升沿锁入数据升沿锁入数据vDADA:串口数据:串口数据vOEOE:输出控制,为:输出控制,为高允许高允许PWMPWM输出输出vINTINT:异常中断,:异常中断,下降沿触发下降沿触发vWVSWVS:内部波形选:内部波形选择,高效择,高效/ /普通普通SM2001RSTCSCKDAOEINTWVSVDDVDDUTVTWTUBWBCLKGNDVBGND图图2-38 SM2001引脚分布图引脚分布图SM2001及其应用 SM2001可广泛用于交流异步可广泛用于交流异步电机的变频驱动,如变频空调、变电机的变频驱动

17、,如变频空调、变频冰箱和变频洗衣机的控制驱动,频冰箱和变频洗衣机的控制驱动,各类工业水泵、风机的变频驱动,各类工业水泵、风机的变频驱动,各类不间断逆变电源(各类不间断逆变电源(UPS)等。)等。 第第2章章n 交交-交变频器交变频器n 交交-直直-交变频器交变频器n PWM控制基础控制基础n PWM控制技术控制技术n 三相三相SPWM专用集成电路专用集成电路n 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成n 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统 n 转速闭环转差频率控制的变频调速系统转速闭环转差频率控制的变频调速系统2.6 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号

18、生成信号生成 v 一般而言,一般而言,PWM算法占用较多算法占用较多CPU时间,时间,若用软件直接生成若用软件直接生成PWM信号,需要采用多字信号,需要采用多字长、运算速度高的微处理器来实现高质量的信长、运算速度高的微处理器来实现高质量的信号输出。本节介绍两种高性能微处理器的号输出。本节介绍两种高性能微处理器的PWM信号生成方法:信号生成方法: 80C196MC单片机单片机 TMS320F2407A/2.6.1 80C196MC单片机生成单片机生成SPWM波形波形 80C196MC是是Intel公司专为三相电机变频调公司专为三相电机变频调速设计的速设计的16位单片机。位单片机。 地址和数据总线

19、都为地址和数据总线都为16位位 晶振频率可达晶振频率可达16M 有有64K字节的程序存贮器和数据存贮器空间字节的程序存贮器和数据存贮器空间 片内包括片内包括512字节的字节的RAM,160字节的特殊功字节的特殊功能寄存器组能寄存器组 13路模拟输入通道,路模拟输入通道,2个个16位定时器位定时器 1个三相波形发生器(个三相波形发生器(WFG)2.6.1 80C196MC单片机生成单片机生成SPWM波形波形v三相三相SPWM波形是由波形是由U、V、W三个单相三个单相SPWM波形发生器生成。波形发生器生成。 图图2-41 SPWM波形输出示意图波形输出示意图外 部 中外 部 中断断保 护 请保 护

20、 请求求外 部 中 断 输外 部 中 断 输入入各载波周各载波周期期中断请求中断请求U+tdtdU -td三角波发生三角波发生U相脉冲相脉冲比较及生成比较及生成脉宽值设定脉宽值设定死区时间死区时间发生器发生器死区互锁,脉死区互锁,脉冲分配与输出冲分配与输出方式控制方式控制保护电路保护电路 三相互补三相互补SPWM波发生器可通过波发生器可通过P6口直口直接输出六路接输出六路SPWM信号,每路驱动电流可达信号,每路驱动电流可达20mA。 事件处理阵列事件处理阵列EPA有两个有两个16位双向定时位双向定时/计数器计数器T1和和T2,其中,其中T1可工作在晶振时钟模式,可工作在晶振时钟模式,用于直接处

21、理光电码盘输出的两路相位移为用于直接处理光电码盘输出的两路相位移为90的脉冲信号,这在速度闭环变频调速系统的脉冲信号,这在速度闭环变频调速系统中非常有用。中非常有用。 2.6.1 80C196MC单片机生成单片机生成SPWM波形波形2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM TMS320LF2407A DSP芯片是芯片是TI公司推出的公司推出的16位定点数字信号处理芯片。位定点数字信号处理芯片。 主要特点如下:主要特点如下:(1)两个可用于电动机控制的事件管理器,每一个)两个可用于电动机控制的事件管理器,每一个都包含:都包含:2个个16位通用定时器;位通用定时器;8个个1

22、6位脉宽调制位脉宽调制输出通道;输出通道;1个能够快速封锁输出的外部引脚;能个能够快速封锁输出的外部引脚;能防止上下桥臂直通的可编程死区功能;防止上下桥臂直通的可编程死区功能;1个增量式个增量式光电位置编码器接口。光电位置编码器接口。v(2)采用了高性能静态)采用了高性能静态CMOS技术,使供电技术,使供电电压降为电压降为3.3V,减少了控制器功耗;,减少了控制器功耗;40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到的执行速度使得指令周期缩短到25ns,提高,提高了控制器的实时控制能力。了控制器的实时控制能力。v(3)片内有)片内有32K字的字的Flash程序存储器,程序存储器,2.5K字的数据字的数

23、据/程序程序RAM。v(4)看门狗定时器()看门狗定时器(WDT)模块,保证系)模块,保证系统的可靠性。统的可靠性。 2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv(5)可扩展)可扩展192K字的外部存储器,分别为字的外部存储器,分别为64K字程序存储器,字程序存储器,64K字数据存储器和字数据存储器和64K字字I/O寻址空间。寻址空间。v(6)10位位ADC转换器最小转换时间为转换器最小转换时间为375ns。v(7)CAN总线控制器可以为控制器、传感器、总线控制器可以为控制器、传感器、激励源以及其它节点提供良好的通讯。激励源以及其它节点提供良好的通讯。v(8)5个外部中断

24、(两个驱动保护、两个可屏个外部中断(两个驱动保护、两个可屏蔽中断和复位)。蔽中断和复位)。2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv 基于基于TMS320LF2407A实现实现SVPWM 首先确定参考输出电压矢量所在的首先确定参考输出电压矢量所在的扇区扇区。 若参考输出电压矢量以幅值和相角若参考输出电压矢量以幅值和相角的形式给出,其所在的扇区可直接由的形式给出,其所在的扇区可直接由相角求出;相角求出; 若参考电压输出以矢量形式给出,若参考电压输出以矢量形式给出,如输出电压所在扇区由如输出电压所在扇区由 - 坐标中的内坐标中的内部电流控制环得出,则可以采用下列部电流控制环

25、得出,则可以采用下列算法决定电压矢量所在扇区。算法决定电压矢量所在扇区。 u3(010) u4(011)u6(101)u1(100)u5(001) u0(000)u7(111)t1t2Uoutu2(110)2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv第一步,第一步,根据以下各式计算参考值根据以下各式计算参考值Uref1、Uref2和和Uref3: ref1UUref2321UUUref3321UUU其中,其中,U 和和U 是三是三相相ABC坐标系中的相电压转坐标系中的相电压转换到换到平面直角坐标系中的分量。平面直角坐标系中的分量。u3(010) u4(011)u6(101

26、)u1(100)u5(001) u0(000)u7(111)t1t2Uoutu2(110)2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv第二步,第二步,计算计算N:)(sign4)(sign2)(signref3ref2ref1UUUN式中,式中,sign(x)是符号函数。是符号函数。第三步第三步,参照表,参照表2-15根据根据N数值可以数值可以得到得到Uout所在的扇区。所在的扇区。 表表2-15 由由N确定扇区值确定扇区值N123456扇区IIVIIIVIIIVu3(010) u4(011)u6(101)u1(100)u5(001) u0(000)u7(111)t1t2

27、Uoutu2(110)2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv1 1采用软件方法实现采用软件方法实现SVPWMSVPWM 根据不同的零矢量使用方法,可产生根据不同的零矢量使用方法,可产生多种电压空间矢量多种电压空间矢量PWMPWM波形。一般的选择波形。一般的选择原则是:原则是:尽可能使功率开关管的开关次数尽可能使功率开关管的开关次数最少;任意一次电压空间矢量的变化只能最少;任意一次电压空间矢量的变化只能有一个桥臂的开关管动作。有一个桥臂的开关管动作。v 目前最流行的是对称七段式的电压空目前最流行的是对称七段式的电压空间矢量间矢量PWMPWM。t0/4t1/2t2/2t

28、0/2t2/2t1/2t0/4(000)(110)(000)(111)(110)u0u1u1u7u2(100)u0u2(100)(a) I扇区扇区U3(010) U4(011)U6(101)U1(100)U5(001) u0(000)u7(111)t1t2UoutU2(110)v对称七段式的电压空间矢量对称七段式的电压空间矢量PWMPWM由三段零矢量和四段相邻的由三段零矢量和四段相邻的两个非零矢量组成两个非零矢量组成. .2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM2.6.2 TMS320LF2407A DSP

29、实现实现SVPWMv具体步骤:具体步骤: 1) 初始化比较单元和用作产生对称初始化比较单元和用作产生对称PWM的通用定时器:配置各控制寄存器,的通用定时器:配置各控制寄存器,确定确定PWM输出口、输出口、PWM输出方式;死输出方式;死区时间;区时间;PWM周期和波形占空比等。周期和波形占空比等。 2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv2)根据查表决定触发通道的顺序以及根据根据查表决定触发通道的顺序以及根据Uout所在扇区配置比较寄存器;所在扇区配置比较寄存器;v根据电压幅值和相角或根据电压幅值和相角或U 和和U 计算确定计算确定扇区扇区号;然后配置比较寄存器,将号;

30、然后配置比较寄存器,将0.25t0写入全比写入全比较寄存器较寄存器1(CMPR1),将),将0.25t0+0.5t1写入写入全 比 较 寄 存 器全 比 较 寄 存 器 2 ( C M P R 2 ) , 将) , 将0.25t0+0.5t1+0.5t2写入全比较寄存器写入全比较寄存器3(CMPR3)。)。 2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM2采用硬件方法实现采用硬件方法实现SVPWM 基 于基 于 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 AT M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A 硬 件 产 生硬 件 产 生SVPWMSVPWM时需要首先应用软

31、件产生时需要首先应用软件产生U Uoutout,并,并且且确定确定U Uoutout所在的扇区所在的扇区,然后求解每个,然后求解每个PWMPWM周期中的周期中的t t1 1和和t t2 2。v 对于每个对于每个PWMPWM周期在软件上需完成如周期在软件上需完成如下步骤:下步骤: 2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv(1)将基本空间矢量对应的二进制位调入)将基本空间矢量对应的二进制位调入全比较动作全比较动作控制寄存器(控制寄存器(ACTR)第第12-14位,旋转方向控制位(位,旋转方向控制位(SVR DIR)为其第)为其第15位,该位中位,该位中“0”代表逆时针方向

32、;代表逆时针方向;“1”代表顺时针方向。代表顺时针方向。 v( 2 ) 将) 将 0 . 5 t1调 入调 入 全 比 较 寄 存 器全 比 较 寄 存 器 1(CMPR1);将;将0.5t1+0.5t2调入全比较寄调入全比较寄存器存器2(CMPR2)。)。 2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWM 图图2-46给出了采用给出了采用TMS320LF2407A硬件模块硬件模块的两种实现对称开关方式的两种实现对称开关方式SVPWM的各个扇区的的各个扇区的开关情况。相比软件生成的方法,这种开关方案开关情况。相比软件生成的方法,这种开关方案具有以下特点:具有以下特点: (1)从

33、开关方案示意图上来看,这是一种五)从开关方案示意图上来看,这是一种五段式的段式的SVPWM波形。波形。在一个完整的在一个完整的PWM周期中,周期中,总有一个通道的开关状态保持不变,总有一个通道的开关状态保持不变,因此在这种因此在这种控制方案中功率器件的开关次数少于由软件决定控制方案中功率器件的开关次数少于由软件决定开关模式的次数,开关模式的次数,降低了系统的开关损耗降低了系统的开关损耗。2.6.2 TMS320LF2407A DSP实现实现SVPWMv(2)为了防止同一个桥臂上功率开关管的直)为了防止同一个桥臂上功率开关管的直通问题,通常在同一桥臂上的两只功率开关器通问题,通常在同一桥臂上的两

34、只功率开关器件件PWM驱动信号中加入一定的死区。驱动信号中加入一定的死区。由于硬由于硬件实现的件实现的SVPWM会有某一桥臂在整个扇区内会有某一桥臂在整个扇区内开关状态都保持不变,则死区效应在该相不存开关状态都保持不变,则死区效应在该相不存在,从而导致三相在,从而导致三相PWM输出不平衡,造成逆输出不平衡,造成逆变器的输出电压中存在一定的谐波变器的输出电压中存在一定的谐波。 2.6 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成v小结:小结: 比较软件及硬件实现两种方法,采用硬件比较软件及硬件实现两种方法,采用硬件方法所用的方法所用的CPUCPU开销(执行的指令周期)少,开销(执行的指令

35、周期)少,占用的内存少,一个占用的内存少,一个PWMPWM周期内开关次数少,周期内开关次数少,即开关损耗小。但是,即开关损耗小。但是,硬件法存在死区不平硬件法存在死区不平衡效应衡效应,应用时可根据系统要求选择合适的,应用时可根据系统要求选择合适的实现方式。实现方式。 第二章第二章n 交交-交变频器交变频器n 交交-直直-交变频器交变频器n PWM控制基础控制基础n PWM控制技术控制技术n 三相三相SPWM专用集成电路专用集成电路n 单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成n 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统 n 转速闭环转差频率控制的变频调速系统转速闭环

36、转差频率控制的变频调速系统2. 7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统 异步电机的动态数学模型复杂,好在不少机异步电机的动态数学模型复杂,好在不少机械负载,例如风机和水泵,并不需要很高的动态械负载,例如风机和水泵,并不需要很高的动态性能,只要在一定范围内能实现高效率的调速就性能,只要在一定范围内能实现高效率的调速就行,因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制行,因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。系统。 为了实现电压为了实现电压-频率协调控制,可以采用频率协调控制,可以采用转速转速开环恒压频比带低频电压补偿开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案,这就的控制方案,这就

37、是常用的通用变频器控制系统。是常用的通用变频器控制系统。2. 7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统v概述概述 现代通用变频器大都是采用二极管整现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件流和由快速全控开关器件 IGBT 或功率模或功率模块块IPM 组成的组成的PWM逆变器,构成交逆变器,构成交-直直-交交电压源型变压变频器,已经占领了全世界电压源型变压变频器,已经占领了全世界0.5600kW 中、小容量变频调速装置的绝中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。大部分市场。2. 7 转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统所谓所谓“通用通用”,包

38、含着两方面的含义:,包含着两方面的含义:(1)可以和通用的笼型异步电机配套使用;)可以和通用的笼型异步电机配套使用;(2)具有多种可供选择的功能,适用于各种)具有多种可供选择的功能,适用于各种不同性质的负载。不同性质的负载。v系统介绍系统介绍 下图绘出了一种典型的数字控制通用变数字控制通用变频器频器-异步电动机调速系统异步电动机调速系统原理图。1. 系统组成系统组成M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测中央处理器显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR1. 系统组成系统组成u泵升限制电路泵升限制电路由于二极管整流器不能为异由于二极管整流器不能为异步电

39、机的再生制动提供反向电流的通路,所以步电机的再生制动提供反向电流的通路,所以除特殊情况外,通用变频器一般都用电阻吸收除特殊情况外,通用变频器一般都用电阻吸收制动能量。减速制动时,异步电机进入发电状制动能量。减速制动时,异步电机进入发电状态,首先通过逆变器的续流二极管向电容态,首先通过逆变器的续流二极管向电容C充充电,当中间直流回路的电压(通称泵升电压)电,当中间直流回路的电压(通称泵升电压)升高到一定的限制值时,通过泵升限制电路使升高到一定的限制值时,通过泵升限制电路使开关器件导通,将电机释放的动能消耗在制动开关器件导通,将电机释放的动能消耗在制动电阻上。电阻上。1. 系统组成系统组成u进线电

40、抗器进线电抗器 二极管整流器虽然是全波整流装置,二极管整流器虽然是全波整流装置,但由于其输出端有滤波电容存在,因此输入电流但由于其输出端有滤波电容存在,因此输入电流呈脉冲波形。呈脉冲波形。1. 系统组成系统组成 这样的电流波形具有较大的谐波分量,这样的电流波形具有较大的谐波分量,使电源受到污染。使电源受到污染。 为了抑制谐波电流,对于容量较大的为了抑制谐波电流,对于容量较大的PWM变频器,都应在输入端设有进线电抗变频器,都应在输入端设有进线电抗器,有时也可以在整流器和电容器之间串器,有时也可以在整流器和电容器之间串接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不平衡对变频器的影响。平衡对变频器的影响。E2PROM电源监电源监控控键盘键盘显示显示信号信号输出输出时钟电路时钟电路检测检测信号信号信号调信号调理理充电继电器充电继电器模拟模拟信号信号外部外部中断中断

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