分析三相AC/AC變頻器控制研究方案

3 規則采樣法

在余弦交點(diǎn)法實(shí)現的AC/AC變頻器中 , 有算法較為復雜和其輸出的基波電壓幅值較小的缺點(diǎn)。從采樣控制的角度看 ,對輸入基準波的采樣值只是在交點(diǎn)處才是有效的 , 所以可以把各交點(diǎn)看成是采樣點(diǎn)?. 因此 , 采樣點(diǎn)是不等距、 不規則的。由此使得輸出波形的高次諧波成分加大。

規則采樣法是一種在采用微機實(shí)現時(shí)實(shí)用的PWM波形生成方法。規則采樣法是在自然采樣法的基礎上得出的。規則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。使每個(gè)PWM脈沖的中點(diǎn)和三角波一周期的中點(diǎn)(即負峰點(diǎn))重合，在三角波的負峰時(shí)刻對正弦信號波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線(xiàn)近似代替正弦信號波，用該直線(xiàn)與三角波載波的交點(diǎn)代替正弦波與載波的交點(diǎn)，即可得出控制功率開(kāi)關(guān)器件通斷的時(shí)刻。比起自然采樣法，規則采樣法的計算非常簡(jiǎn)單，計算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線(xiàn)計算，在工程中實(shí)際應用不多的缺點(diǎn)。 如圖3所示 , 上部是一組橋的輸出電壓波形圖 , 下部是同步電壓和基準電壓的波形圖。

圖3:基準波采樣點(diǎn)和同步波觸發(fā)點(diǎn)。

系統在自然換相點(diǎn)采樣基準波得到的采樣值 , 如圖中 1、2、3、------, 各點(diǎn) , 然后按這些采樣值在同步電壓波上計算相應的觸發(fā)控制角 , 如圖中1'、2'、3'、------,各點(diǎn) . 這些點(diǎn)就是要求的換相點(diǎn)。

本系統采用給定基準波幅值和頻率 , 然后查正弦表得到采樣點(diǎn)的基準波瞬時(shí)值 .正弦函數按等時(shí)間間隔(3.3ms)離散化 , 依次存在 DSP 內存的 256 個(gè)單元中 .DSP 響應電源同步信號中斷 ( 即自然換相點(diǎn) )時(shí) , 按步長(cháng)A( 即地址差 ) 查表 , 每查一次瞬時(shí)值， 將查表地址遞增 A. 當查表地址遞增到 256 時(shí)便完成一次循環(huán) , 對應的時(shí)間等于一個(gè)輸出周期 T0, 所以變頻器的輸出頻率與查表步長(cháng)之間的關(guān)系為：

由上式可見(jiàn) ,fo 與 A 成正比 , 改變 A 即可改變輸出頻率實(shí)現變頻。 查表得到的瞬時(shí)值乘以 K 值即可改變輸出電壓幅值 , 以實(shí)現變壓。 然后根據瞬時(shí)值查同步電壓波的反余弦函數表 , 得到觸發(fā)角的值 , 轉化成 DSP 的定時(shí)量。 定時(shí)到， 則觸發(fā)相應的晶閘管。

為了使變頻器輸出對稱(chēng) , 三相給定的正弦函數互差 To/3, 并與各自的反組正弦函數波成軸對稱(chēng)。 用表地址描述的時(shí)間軸即 0、To/3、To/2、To 時(shí)刻分別對應于表地址：××00H、××55H、××7FH、××FFH.所以只需制作一張正弦函數表 , 三相查取給定電壓波瞬時(shí)值的地址始終互差 55H, 這樣就實(shí)現了三相對稱(chēng)輸出。

4 實(shí)驗結果

圖4:阻感負載的電壓電流波形。

從實(shí)驗結果來(lái)看 , 采用此算法的系統運行穩定可靠 , 調制的頻率可按照設定要求輸出 , 電流過(guò)零死區小于 1ms, 滿(mǎn)足控制要求 , 電壓電流波形比前兩種控制策略所得波形更佳 , 并且由于規則采樣減少了輸出波形中的次諧波含量 , 從而可以擴大 AC/AC 變頻器輸出頻率的上限。

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