SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)摘要：變頻調(diào)速是交流調(diào)速中的發(fā)展方向。變頻調(diào)速也有多種方法，本文對(duì)目前研究領(lǐng)域相當(dāng)活躍的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)的變頻調(diào)速作了一定的研究，并進(jìn)行了實(shí)踐。異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理是研究控制算法的基石，因文首先介紹了異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性，從而展開(kāi)介紹SPWM變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ).包括變頻調(diào)速控制思想的由來(lái)，控制方法的可行性。變頻調(diào)速的控制算法也有許多，本文對(duì)目前大部分通用變頻器所采用的控制算法恒壓頻比控制，給出了完整的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序流程設(shè)計(jì)。本文采用了Intel8OC196MC十六位單片機(jī)作為控制電路的CPU，采用該單片機(jī)的控制系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的硬件核心部分。因此本文先簡(jiǎn)單

2、的介紹此單片機(jī)與該設(shè)計(jì)相關(guān)的特性，繼而介紹本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:變頻器;恒壓頻比控制;正弦波脈寬調(diào)制:8OC196MC單片機(jī)。Abstract：Variable- speed drive system is the direction of AC Variable-speedd rive system.There are many modes for frequency-varied speed -regulated. In this paper, theauthor studied and analyzed one of the control way which is ver

3、y searched by many people,and it is a constant volts/hertz ratio control technologyThe mathematical model of AC induction motor is the base of controlAlgorithmic for studying.This paper introduce the AC induction motorfirstly,then introduce the theoretical base of SPWM variable-speed drive. The theo

4、retical base gives its idea and feasibility. In this design,the single chip micorcomputer-80C196MC is used.This microcomputer is very suitable for motors controlling.The Control circuit including80C196MC is the core of this system.There are hardware and software Designs in this paper.and the softwar

5、e design is the emphasis.一 緒論31.1研究的現(xiàn)狀31.1.1引言31.1.2變頻調(diào)速發(fā)展的條件41.1.3變頻器的發(fā)展方向51.2論文研究的目的和意義61.3本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排6二 恒壓頻比控制的SPWM變頻系統(tǒng)的分析72.1變頻調(diào)速基本原理72.2變頻調(diào)速控制方式分析72.3 SPWM逆變技術(shù)92.3.1靜止式SPWM間接變壓變頻裝置92.3.2 SPWM調(diào)制變頻技術(shù)102.3.4雙極性SPWM法122.4.SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法15三 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)173.1變頻調(diào)系統(tǒng)的整體硬件電路設(shè)計(jì)173.2主電路的設(shè)計(jì)183.2.1主電路硬件結(jié)構(gòu)183.2

6、.2三相電壓型逆變電路193.3控制路的設(shè)計(jì)213.3.1控制器的選擇213.3.2存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路243.3.3 80C196MC單片機(jī)的波形發(fā)生器243.3.4.1鍵盤顯示電路283.3.5控制反饋檢測(cè)電路303.4驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)323.4.1 驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的介紹323.4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)343.4.2.1過(guò)電壓保護(hù)343.4.2.2電流檢測(cè)電路35四 主程序設(shè)計(jì)36五 總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致謝40附錄41 一 緒論本章作為引言，主要介紹了變頻調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，SPWM變頻技術(shù)的應(yīng)用以及該課題的研究意義與價(jià)值，最后簡(jiǎn)要?dú)w納了本課題的研究任務(wù)并對(duì)文章安排做了簡(jiǎn)要介紹。1

7、.1研究的現(xiàn)狀1.1.1引言經(jīng)過(guò)大約30多年的發(fā)展，交流調(diào)速電氣傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。在電氣調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，可以相信在不久的將來(lái)交流調(diào)速將會(huì)完全取代直流調(diào)速傳動(dòng)?，F(xiàn)在要求性能較高的中、小容量的交流調(diào)速傳動(dòng)，主要使用電子式電力變換器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。除變頻以外的另一些簡(jiǎn)單的調(diào)速方案，如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，它們只有在特定場(chǎng)合有一定的應(yīng)用。由于電力電子學(xué)和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速技術(shù)近年來(lái)獲得了飛速的發(fā)展，各種變頻調(diào)速控制方式、PWM脈寬調(diào)制技術(shù)以及MCU微處理器和以大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)等均在變頻調(diào)速中獲得了成功應(yīng)用。SPWM正弦脈寬調(diào)制法

8、這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，具有開(kāi)關(guān)頻率固定，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除諧波使輸出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種比較好的波形改善法。它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動(dòng)作用。SPWM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的逆變用PWM技術(shù)。根據(jù)生成SPWM波形的實(shí)現(xiàn)方式可以分為模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。傳統(tǒng)的模擬控制在逆變器中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，控制性能優(yōu)良，但模擬控制也存在一些缺陷：元件眾多，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，調(diào)試復(fù)雜，不易管理維護(hù)等。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到電力電子與電力傳動(dòng)控制領(lǐng)域中來(lái)，逆變器的數(shù)字控制逐漸成為研究熱點(diǎn)。1.1

9、.2變頻調(diào)速發(fā)展的條件a. 電力電子器件的發(fā)展是變頻調(diào)速發(fā)展的必要條件在變頻調(diào)速中主要有交一交變頻和交一直一交變頻，目前應(yīng)用的最為廣泛的是交一直一交變頻，它的基本電路是:先將電源的三相(或單相)交流電經(jīng)整流橋整流成直流電，又經(jīng)逆變橋把直流電逆變成頻率任意可調(diào)的三相交流電。實(shí)現(xiàn)逆變的逆變橋就是變頻主電路的關(guān)鍵部件，它由六個(gè)開(kāi)關(guān)器件組成，逆變的過(guò)程是這六個(gè)開(kāi)關(guān)器件按一定的規(guī)律不停的導(dǎo)通和截止，這也就是實(shí)現(xiàn)變頻的過(guò)程。 自從1957年第一支晶閘管(SCR)的發(fā)明，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，力電子學(xué)，取得了驚人的進(jìn)步，70年代出現(xiàn)了大功率晶體管(GTR),90 年代出現(xiàn)了大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGBT)，它們?cè)?/p>

10、各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。逆變橋由使用半控型器件發(fā)展為使用全控型器件。b. 變頻調(diào)速控制方式的發(fā)展促進(jìn)了變頻技術(shù)的應(yīng)用與推廣 本世紀(jì)70年代以后，電氣傳動(dòng)各相關(guān)領(lǐng)域?qū)W科相繼取得了巨大的突破，交流調(diào)速的控制方式發(fā)展因之突飛猛進(jìn)，采用交流調(diào)速的場(chǎng)合正愈來(lái)愈多。 最初的變頻調(diào)速是采用恒壓頻比控制方式，它根據(jù)異步電機(jī)簡(jiǎn)化等效電路確定的電壓V和頻率F的比值進(jìn)行變頻調(diào)速，電壓是指基波的有效值.后來(lái)增加了電流環(huán)，稱它為轉(zhuǎn)差頻率控制，改善了性能并且己經(jīng)實(shí)用化。但是系統(tǒng)只是從穩(wěn)態(tài)公式推導(dǎo)出的平均值控制，完全不考慮過(guò)渡過(guò)程，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性、啟動(dòng)及低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)存在難以克服的不足。為了提高低頻時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的

11、轉(zhuǎn)矩不足，通常采用提升電壓以及隨負(fù)載變化補(bǔ)償定子繞組電壓降的辦法，用以增加變頻調(diào)速的調(diào)速范圍。c.數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用使變頻器的實(shí)用化成為可能 但是全數(shù)字化控制技術(shù)在交流調(diào)速應(yīng)用中性能的提高是個(gè)事實(shí)，上面所說(shuō)的8XC196MC系列單片機(jī)就可以使用，但是性能不同，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)往往要考慮性價(jià)比，進(jìn)行折中選擇。 全數(shù)字控制的主要優(yōu)點(diǎn)是:1、 控制精度高，數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度和字長(zhǎng)有關(guān)，變頻器中使用8位、16位甚至32位微處理器，控制精度不斷提高;2.穩(wěn)定性好，由于控制信息是數(shù)字量，不會(huì)隨著時(shí)間漂移，與模擬控制不同的是它沒(méi)有溫漂，不受環(huán)境的影響;3、可靠性高，微處理器采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)中的硬件電路數(shù)量大

12、為減少，因此故障率低;4、靈活性好，系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化和集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下，由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。適當(dāng)?shù)男薷能浖?，就可以改變系統(tǒng)的功能或提高系統(tǒng)的性能;5、存儲(chǔ)能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大，存放時(shí)間幾乎不受限制，這是模擬系統(tǒng)不能比擬的，利用這一特點(diǎn)可在存儲(chǔ)器中存放大量的數(shù)據(jù)或表格，利用查表法簡(jiǎn)化計(jì)算，提高運(yùn)算速度;6、邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻裝置可靠性、可實(shí)用性、可維修性大大提高。d. PWM技術(shù)的應(yīng)用也加快了變頻技術(shù)的發(fā)展 通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度和脈沖占空比來(lái)調(diào)節(jié)平均電壓的方法，稱為脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，如果脈沖寬度和占空比的大小按正弦

13、規(guī)律變化，便是正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，簡(jiǎn)稱為SPWM技術(shù)。PWM技術(shù)是伴隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，目前己趨于成熟。PWM技術(shù)適應(yīng)于很多技術(shù)領(lǐng)域，如直流斬波、諧波吸收、無(wú)功補(bǔ)償和變頻裝置等。 PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低諧波并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。同時(shí)也簡(jiǎn)化了變頻器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。1.1.3變頻器的發(fā)展方向變頻器 ( 主要指通用變頻器)從80年代到現(xiàn)在己經(jīng)開(kāi)始商品化，應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面:( 1 ) 變頻器容量不斷擴(kuò)大。變頻器的容量主要和它的開(kāi)關(guān)器件的容量有直接影響，70年代中期，功率晶體管開(kāi)始開(kāi)發(fā)，到80年代采用功

14、率晶體管的SPWM變頻器的投產(chǎn)，隨著元件容量的提高，變頻器的容量不斷提高，目前變頻器的容量已經(jīng)達(dá)到600KVA,400KVA以下的己經(jīng)系列化。( 2 ) 變頻器結(jié)構(gòu)的小型化。變頻器主電路中功率電路的模塊化、控制電路采用大規(guī)模集成電路(LSI)和全數(shù)字化技術(shù)等一系列措施促進(jìn)了變頻電源的小型化。( 3 ) 變頻器的多功能化和高性能化。電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化的方向發(fā)展，特別是微處理器的應(yīng)用，以其精練的硬件結(jié)構(gòu)和豐富的軟件功能，為變頻器的多功能化和高性能化提供了可靠的保證。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的適應(yīng)性不斷加強(qiáng)，1.2論文研究的目的和意義 在電力拖動(dòng)領(lǐng)域

15、，解決好電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速問(wèn)題有著十分重要的意義，電機(jī)調(diào)速性能的提高可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度、工藝水平以及工作效率，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量;對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載，如果采用調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電效率可達(dá)20%-60%。 眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在很長(zhǎng)的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域基本上被直流電機(jī)調(diào)速所壟斷，這是和實(shí)際中交流電機(jī)的廣泛使用是一對(duì)存在的矛盾，許多應(yīng)用交流電機(jī)的設(shè)備為了達(dá)到調(diào)節(jié)被控對(duì)象的目的，只能采用物理的方法，例如采用風(fēng)門，閥門控制流量等，這樣浪費(fèi)能源的問(wèn)題就很突出，費(fèi)用就大。而且在采用直流調(diào)速的方面由于直流電機(jī)固有的缺點(diǎn)換相器和電刷的存在

16、，使得維修工作量大，事故率高，電機(jī)的大容量使用受到限制，在易燃易爆的場(chǎng)合無(wú)法使用，因此開(kāi)發(fā)交流調(diào)速勢(shì)在必行。1.3本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排本文主要內(nèi)容是:對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)，控制器CPU采用Intel80C196MC單片機(jī)，對(duì)變頻的控制算法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，采用恒壓頻比控制， 論文的主要結(jié)構(gòu)安排為:1、緒論，主要介紹交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，變頻技術(shù)的發(fā)展的條件，變頻器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，變頻器的發(fā)展方向等:2、 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)的原理與控制實(shí)現(xiàn)，恒壓頻比控制，主要介紹恒壓頻比控制算法的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方案，主要介紹SPWM控制的原理、實(shí)現(xiàn)方法。3、 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，包括變頻

17、調(diào)速系統(tǒng)控制電路CPU一Intel8OC196MC的簡(jiǎn)單介紹，主電路的設(shè)計(jì)法，控制電路硬件的實(shí)現(xiàn)，軟件的設(shè)計(jì) 。5、結(jié)論問(wèn)題與解決以及辦本系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善的設(shè)想。二 恒壓頻比控制的SPWM變頻系統(tǒng)的分析本章是整個(gè)課題研究的技術(shù)理論基礎(chǔ)。主要分析了變頻調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí)，逆變的基本原理以及SPWM正弦脈寬調(diào)制波形發(fā)生原理等相關(guān)理論。2.1變頻調(diào)速基本原理異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 (2 -1 )其中為同步轉(zhuǎn)速(r/min)為 定 子 頻率，也就是電源頻率(Hz);為 磁 極 對(duì)數(shù)。異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為 ( 2 -2 )其中s為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，由上面的公式可以看出，改變電源的供電頻率可

18、以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望電機(jī)的主磁通保持額定值不變。任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是磁通和電流相互作用的結(jié)果，主磁通小了，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降;主磁通大了，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的磁路飽和，并導(dǎo)致勵(lì)磁電流畸變，勵(lì)磁電流過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使繞組過(guò)熱損壞電機(jī)。主磁通是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，兩者之間的關(guān)系是由磁化特性決定的。由電機(jī)理論知道，三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為 .其中E1為氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值(V), 為定子頻率(Hz),為定子每相繞組匝數(shù)，為極磁通里(Wb)。由上式可見(jiàn)主磁通中.是由E1和。共同決定的，如果保持E1和之比不變，就

19、可以保持主磁通不變。2.2變頻調(diào)速控制方式分析在基頻(額定頻率)以下調(diào)速時(shí)，由于E1的大小不易從外部加以控制，而定子繞組的阻抗壓降(U=，為定子繞組的阻抗壓降，包括電阻和漏磁電抗)在電壓較高時(shí)可以忽略，所以可以認(rèn)為電動(dòng)勢(shì)和電源相電壓近似相等即有U1E1，因此作為一種可行的方案是在電源電壓較高時(shí)用電源相電壓U1代替電動(dòng)勢(shì)E1，當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降所占比重加大，不可以忽略，所以要人為的補(bǔ)償，這是一種近似的恒磁通控制，這種控制方式常用于恒轉(zhuǎn)矩控制，如下圖2-1. 在基頻以上調(diào)速時(shí)由于電壓U,受額定電壓的限制不能升，因此在頻率升高時(shí)，迫使主磁通變小，進(jìn)入弱磁變頻調(diào)速，屬于近似

20、恒功率控制，如圖2-1.但是用恒壓頻比代替恒電動(dòng)勢(shì)頻率比的一個(gè)重要缺點(diǎn)是在速度降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的帶載能力也同時(shí)下降轉(zhuǎn)矩利用率下降，從圖2-2的a,b 可以看出a圖的臨界轉(zhuǎn)矩點(diǎn)隨著速度的降低也減小，而b圖則沒(méi)有變化，然而要達(dá)到b圖的效果就要保持E1/f1的比值為恒值而不僅是保持U1/f1比值為恒值了?；谏鲜鲈?，在變頻調(diào)速的基本控制方式下，改變頻率的同必須改變電壓，所以稱之為VVVF(Variable voltage Variable Frequency)控制。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速0n圖2-1 異步電機(jī)變頻調(diào)速的控制特 恒壓頻比控制又可以分為兩種方式，一種是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路

21、簡(jiǎn)單，負(fù)載適合于異步鼠籠型電動(dòng)機(jī)，所以通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好。由于在無(wú)速度傳感器的恒壓頻比控制下，負(fù)載一旦變化，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨著變化，轉(zhuǎn)速的變化量與轉(zhuǎn)差率成正比，因此產(chǎn)生了另一種帶速度傳感器的恒壓頻比控制，稱之為轉(zhuǎn)差頻率控制，它根據(jù)速度傳感器檢測(cè)，求出轉(zhuǎn)差角頻率，再把它和速度設(shè)定值相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值，就實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。與開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制相比轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速精度大為提高，本設(shè)計(jì)仍采用帶速度傳感器的恒壓頻比控制方式(以下簡(jiǎn)稱恒壓頻比控制方式). nnT 0T0圖2-2 a恒壓頻比的機(jī)械特性 圖2-2 b恒電動(dòng)勢(shì)頻率比時(shí)的機(jī)械特性2.3 SPWM逆變技術(shù)2.3.1靜止式SPWM間接變壓

22、變頻裝置SPWM間接變壓變頻裝置先將工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，再經(jīng)過(guò)逆變器將直流電變換成可控頻率和幅值的交流電，故又稱為交一直一交變壓變頻裝置。其系統(tǒng)原理框圖如圖2-3所示在這類裝置中，用不控器件整流，而逆變部分用SPWM變頻器調(diào)壓調(diào)頻一次完成，整流器無(wú)需控制，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu);而且由于以全波整流代替了相控整流，所以提高了輸入端的功率因數(shù)，減小了諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。此外，因輸出波形由方波改進(jìn)為SPWM 波，減少了諧波，從而解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，也降低了電動(dòng)機(jī)的諧波損耗和噪聲。ACSPWM逆變?nèi)卣鰽CDC 50KHZCVCF VVVF 調(diào)壓調(diào)頻圖2-3 SPWM間接變壓變頻裝

23、置 SPWM逆變器輸出諧波減少的程度取決于逆變器件的開(kāi)關(guān)頻率，而開(kāi)關(guān)頻率則受器件開(kāi)關(guān)時(shí)間的限制。采用IGBT時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)lOkHz以上，其輸出電流已非常逼近正弦波。所以，這種裝置己成為當(dāng)前最有發(fā)展前途的一種裝置形式。2.3.2 SPWM調(diào)制變頻技術(shù) SPWM調(diào)制技術(shù)是PWM多脈沖可變脈寬調(diào)制技術(shù)的一種，即所謂的正弦波脈寬調(diào)制.其輸出波形是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。如果把一個(gè)正弦半波分作n等份，然后把每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來(lái)代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等份的中點(diǎn)相重合，這樣

24、，由n個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法與一系列負(fù)脈沖波等效。如圖2-4所示。設(shè)由整流器提供的直流恒值電壓為Us，并設(shè)電機(jī)繞組中點(diǎn)與直流電壓中點(diǎn)相連，則SPWM脈沖序列波的幅值為。令第i個(gè)矩形脈沖的寬度為，其中心點(diǎn)相位角為，則根據(jù)面積相等的等效原則，可寫成： = = = （2-3） 當(dāng)n的數(shù)值較大時(shí)，近似的認(rèn)為sin/(2n)=/(2n)，于是 （2-4）上式 表 明 第i個(gè)矩形脈沖的寬度與該處正弦波值近幣以成正比。因此，與半個(gè)周期正弦波等效的SPWM波是兩側(cè)窄、中間寬、脈寬按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形。相比于其它各種變頻變壓調(diào)制方

25、式，這樣的脈沖系列可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近于正弦波的輸出電壓波形，可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。由于電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1，大大提高了系統(tǒng)的整體性能。一般的，SPWM分單極性和雙極性兩種調(diào)制方式。 圖2-4 SPWM的輸出波形2.3.3單極性SPWM法單極性SPWM法輸出的每半個(gè)周期中，被調(diào)制成的脈沖電壓只有一種極性，正半周為十U和零，負(fù)半周為一U和零，其調(diào)制波形如圖2-5a)所示。曲線1是正弦調(diào)制波um，其周期決定于所需要的調(diào)制比kf。曲線2是采用等腰三角波的載波uc，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值.每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同，

26、都是單極性。調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖間的間隔寬度，所得的脈沖系列如圖2-5a)中的uc所示.由圖知，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)是:每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷的工作，另一個(gè)完全截至;而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反。流經(jīng)負(fù)載的便是正、負(fù)交替的交變電流（如圖25b)所示。1 20wt0wt圖2-5a 單極性SPWM調(diào)制圖 圖2-5 b 單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)圖 2.3.4雙極性SPWM法上述的單極性SPWM 逆變器主電路每相只有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件反復(fù)通斷。如果讓同一橋臂上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器

27、件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正”和“負(fù)”之間變化，就得到了雙極性的SPWM波形。雙極性SPWM法的調(diào)制波u仍為正弦波，其周期決定于今，振幅決定于氣，如圖2-6a)中的曲線1.曲線2載波uc為雙極性的等腰三角形，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于k=1時(shí)正弦調(diào)制波振幅值。調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，如圖2-6b)所示。但是，由相電壓合成為線電壓時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的，如圖2-6c) 所示。雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)是:逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息。而流過(guò)負(fù)載凡的是按線電

28、壓規(guī)律變化的交變電流，如圖2-6 d)所示。A)1 2 wt B) wt C) wtD) wt ZLZL 圖26 雙極性SPWM調(diào)制圖a)調(diào)制波與載波b)相對(duì)于直流中性點(diǎn)的相電壓c)線電壓d)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)2.4.SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法從所能收集到的科研文獻(xiàn)中，可以歸結(jié)出很多種生成SPWM脈沖的方法，大致分為兩大類:第一類是完全由模擬電路生成;第二類是由專用集成芯片生成.本設(shè)計(jì)采用數(shù)字控制方式。(1)SPWM的模擬控制 原始的SPWM是由模擬控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2-7是SPWM模擬控制電路原理框圖。三相對(duì)稱的參考正弦電壓調(diào)制信號(hào)，由參考信號(hào)發(fā)生器提供，其頻率和幅值都是可調(diào)的。三角載波信號(hào)

29、由三角波發(fā)生器提供，各相共用。它分別與每相調(diào)制信號(hào)在比較器上進(jìn)行比較，給出正或零的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波，作為變壓變頻器功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 參考信號(hào)發(fā)生器 驅(qū)動(dòng)V1-V6SPWM波形 三角波發(fā)生器 圖2-7 SPWM波模擬控制電路本方法原理簡(jiǎn)單而且直觀。但是，由于正弦波調(diào)制和三角載波由硬件電路生成，硬件開(kāi)銷大，系統(tǒng)可靠性差。并且當(dāng)控制電路的直流電源電壓有波動(dòng)或有噪聲干擾時(shí)，都將引起SPWM脈沖寬度的變化，從而影響到變頻器輸出頻率和電壓的穩(wěn)定性。整個(gè)系統(tǒng)受溫漂和時(shí)漂的影響大，當(dāng)輸出頻率低、調(diào)制深度很小時(shí)，噪聲干擾尤其嚴(yán)重，輸出頻率精度很差。由于以上缺點(diǎn),SPWM 的模擬控制電路現(xiàn)

30、已很少應(yīng)用，但它的原理往往是其他控制方法的基礎(chǔ)，仍須充分了解。(2) SPWM的數(shù)字控制數(shù)字控制是SPWM目前常用的控制方法?？梢圆捎梦C(jī)存儲(chǔ)預(yù)先計(jì)算好的SPWM數(shù)據(jù)表格，控制時(shí)根據(jù)指令調(diào)出;或者通過(guò)軟件實(shí)時(shí)生成SPWM波形;也可以采用大規(guī)模集成電路專用芯片產(chǎn)生SPWM信號(hào)。 分析生成SPWM波形的實(shí)現(xiàn)方式,模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。傳統(tǒng)的模擬控制在逆變器中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，控制性能優(yōu)良，但模擬控制也存在一些缺陷：元件眾多，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，調(diào)試復(fù)雜，不易管理維護(hù)等。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到電力電子與電力傳動(dòng)控制領(lǐng)域中來(lái)，逆變器的數(shù)字控制逐漸成為研究熱點(diǎn)。由于

31、微型技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制回路均以單片微機(jī)和SPWM脈寬調(diào)制共同完成。由于微機(jī)的高度集成化和很強(qiáng)的運(yùn)算功能，用于PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行直接數(shù)字控制，可得到高度的穩(wěn)定性、高度可靠性以及小型化和便于維修、節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量等應(yīng)用效果。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出一些專門用于發(fā)生控制信號(hào)的集成電路芯片，配合微處理器進(jìn)行控件生成SPWM信號(hào)方便得多。國(guó)內(nèi)制的電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)，大多采用8031, 8098等。由于這些芯片并非為電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)的，為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)控制的某些功能，不得不增加較多的外器件必須以多片集成電路方能構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)。近年，國(guó)外著名半導(dǎo)體集成電路廠商為滿足高性能

32、電動(dòng)制需要，推出了一些電動(dòng)機(jī)控制專用單片微處理器。它們可頻驅(qū)動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)、采用斬波器驅(qū)動(dòng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)控制也可用于UPS電源等.其中較有代表性的就是Intel公司的MCS-96系列16位單片機(jī)中的80C196MC.本文所述系統(tǒng)就是利80C196MC單片機(jī)的波形發(fā)生器WFG產(chǎn)生六路雙極性的SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路的IGBT進(jìn)行逆變的。由于單片機(jī)運(yùn)算速度極快(采用16M晶振)，完全可以實(shí)現(xiàn)雙極性SPWM控制。變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)電路主要以80C196MC為控制主題，由芯片產(chǎn)生SPWM波形，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT逆變，實(shí)現(xiàn)雙極性SPWM控制。三 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)以

33、單片機(jī)為核心，采用新型三相SPWM專用芯片80C196MC組成的三相脈寬調(diào)制逆變器控制電路組成性能良好的新型全數(shù)字化逆變器調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不僅需少量的外圍元件，而且無(wú)需繁雜的軟件編程等優(yōu)點(diǎn)。3.1變頻調(diào)系統(tǒng)的整體硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路以及保護(hù)電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7a, b, c，其中控制電路原理圖見(jiàn)附錄。外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器8279鍵盤顯示電路模擬輸入80C196MC單片機(jī)保護(hù)電路輸入口SPWM輸出檢測(cè)電流預(yù)留口a控制電路框圖直流電源光電隔離電路晶體管放大電路輸出給IGBT基極控制信號(hào)BU BX BV BY BW BZSPWM輸入信號(hào)b驅(qū)動(dòng)電路框圖逆變電路濾波

34、電路整流電路電源C主電路方框圖圖3-1 硬件電路方框圖控制電路以80C196MC為核心，輸出六路互補(bǔ)SPWM波形，輸入和電位器模擬輸入兩種輸入方式，可以用鍵盤數(shù)字電流檢測(cè)以及測(cè)速碼盤的接入口在控制電路中全都預(yù)留有接口，驅(qū)動(dòng)電路是控制電路和主電路之間的接口電路，主要完成SPWM波形的隔離、放大，然后驅(qū)動(dòng)主電路。3.2主電路的設(shè)計(jì)3.2.1主電路硬件結(jié)構(gòu)主電路是交一直一交電壓源型，單相220V工頻交流供電，采用不可控的二極管整流橋，大電容濾波，采用大功率晶體管IGBT作為輸出SPWM波形的開(kāi)關(guān)器件。目前的大功率開(kāi)關(guān)器件都是以集成的大功率場(chǎng)效應(yīng)管IGBT為主流，另外系統(tǒng)中設(shè)置了保護(hù)電路，包括過(guò)壓、過(guò)

35、流的保護(hù)等。該主電路由二極管三相整流橋向電壓型逆變器提供恒定的直流電壓，變頻器的變壓、變頻均在逆變器內(nèi)進(jìn)行。逆變器由六只IGBT管組成三相橋式逆變電路，并輔以吸收電路構(gòu)成。平波電容器C起中間能量存儲(chǔ)作用，使逆變器與交流電網(wǎng)去耦，并可以向電機(jī)提供無(wú)功功率。由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的途徑，所以一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過(guò)IGBT兩端并聯(lián)的續(xù)流二極管D向電容C充電，當(dāng)中間直流回路電壓升高到一定限制值時(shí)，通過(guò)電壓限制電路將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻R上。 圖3-2主電路結(jié)構(gòu)圖逆變(DCAC)技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分，是把直流電變

36、成交流電的過(guò)程，完成逆變功能的電路稱為逆變電路逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。它們也分別被稱為電壓源型逆變電路和電流源型逆變電路。電壓型逆變電路在直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗的特點(diǎn)。本節(jié)主要介紹電壓型逆變電路的基本構(gòu)成，并分析其工作原理。3.2.2三相電壓型逆變電路三相交流負(fù)載需要三相逆變器，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為可控元件的電壓型三相逆變電路如圖27所示，可以看出電路由三個(gè)半橋組成。 電壓型三相逆變橋的基本工作方式與單相逆變橋相同

37、，也是導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相(同一半橋)上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的時(shí)間依次相差。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。可能是上面一個(gè)臂，下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此，也被稱為縱向換流。圖3-3三相逆變電路 用T記為周期，只要注意三相之間互隔T3(T是周期)就可以了，即B相比A相滯后T3，C相又比B相滯后T3。具體的導(dǎo)通順序如下：第1個(gè)T6：V1，V6，V5導(dǎo)通，V4，V3，V2截至：第2個(gè)T6：Vl，V6，V2導(dǎo)通，V4。V3，V5截至：第3個(gè)T6：V1，V3，V2導(dǎo)通，V4，V6，V5截至：

38、第4個(gè)T6：V4，V3，V2導(dǎo)通，V1，V6，V5截至：第5個(gè)T6：V4，V3，V5導(dǎo)通，V1，V6，V2截至：第6個(gè)T6：V4，V6，V5導(dǎo)通，V1，V3，V2截至。下面來(lái)分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形。對(duì)于A相輸出來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋臂l導(dǎo)通時(shí)， 當(dāng)橋臂4導(dǎo)通， 因此，的波形是幅值為的矩形波。B，C兩相的情況和A相類似，的波形形狀和相同，只是相位依次相差。三相逆變電路輸出電壓波形如圖： U A A T U B B B T U C C C T圖3-4三相逆變電路輸出電壓波形3.3控制路的設(shè)計(jì)3.3.1控制器的選擇 8XC196MC單片機(jī)是Intel公司專門為電機(jī)高速控制設(shè)計(jì)的一種16位微控制器，

39、其后綴MC正是電機(jī)控制(Motor Controller)的縮寫，它己被廣泛的應(yīng)用。在各種電器的電機(jī)控制中。8XCI96MC根據(jù)片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器的區(qū)別可以分為:80C196MC(無(wú))、83C196MC (ROM). 87CI96MC (EPROM)，它們的外部引腳，指令集完全一樣，其82腳PLCC封裝形式的引腳圖如圖5-1所示。本系統(tǒng)采用8OC196MC設(shè)計(jì)，控制電路同樣適用于87C196MC和83C196MC。圖35 80C196MC引腳圖 8OC196MC的基本結(jié)構(gòu)主要包括算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件RALU，寄存器集，內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，PWM發(fā)生器，事件處理陣列EPA，三相互補(bǔ)5PWM輸出發(fā)生器

40、以及看門狗、時(shí)鐘、中斷控制邏輯等，如圖3-6. XTAL EXTINT NMI16KROM時(shí)鐘電路P1口P6口P0口A/D512字節(jié)RAMP3中斷控制RALU總線控制邏輯定時(shí)器P4 P5SPWM波發(fā)生器EPAPWMP2口8、7根8根5根6根 2根圖3-6 80C196MC基本結(jié)構(gòu)在本系統(tǒng)中，單片機(jī)主要資源分配如下：片內(nèi)外設(shè):P0.0速度給定輸入。P1.0啟動(dòng)/停止命令輸入。P2.0- P2.6三位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示值輸出P3 口 、P4 口 外擴(kuò)展ROM地址/數(shù)據(jù)信號(hào)線.P5.0, P5.3 外擴(kuò)展ROM控制信號(hào)線。P6.7,P6.6,P2.7三位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示位選擇輸出.P6.0- P6.5-

41、WFG六路SPWM信號(hào)輸出.EXTINT 過(guò)壓、過(guò)流中斷信號(hào)輸入。片內(nèi)RAM:OOOOOH- 00017H-CPU專用寄存器，直接尋址。OIFOOH- OIFFFH一內(nèi)部專用寄存器，CPU專用寄存器窗口尋址。片外ROM:02000H-07FFFH監(jiān)控、計(jì)算程序及數(shù)據(jù)表。80C196MC有64K存貯空間，除了OOOOH-OIFFH,IFOOH-IFFFH,2000H-207FH三個(gè)專用區(qū)，以及表明“保留”的單元以外，其它都可以由用戶任意安排作為程序存貯區(qū)、數(shù)據(jù)存貯區(qū)或存貯區(qū)映射的外設(shè)區(qū)，但是系統(tǒng)復(fù)位后，程序由2080H單元開(kāi)始執(zhí)行，因此與2080H相鄰的區(qū)域必須配置成程序存貯區(qū)。80C196MC

42、的片內(nèi)寄存器陣列共包括512個(gè)字節(jié)，分為低256字節(jié)和高256字節(jié)，低256字節(jié)中的最低的24字節(jié)為特殊功能寄存器SFR, RALU在運(yùn)算過(guò)程中，不象其它的單片機(jī)那樣只使用一個(gè)累加器，而是把這256個(gè)寄存器都當(dāng)作累加器，這樣就避免了使用單個(gè)累加器所產(chǎn)生的“瓶頸效應(yīng)”，高256字節(jié)寄存器雖然不能象低256字節(jié)的寄存器那樣直接當(dāng)累加器用，但是它們可以通過(guò)80C196MC的窗口技術(shù)，切換成具有累加器功能的256字節(jié)，因此使得編程容易，執(zhí)行速度更快。8OC196MC的特殊功能寄存器SFR除了24個(gè)在寄存器集低端以外，大部分在存儲(chǔ)空間的1FOOH-1FFFH中，在使用這些特殊功能寄存器時(shí)為了加快操作速度

43、，通常使用窗口技術(shù)把它們映射到低256字節(jié)寄存器區(qū)。3.3.2存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路主要是由兩片程序存儲(chǔ)器74HC573，用來(lái)存放奇地址單元和偶地址單元中的程序代碼，EEPROM 74HC573的可直接改寫的特性使調(diào)試軟件方便;尋址空間可達(dá)2000H-9FFFH，充分利用了74HC573的容量;擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器27256，是為了擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容1,在矢量控制中，由于程序復(fù)雜所需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器較多，而80196MC本身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器資源有限，另外為了以后系統(tǒng)的擴(kuò)展性，增加27256很有必要。3.3.3 80C196MC單片機(jī)的波形發(fā)生器片內(nèi)波形發(fā)生器WFG(WaveForm Generat

44、or)是80C196MC獨(dú)具的特點(diǎn)之一。這一外設(shè)裝置大大簡(jiǎn)化了用于產(chǎn)生SPWM波形的控制軟件和外部硬件，特別適應(yīng)于控制三相交流感應(yīng)電機(jī)。死區(qū)時(shí)間發(fā)生器個(gè)載波周期三角波發(fā)生器 死區(qū)互鎖，脈沖分配與輸出方式控制U相脈沖比較及生成 保護(hù)電路脈寬值設(shè)定 外部中斷請(qǐng)求 各載波周期 中斷請(qǐng)求 外部中斷輸入圖3-7波形發(fā)生器框圖三相SPWM波形是由U，V ,W 三個(gè)單相SPWM波形生成器構(gòu)成的，其中一相電路的原理圖如圖3-7所示，它由脈寬發(fā)生，死區(qū)脈寬發(fā)生，脈沖合成及保護(hù)電路等單元電路構(gòu)成。WFG可以產(chǎn)生獨(dú)立的三對(duì)PWM波形，但它們有共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作方式一旦啟動(dòng)之后，WFG只要求CPU在改變

45、PWM的占空比時(shí)加以干預(yù)。波形發(fā)生器WFG有三個(gè)同步的PWM模塊，每個(gè)模塊包含一個(gè)相位比較器、一個(gè)無(wú)信號(hào)時(shí)間發(fā)生器和一對(duì)可編程的輸出。WFG可以有獨(dú)立的占空比，但它們有共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作方式，一旦啟動(dòng)之后，WFG只要求CPU在改變PWM的占空比時(shí)加以干預(yù)，因此使用方便，快速性好。WFG的每個(gè)模塊產(chǎn)生一對(duì)互補(bǔ)的PWM波。無(wú)信號(hào)時(shí)間是為防止功率器件同一橋臂直通而損壞功率器件必須的。該芯片的無(wú)信號(hào)時(shí)間可以由用戶自己設(shè)計(jì)，具體參數(shù)的選擇見(jiàn)后面的無(wú)信號(hào)時(shí)間寄存器的介紹。從功能上看波形發(fā)生器可以分為三個(gè)部分，時(shí)基發(fā)生器、相位驅(qū)動(dòng)通道和控制電路。時(shí)基發(fā)生器為PWM建立載波周期，該周期取決于WG

46、_RELOAD寄存器的值和操作方式.時(shí)基發(fā)生器的核心是一個(gè)16位雙向計(jì)數(shù)器WG_ COUNT，可工作于四種不同的方式，產(chǎn)生中心對(duì)準(zhǔn)或邊沿對(duì)準(zhǔn)的PWM波，中心對(duì)準(zhǔn)PAM方式所造成的諧波小，因此在三相交流感應(yīng)電機(jī)時(shí)，就采用這種方式，本系統(tǒng)就采用這種方式工作。相位驅(qū)動(dòng)通道決定PWM波的占空比。共有三對(duì)獨(dú)立的相位驅(qū)動(dòng)通道，每個(gè)通道的電路是相同的?？刂齐娐凡糠职ㄒ恍┯脕?lái)確定工作模式和其它配置信息的寄存器。一個(gè)可編程的保護(hù)電路可監(jiān)視EXTINT輸入腳，若檢測(cè)到一次有效的事件，就產(chǎn)生一次中斷，禁止波形輸出。波形發(fā)生器的專用寄存器的設(shè)置直接影響系統(tǒng)的工作方式，因此有必要簡(jiǎn)單介紹一下。雙向計(jì)數(shù)寄存器WG_CO

47、UNT，它是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，是3對(duì)輸出信號(hào)的時(shí)基發(fā)生器，它的時(shí)鐘頻率是晶振的兩分頻，它是一個(gè)只讀的寄存器。重裝載寄存器WG_RELOAD，對(duì)該寄存器寫入的值也就是半載波周期的值寄存器是可讀寫的。相位比較寄存器WG_COMPX。共有3個(gè)，分別控制三相值就是要求改變占空比的值，它是一個(gè)可讀寫的寄存器，信號(hào)也是向CPU申請(qǐng)中斷的信號(hào)。 波形控制寄存器WG_CON，它是一個(gè)16位寄存器其定義見(jiàn)圖3-8 15 14 13 12 11 10 9-0 0 0 CS EC D9-D0 圖3-8 WG-CON寄存器其中D15,D14是保留位，必須寫0，是 方式控制位M,Mo=00,01,10,11時(shí)分別對(duì)應(yīng)

48、方式0,1 ,2,3CS是計(jì)數(shù)器狀態(tài)位CS=1，向上計(jì)數(shù)，C5=0，向下計(jì)數(shù)EC是計(jì)數(shù)器允許位EC=1，允許計(jì)數(shù)，EC=O,禁止計(jì)數(shù)WG-CON 寄存器的低10位D9-DO，是3個(gè)10位無(wú)信號(hào)時(shí)間(dead_time)發(fā)生器的重裝載寄存器，所產(chǎn)生的無(wú)信號(hào)時(shí)間由D9-DO決定，單位是狀態(tài)周期，在16M晶振時(shí)，每個(gè)狀態(tài)周期是125ns。波形輸出控制寄存器WG-OUT，該寄存器用于選擇輸出引腳的輸出信號(hào)方式，具體定義見(jiàn)圖3-9 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 PH PH PH PH PH PH PH PH PHOP1 OP0 SYNC PE7 PE6 3.

49、2 2.2 1.2 P7 P6 3.1 3.0 2.1 2.0 1.1 1.0圖3-9 波形輸出寄存器WG-OUT其中OP1=1 WG1, WG2, WG3高有效OP1=0 WG1,WG2,WG3低有效OPO =1 、,高有效OPO =O ,低有效SYNC= 1與重置觸發(fā)同步SYNC=O立即裝入PE7, PE6, P7, P6用于控制CPU兩個(gè)PWM的輸出信號(hào)PH 1.2 ,P H1.1,PH1.0 用于控制和WG1PH2.2 ,P H2.1,PH2.0用于控制和WG2PH3.2 ,PH 3.1,PH3.0用于控制和WG3 此項(xiàng)設(shè)計(jì)是波形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，通過(guò)此寄存器的設(shè)置可以靈活的達(dá)到所要求的

50、方式，波形輸出選擇高有效還是低有效，直接與硬件的邏輯電平有關(guān)，要根據(jù)具體電路設(shè)置，本設(shè)計(jì)按要求采用低有效。波形保護(hù)控制寄存器WG_PROTECT，具體定義見(jiàn)圖3-10，它可以靈活的設(shè)定外部中斷EXTINT的中斷請(qǐng)求信號(hào)的方式，外部中斷一般用于保護(hù)電路。 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 ES IT DP EO圖 3一10 波形保護(hù)控制寄存器 WG_ PROTECT其中ES選通采樣電路位，ES=1靠電平采樣觸發(fā)保護(hù)/中斷 ES= O 靠邊 沿 觸 發(fā) 保 護(hù) /中 斷IT 中斷形式控制位，IT=1上升沿或高電平觸發(fā) IT=O 下 降沿或低電平觸發(fā)DP 禁 止 /允 許 保護(hù)電路，D

51、P=l禁止保護(hù)電路 DP=O 允許保護(hù)電路ED 允 許 /禁 止 輸出位， EO=1允許輸出 EO=0禁止輸出 80C196MC內(nèi)部的保護(hù)電路對(duì)應(yīng)的外部引腳為EXTINT，當(dāng)有一個(gè)有效的輸入信號(hào)加在EXTINT管腳上時(shí)，該信號(hào)觸發(fā)保護(hù)電路，于是波形輸出被禁止，同時(shí)產(chǎn)生WG中斷?？梢?jiàn)在不需要軟件干預(yù)的情況下，8OC196MC就可以快速、可靠的完成保護(hù)功能，保證主電路中功率器件的安全，在EXTINT中斷服務(wù)程序中，可以判斷故障類型，以便相應(yīng)的處理。3.3.4其他外圍電路的設(shè)計(jì) 3.3.4.1鍵盤顯示電路在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了提高實(shí)時(shí)性，應(yīng)要盡可能的減少對(duì)CPU的占用，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其如此。Intel公司的通用可編