用于單相電機(jī)調(diào)速的單片PWM控制技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數(shù):636

薛英杰　謝運(yùn)祥等

1 引言

　　隨著家用電器產(chǎn)品變頻技術(shù)的發(fā)展，單相電機(jī)的變頻調(diào)速已成為一種可行的方法，在這種調(diào) 速系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制(pwm)技術(shù)仍然是提高調(diào)速性能的主要手段^{［1，2，3］}。雖然pwm技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法很多^［4］，然而，為了降低產(chǎn)品的制造成本，采用微機(jī)控制軟件實(shí) 現(xiàn)pwm控制具有成本低、調(diào)制方式靈活等特點(diǎn)，比較適合于家用電器產(chǎn)品的要求。本文針對洗衣機(jī)電機(jī)的調(diào)速要求，提出了采用直接pwm(dpwm)軟件計(jì)算的方法，并在avr系列單片機(jī)at 90c8535上實(shí)現(xiàn)，該方法可以很容易地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒v/f比調(diào)速，其pwm算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，是一種較為實(shí)用的方法。

2 直接pwm技術(shù)的算法

　　常用pwm技術(shù)的基本原理是利用高頻載波與控制波進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)制的pwm波。為滿足逆變電源的需要，減小輸出電壓的諧波含量，載波信號采用對稱的三角波實(shí)現(xiàn)pwm 輸出波形的對稱雙邊調(diào)制，使輸出電壓不含偶次諧波。

　　用軟件產(chǎn)生pwm波形的算法有很多方法，如：采樣spwm法、均值pwm法、直接pwm法等，其中spwm法有三種不同形式：對稱規(guī)則采樣spwm、非對稱規(guī)則采樣spwm、平均對稱規(guī)則采樣spwm，以平均對稱規(guī)則采樣spwm的算法簡單，應(yīng)用較為廣泛。spwm的主要缺點(diǎn)就是電源電壓利用率不夠高，即輸出電壓不高。均值pwm法的基本思想是根據(jù)等面積pwm控制方式的原理，選擇最佳脈沖中心線位置，使得其pwm波形的諧波成分量小，均值pwm法具有微機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單方便的優(yōu)點(diǎn)，且對各次諧波的抑制均有很好的效果。直接pwm法與均值pwm法類似，也是使相同時(shí) 間間隔內(nèi)的pwm波的面積與調(diào)制波的面積相等，其主要的優(yōu)點(diǎn)是，在調(diào)制比固定時(shí)，控制規(guī)律正比于調(diào)制深度而反比于輸出頻率，特別使用于電機(jī)的控制，因此本文選擇直接pwm法。 

　　直接pwm法的調(diào)制原理如圖1所示，假定一個(gè)周期內(nèi)pwm波的脈沖數(shù)(即載波比)為2n，將參考正弦波u_msin ωt的整個(gè)周期t分為2n等份，則每個(gè)區(qū)間的長度(即載波周期)為ts=t/2n，在第i個(gè)區(qū)間正弦波的面積為：

　　設(shè)輸出pwm波的幅值為e，若采用單極性調(diào)制，則第i個(gè)區(qū)間內(nèi)的pwm波形所圍面積為：

　　　　

　　若采用雙極性調(diào)制，則第i個(gè)區(qū)間內(nèi)的pwm波形所圍面積為：

　　式中，t_pi為脈沖的寬度，考慮到有ts=t_pi+2t_g_i，令s_r_i=s_pi，由式(1)和式(2)整理可得：

　　式中m=u_m/e為調(diào)制深度，由式(4)或式(5)可分別計(jì)算出pwm的脈沖換相點(diǎn)公式為：

　　由圖1可知，等面積pwm法生成的pwm波形在t/2處是點(diǎn)對稱的，因而可推導(dǎo)出：

　　在上述計(jì)算公式中，式(8)為單極性pwm調(diào)制，式(9)為雙極性調(diào)制。在計(jì)算過程中，雖然δi的表達(dá)式包含有三角函數(shù)的計(jì)算，但它僅與n有關(guān)，一旦n確定后，可事先將計(jì)算好的δi存入內(nèi)存中，需要時(shí)通過查表方式獲取即可。從k的表達(dá)式可以看出，k正比于調(diào)制深度而反比于基波頻率ω。這對于電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，通常使u/f比為常數(shù)來達(dá)到恒轉(zhuǎn)矩控制，即只需使k值為一個(gè)常數(shù)即可。

3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)pwm技術(shù)的設(shè)計(jì)

　　采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)pwm，為了保證能夠滿足變流電路的控制性能要求，設(shè)計(jì)時(shí)必須處理好以下幾個(gè)技術(shù)問題。

3.1 載波比

　　采用微機(jī)生成pwm波時(shí)，必須事

薛英杰　謝運(yùn)祥等

1 引言

2 直接pwm技術(shù)的算法