基于68HC908MR16單片機的空間矢量控制變頻電源

t₁為的作用時(shí)間；

t₂為的作用時(shí)間；

t₀為零矢量的作用時(shí)間；

。

圖3α－β坐標系中的矢量合成示意圖

由于理想電壓矢量是由位于該扇區邊界的兩個(gè)非零矢量和零矢量合成，在實(shí)際合成時(shí)可采用每一個(gè)非零矢量分別發(fā)出兩次，零矢量則依次插入各個(gè)分割點(diǎn)的方法。例如：理想電壓矢量為，其合成步驟可以是：先發(fā)非零矢量作用t₁/2時(shí)間，再發(fā)零矢量作用t₀/4時(shí)間，而后發(fā)出非零矢量作用t₂/2時(shí)間，接著(zhù)發(fā)出零矢量作用t₀/4時(shí)間。然后再依此次序重發(fā)矢量一次，就完成了整個(gè)合成過(guò)程。之所以采用這種合成方法是因為系統工作到低頻時(shí)，控制周期變長(cháng)，而每個(gè)周期內非零矢量的作用時(shí)間又是一定的，也就是說(shuō)零矢量的作用時(shí)間相應的變長(cháng)了。于是就將一個(gè)周期中太長(cháng)的零矢量分開(kāi)成幾個(gè)零矢量，而后把它們均勻地插入到非零矢量中去，這樣既滿(mǎn)足了合成的要求，又有效地抑止了低速轉矩脈動(dòng)。對于理想電壓矢量位于扇區邊界的這種情形，可以把它作為扇區的特例來(lái)處理，即有一個(gè)非零矢量的作用時(shí)間為0。

2 系統實(shí)現

2.1 主電路拓撲結構

主電路采用三相全橋逆變電路，其拓撲結構如圖4所示，逆變DC/AC部分為全控式逆變橋，電容C為濾波電容，其電容值的選擇與負載額定功率及直流側輸入電壓有關(guān)。交流電機變頻調速不僅要求輸出電壓為正弦波，而且要求電壓和頻率協(xié)調變化，即要求電壓V和頻率f要同時(shí)變化并滿(mǎn)足一定的規律，如V/f為常數，這樣才能保證異步電機轉子磁通在變頻調速過(guò)程中保持恒定。采用空間矢量PWM控制法驅動(dòng)逆變橋，可以實(shí)現輸出電壓和頻率分別按各自規律變化，而且正弦波畸變小，響應速度快，控制簡(jiǎn)單。

圖4 系統主電路拓撲結構

2.2 控制芯片

本系統采用MOTOROLA公司的電機控制專(zhuān)用單片機68HC908MR16（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MR16）作為主控芯片，它是一種高性能，低成本的8位單片機。MR16內部集成有16K字節的可擦寫(xiě)片內閃速存儲器FLASH，768字節的RAM；具有10位精度的10通道ADC模塊，其AD轉換時(shí)間最快僅需2μs，能夠在極短時(shí)間內完成多路采樣并進(jìn)行高精度轉換；同時(shí)MR16含有一個(gè)可編程時(shí)鐘發(fā)生器模塊(CGM)，系統時(shí)鐘不僅可以直接由外部晶振輸入分頻得到，也可以先將晶振電路的輸出信號緩沖后再經(jīng)內部鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器提供；具有串行通信模塊SCI，它有32種可編程波特率，可以工作在全雙工或半雙工模式，通過(guò)SCI模塊能方便地實(shí)現系統與外部的實(shí)時(shí)通信。

MR16中頗具特色的部分是專(zhuān)門(mén)用于電機控制的PWMMC模塊。該模塊可以產(chǎn)生3對互補的PWM信號或6個(gè)獨立的PWM信號，這些PWM信號可以是中心對準方式也可以是邊緣對準方式。6個(gè)通道都有一個(gè)12位的PWM計時(shí)器，PWM分辨率在邊緣對準方式時(shí)是一個(gè)時(shí)鐘周期，而中心對準方式時(shí)是兩個(gè)時(shí)鐘周期，這樣邊緣對準方式的最高分辨率是125ns（內部工作頻率為8MHz）而中心對準方式的最高分辨率為250ns。當PWMMC模塊工作于互補模式時(shí)，模塊功能部件自動(dòng)地將死區時(shí)間嵌入到PWM的輸出信號中，并可以根據感應電機的相電流極性輕易地翻轉PWM數據。PWMMC模塊還含有4個(gè)故障保護引腳FAULT1～FAULT4，當任意一個(gè)故障保護端口為高電平時(shí)就封鎖相應的PWM輸出引腳。例如,當系統過(guò)流時(shí)，就置位FAULT引腳封鎖所有PWM輸出，這樣就封鎖了IGBT的驅動(dòng)電路，從而實(shí)現了過(guò)流保護功能。為了避免由干擾引起的誤操作，MR16的每個(gè)故障引腳都帶有一個(gè)濾波器，并且所有的外部故障引腳都可由軟件配置來(lái)再使能PWM，這些都給軟件設計帶來(lái)了極大的方便。