基于8098單片機的SPWM變頻調速系統研究

摘要：數字控制的交流調速系統所選用的微處理器、功率器件及產(chǎn)生PWM波的方法是影響交流調速系統性能好壞的直接因素。在介紹了正弦脈寬調制(SPWM)技術(shù)的基礎上，設計了一種以8098單片機作為控制器，以智能功率模塊IPM為開(kāi)關(guān)器件的變頻調速系統。通過(guò)軟件編程，產(chǎn)生正弦脈沖寬度調制波形來(lái)控制絕緣柵雙極晶體管的導通和關(guān)斷，從而達到控制異步電動(dòng)機轉速的目的。實(shí)驗結果表明，該系統可調頻率調電壓，穩定度高，調速范圍寬，具有較強的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：變頻調速系統；8098單片機；正弦脈寬調制；IPM

目前，高性能的交流調速系統的研究和開(kāi)發(fā)引起各國學(xué)者的高度重視，并得到越來(lái)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性能好壞的直接因素。筆者研究了一種以8098單片機為控制器、以智能功率模塊IPM為開(kāi)關(guān)器件的變頻調速系統，此控制系統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(jìn)行邏輯判斷和復雜運算，可以實(shí)現不同于一般線(xiàn)性調節的最優(yōu)化、自適應、非線(xiàn)性、智能化等控制規律，而且更改起來(lái)靈活方便。

1 正弦波脈寬調制(SPWM)技術(shù)
1．1 SPWM控制技術(shù)原理
由于PWM變換器具有功率因數高、可同時(shí)實(shí)現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中得到廣泛應用。最常用的PWM技術(shù)為正弦波脈寬調制技術(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制波，當調制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調制波的半個(gè)周期內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(zhù)優(yōu)點(diǎn)是：由于電動(dòng)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(dòng)機的電流卻十分逼近正弦波。
1．2 SPWM波的實(shí)現方法
SPWM波可通過(guò)模擬電路、數字電路或專(zhuān)用集成芯片等硬件電路實(shí)現，也可用微型計算機通過(guò)軟件生成。如何計算SPWM的開(kāi)關(guān)點(diǎn)，是SPWM信號生成的一個(gè)難點(diǎn)，也是當前人們研究的一個(gè)熱門(mén)課題。生成SPWM波的方法有多種，但其目標只有一個(gè)，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(shí)時(shí)控制任務(wù)。在模擬電子電路中，SPWM波的實(shí)現方法采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來(lái)實(shí)現；改成數字控制后，開(kāi)始時(shí)只是把同樣的方法數字化，稱(chēng)作“自然采樣法”。自然采樣法的運算比較復雜，在工程上更實(shí)用的是簡(jiǎn)化后的“規則采樣法”。文中采用8098單片機通過(guò)“等面積法”實(shí)現SPWM波的生成。