基于DSPIC30F3011的數字式變頻器

    孫宗宇

(蘭州理工大學，陜西蘭州730050)

    摘要：數字式變頻器已廣泛應用與交流調速系統中，采用準優化SPWM調制技術口j提高電壓利用率，輸出的線電壓為正弦波，實現簡單。該系統利用規則采樣法，以DSPIC30F3011為核心處理器，為3.75 kW的中央空調設計了一款數字式變頻器，經實際運行表明，該變頻器運行穩定，性能良好，精度高。

  關鍵詞：變頻器；DSPIC30F3011；SPWM

  中圖分類號：TlVl34  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)12—0052—03

    現代交流調速系統中，變頻器由于良好的性價比已經被越來越廣泛的應用。受某公司的委托為3.75 kW的中央空調設計出了一款適合其工作特性的變頻器。系統主電路采用交一直一交電壓型變頻方式，并采用Microchip公司的DSPIC30F301 1芯片結合驅動電路實現了SPWM調制方式。樣機實驗表明，其控制效果良好，運行穩定，性價比高。

1算法的實現

    在各種PWM調制方法中，SPWM以其輸出波形好、易于實現而得到普遍應用，并成為數字式變頻調速系統中最常用的方法[1]。而對于實際工程來說，只要算法簡單、誤差小即可滿足要求，而規則采樣法由于算法簡單，易于編程實現，而且精度也能滿足要求，因此工程中比較常用。

    傳統SPWM方式下的規則采樣法如圖1所示    

脈寬時間的計算公式：

其調制波采用正弦波，方程為：

式中：M為調制度；ω為調制頻率：

    對于三相逆變電路來說，有如下關系：

式中：Usm為輸出相電壓；Ud為直流側電壓。Usm可

以通過電機的壓頻特性曲線確定，壓頻特性曲線如

圖2所示。由式(3)可得到：

 

    Ud可由輸入電壓確定，因此調制度M只與輸出電壓的頻率f有關，可通過給定頻率確定。本系統還可通過上位機或鍵盤修改壓頻特性曲線的參數，應用方便。

    對于傳統的以正弦波為調制波而言，其調制度M僅可在0～I之間變化，因此即使調制度達到****M=I，變頻器輸出的****線電壓也僅為直流側電壓的0．866。為了提高電壓利用率，使輸出電壓范圍更寬，本系統采用準優化sPwM技術，用正弦波疊加==次諧波形成的鞍形波作為調制波，如圖3所示，其數學方程為”…：

   百分=時[sin(fjJ￡)+O．25s(：3wt)]  (5)

    圖3鞍形調制波

    這種調制技術由于引入了三次諧波，因此，在波峰附近下凹、平坦，調制度大于1 2時才出現超調，輸出線電壓為正弦波，當滿調制時輸出線電壓略大于直流側電壓。

    鞍形波調制法使得變頻器的調壓范圍更寬，而且其算法與正弦調制波的方法相同。實現方法是，先通過設定的壓頻特性方程和給定頻率確定M，然后通過式(1)計算出脈寬時間。對于sPwM，視載波比Ⅳ的變化與否，有同步調制和異步調制兩種。兩種方法各有優、缺點。實際工程常采用將同步調制和異步調制相結合的分段同步調制，當每段的載波比Ⅳ都為6的倍數時，不但可抑制諧波，保證輸出正、負半波的對稱而且也已易于軟件的實現。因此，本系統采用了分段同步調制，每段載波比均為6的倍數。

2系統設計

2 1控制芯片介紹。

    本系統選用微芯科技公司的DsPIc30F30¨為控制芯片，這是一款專門為電機控制設計的16位數字信號控制器(Mcu+DsP)。它最顯著的特點是片內有1個6通道的電機控制PwM模塊，該模塊支持三相交流感應電動機、開關磁阻電動機、直流無刷電動機、uPs等電機和電源的控制，通過編程可產生三相6路PwM信號，而且還提供了死區設置，死區時間通過設定輸入時鐘預分頻器的值和一個6位無符號寄存器的值確定，****死區時間可設為4096個指令周期，這些設置大大簡化了生成PwM波的軟