电力电子变频器及PWM控制原理（可编辑）

电力电子变频器及PWM控制原理（可编辑） 电力电子变频器及PWM控制原理 2. 7 转速开环的U/f控制变频调 速系统 开环U/f控制变频器发展的特点是通用化、系列化和规模化生产。新一代的U/f控制变频器已经实现了转矩控制功能，具有无跳闸能力。由这种变频器驱动的通用异步电动机已经具备了挖土机特性， 像直流电动机一样，可以人为地设定其极限输出转矩。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM TMS320LF2407A DSP芯片是TI公司推出的16位定点数字信号处理芯片。 主要特点如下: (1)两个可用于电动机控制的事件管理器，每一个都包含:2个16位通用定时器;8个16位脉宽调制输出通道;1个能够快速封锁输出的外部引脚;能防止上下桥臂直通的可编程死区功能;1个增量式光电位置编码器接口。 (2)采用了高性能静态CMOS技术，使供电电压降为3.3V，减少了控制器功耗;40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns，提高了控制器的实时控制能力。 (3)片内有32K字的Flash程序存储器，2.5K字的数据/程序RAM。 (4)看门狗定时器(WDT)模块，保证系统的可靠性。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM (5)可扩展192K字的外部存储器，分别为64K字程序存储器，64K字数据存储器和64K字I/O寻址空间。 (6)10位ADC转换器最小转换时间为375ns。 (7)CAN总线控制器可以为控 制器、传感器、激励源以及其它节点提供良好的通讯。 (8)5个外 部中断(两个驱动保护、两个可屏蔽中断和复位)。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 基于TMS320LF2407A实现SVPWM 首先确定参 考输出电压矢量所在的扇区。 若参考输出电压矢量以幅 值和相角的形式给出，其所在的扇区可直接由相角求出; 若参考电压输出以矢量形式给出，如输出电压所在扇区由?-?坐标中 的内部电流控制环得出，则可以采用下列算法决定电压矢量所在扇 区。 u3 010 ? u4 011 u6 101 u1 100 u5 001 ? u0 000 u7 111 t1 t2 Uout u2 110 TMS320LF2407A DSP实现 SVPWM 第一步，根据以下各式计算参考值Uref1、Uref2和Uref3: 其中，U?和U?是 三相ABC坐标系中的相电压转换到平面直角坐标系中的分量。 u3 010 ? u4 011 u6 101 u1 100 u5 001 ? u0 000 u7 111 t1 t2 Uout u2 110 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 第二 步，计算N: 式中，sign x 是符号函数。 第三步，参照表2-15 根据N数值可以得到Uout所在的扇区。 表2-15 由N确定扇区值 N 1 2 3 4 5 6 扇区 II VI I IV III V u3 010 ? u4 011 u6 101 u1 100 u5 001 ? u0 000 u7 111 t1 t2 Uout u2 110 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 1(采用软件方 法实现SVPWM 根据不同的零矢量使用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，可产生多种电 压空间矢量PWM波形。一般的选择原则是:尽可能使功率开关管的开 关次数最少;任意一次电压空间矢量的变化只能有一个桥臂的开关管 动作。 目前最流行的是对称七段式的电压空间矢量PWM。 t0/4 t1/2 t2/2 t0/2 t2/2 t1/2 t0/4 000 110 000 111 110 u0 u1 u1 u7 u2 100 u0 u2 100 a I扇区 U3 010 ? U4 011 U6 101 U1 100 U5 001 ? u0 000 u7 111 t1 t2 Uout U2 110 对称七段式的电压空间矢量PWM由三段零矢量和四段相邻的两个非零矢量组成. TMS320LF2407A DSP实现SVPWM TMS320LF2407A DSP实现SVPWM TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 具体步骤: 1)初始化比较单元和用作产生对称PWM的通用定时器:配置各控制寄存器，确定PWM输出口、PWM输出方式;死区时间;PWM周期和波形占空比等。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 2)根据查表决定触发通道的顺序以及根据Uout所在扇区配置比较寄存器; 根据电压幅值和相角或U?和U?计算确定扇区号;然后配置比较寄存器，将0.25t0写入全比较寄存器1(CMPR1)，将0.25t0+0.5t1写入全比较寄存器2(CMPR2)，将0.25t0+0.5t1+0.5t2写入全比较寄存器3(CMPR3)。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 2(采用硬件方法实现SVPWM 基于TMS320LF2407A硬件产生SVPWM时需要首先应用软件产生Uout，并且确定Uout所在的扇区，然后求解每个PWM周期中的t1和t2。 对于每个PWM周期在软件上需完成如下步骤: TMS320LF2407A DSP实现SVPWM (1)将基本空间矢量对应的二进制位调入全比较动作控制寄存器(ACTR)第[12-14]位，旋转方向控制位(SVR DIR)为其第15位，该位中“0”代表逆时针方向;“1”代表顺时针方向。 (2)将0.5 t1调入全比较寄 存器1(CMPR1);将0.5t1+0.5t2调入全比较寄存器2(CMPR2)。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM 图2-46给出了采用TMS320LF2407A硬件模块的两种实现对称开关方式SVPWM的各个扇区的开关情况。相比软件生成的方法，这种开关 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 具有以下特点: (1)从开关方案示意图上来看，这是一种五段式的SVPWM波形。在一个完整的PWM周期中，总有一个通道的开关状态保持不变，因此在这种控制方案中功率器件的开关次数少于由软件决定开关模式的次数，降低了系统的开关损耗。 TMS320LF2407A DSP实现SVPWM (2)为了防止同一个桥臂上功率开关管的直通问题，通常在同一桥臂上的两只功率开关器件PWM驱动信号中加入一定的死区。由于硬件实现的SVPWM会有某一桥臂在整个扇区内开关状态都保持不变，则死区效应在该相不存在，从而导致三相PWM输出不平衡，造成逆变器的输出电压中存在一定的谐波。 2.6 单片机和DSP用于PWM信号 生成 小结: 比较软件及硬件实现两种方法，采用硬件方法所用的CPU开销(执行的指令周期)少，占用的内存少，一个PWM周期内开关次数少，即开关损耗小。但是，硬件法存在死区不平衡效应，应用时可根据系统要求选择合适的实现方式。 第二章 交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础 PWM控制技术 三相SPWM专用集成电路 单片机和DSP用于PWM信号生成 转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 2. 7 转速开环的U/f控 制变频调速系统 异步电机的动态数学模型复杂，好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。 为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制 系统。 2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统 概述 现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件 IGBT 或功率模块IPM 组成的PWM逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器，已经占领了全世界0.5~600kW 中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。 2. 7 转速开环的U/f控制变 频调速系统 所谓“通用”，包含着两方面的含义: (1)可以和通用的笼型异步电机配套使用; (2)具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。 系统介绍 下图绘出了一种典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图。 1. 系统组成 M 3~ 电压 检测 泵升 限制 电流 检测 温度 检测 电流 检测 中 央 处 理 器 显示 设定 接口 PWM 发生器 驱动 电路 ~ UR UI R0 R1 R2 Rb VTb K R0 R1 Rb R2 1. 系统组成 泵升限制电路――由于二极管整流器不能为异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C充电，当中间直流回路的电压(通称泵升电压)升高到一定的限制值时，通过泵升限制 电路使开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。 1. 系统组成 进线电抗器 二极管整流器虽然是全波整流装置，但由于其输出端有滤波电容存在，因此输入电流呈脉冲波形。 1. 系统组成 这样的电流波形具有较大的谐波分量，使电源受到污染。 为了抑制谐波电流，对于容量较大的PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗器，有时也可以在整流器和电容器之间串接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不平衡对变频器的影响。 E2PROM 电源监控 键盘显示 信号输出 时钟电路 检测信号 信号调理 充电继电器 模拟 信号 外部中断信号 驱动电路 PWM MCS 87C196MC 图2-50 以MCS87C196MC单片机为核心的开环通用变频器控制电路框图 控制系 统构成 2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统 PWM信号产生――可以由微机本身的软件产生，由PWM端口输出，也可采用专用的PWM生成电路芯片。 检测与保护电路――各种故障的保护由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D转换器，输入给CPU作为控制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。 信号设定――需要设定的控制信息主要有:U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小不同时，都得靠改变 U / f 函数发生器的特性来补偿，在通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。 2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统 实现补偿的方法有两种: 一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的U / f 函数，由用户根据需要选择最佳特性; 另一种 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系统的不足之处。 2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统 t f f * u f u 斜坡函数 U / f 曲线 脉冲发生器 驱动 电路 工作频 率设定 升降速 时间设定 电压补偿设定 PWM产生 第二章 电 力电子变频器及 PWM控制原理 山东大学 崔纳新 本 章 提 要 交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础 PWM控制技术 三相SPWM专用集成电路(三相SPWM电路实现) 单片机和DSP用于PWM信号生成 转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 2.5 三相SPWM专用集成电路 SPWM专用集成电路芯片用一片集成电路加上少量的外围器件生成SPWM波形，大大简化了电路和设计成本。 SA4828 SM2001 HEF4752 一、SA4828及其应用 SA4828是Mitel公司的一种新型三相SPWM芯片。 SA系列(如SA8281，SA8282，SA4828等)PWM波形发生器具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，其中SA4828主要用于变频调速、逆变 电源及UPS等工业领域。 SA4828的功能特点 全数字操作 SA4828通过数据总线连接到微处理器/微控制器，SPWM波形生成采用全数字化 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 采样方式，避免了模拟电路中存在的漂移问题，使它的脉冲具有很高的精确性和稳定性。 工作 频率范围宽 三角载波频率最高频率可达24kHz，输出调制波频率范围可达4kHz，分辨率达到16位。 SA4828的功能特点 工作方式灵活 6路PWM输出管脚均具有?12mA的驱动能力，可直接驱动用于隔离的光电耦合器件。 其工作参数，如载波频率、调制波频率范围、脉冲延迟时间等，可由微处理器以向其写入控制字的方式方便地确定或修改，不需外加任何电路。 SA4828的功能特点 ROM内置波形 调制波形以数字形式存储在片内ROM上，采用异步调制方式。 三种SPWM波形输出 1) 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 正弦波 2)增强型波形:通过采用谐波注入技术使逆变器直流电压得到充分利用; 3)高效型波形:又称带死区的增强波形，它可以节省33,的开关损耗。 SA4828的内部结构、引脚说明 SA4828主要由三部分构成: ?接收并存储微处理器命令(控制字)。主要由总线控制，总线译码，暂存器R0„R5，虚拟寄存器R14、R15及48位初始化寄存器和48位控制寄存器组成; ?读取波形部分。由地址发生器和片内波形ROM组成; ?三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。 2.5 三相SPWM专用集成电路 引脚说明: MUX:总线选择。用来区分多路和非多路总线。数据总线模式可以分为两种:多路复用的地址/数据总线或者分别的地址和数据总线。 RS:用于在非多路总线模式中定义输入字节是地址(“0”)还是数据(“1”)，这时它一般被连接到一条地址线上。 在多路模式中，它被内置为高电平。 SA4828的功能特点 SET TRIP:封锁控制，高有效 。高电平启动输出封锁锁存，使 输出 和六个PWM输出立即锁定为低。 当不用SET TRIP时，必须将其保持在低电平，不能悬浮。 SA4828各引脚功能 指示输出封锁锁存器的状态，低电平有效。 RPHT :红色相(上功率开关) YPHT:黄色相(上功率开关) BPHT:蓝色相(上功率开关) RPHB:红色相(下功率开关) YPHB:黄色相(下功率开关) BPHB:蓝色相(下功率开关) SA4828的功能特点 初始化寄存器的设置 在工作之前，首先需要向初始化寄存器写入命令字，来设定与电机和逆变器有关的基本参数 。包括载波频率、调制波频率范围、脉冲延迟时间、最小删除脉宽、电源波形选择、幅值控制、看门狗时间常数等。 初始化寄存器是一个48位的寄存器，各命令字需要先写入6个暂存器(R0„R5)，然后再同时传送给初始化寄存器。 初始化寄存器的设置 (1)载波频率设定(CFS): 设定字由CFS0~CFS2三位组成。载波频率给出如下: (2-29) 由上式求出n值，n值的二进制数即为载波频率设定字。 初始化寄存器的设置 (2)调制波频率范围(FRS)。 调制波频率 范围设定字由FRS0~FRS2三位组成。计算如下: (2-30) 由上式求得m值。m值的二进制数即为电源频率范围设定字。 初始化寄存器的设置 (3)脉冲延迟时间的设定(PDY) 该设定字是由PDY0~PDY5六位组成。脉冲延迟时间给出如下: 由上式求得PDY值。它的二进制数即是脉冲延迟时间设定字。 初始化寄存器的设置 (4)最小脉宽删除时间(PDT)。 最小删除脉宽设定字是由PDT0~PDT6七位组成。最小脉冲删除时间给出如下: 由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后，故输出的PWM脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲取消时间窄。 初始化寄存器的设置 (5)波形选择字。 SA4828内部有三种可选的调制波形。波形选择字由WS0、WS1两位组成，可以通过表2-12来进行选择。 图2-36 SA4828内部调制波形 正弦波 增强型 高效型 f t f t f t A A 0? 180? 0? 180? 360? 180? 0? 360? 360? 60? 120? 60? 120? 240? 300? 240? 300? WS1 WS0 波形 0 0 正弦波(默认) 0 1 增强型 1 0 高效型(减少开关损耗) 1 1 保留 初始化寄存器的设置 (6)幅值控制位(AC) 当AC,0时，控制寄存器中的红相位可控制所有三相的幅值。 当AC,1时，控制寄存器中的红、黄、蓝相位分别控制各自的幅值。 初始化寄存器的设置 (7)看门狗时间常数的设定(WD)。时间常数由WD0~WDl5共十六位组成，定时时间由如下公式给出: 如果用25MHz主频时，时间常数范围为41s-268s。控制寄存器的WTE位可以控制看门狗有效或无效。 SA4828 控制寄存器编程，包括 调制波频率选择 调制波幅值选择 正反转选择 计数器复位控制 看门狗选择 软复 位控制 SA4828典型应用 2.5 三相SPWM专用集成电路 SM2001及其应用 SM2001是深圳国微电子开发的可产生三相正弦PWM驱动波形的大规模集成电路芯片。 普通正弦波和高效电机驱动波两种波形可供选择。 SM2001 RST CS CK DA OE INT WVS VDD VDD UT VT WT UB WB CLK GND VB GND 图2-38 SM2001引脚分布图 2.5 三相SPWM专用集成电路 特点 l 全数 字化电路。 l 内部带两套波形发生器，可产生标准正弦波和用于交流电机控制的高效准正弦波。 l 自动产生三相PWM调制波形，频率范围从0到200Hz。 l l 载波频率可多级选择，最高可达38kHz。 l 可选择死区时间和窄脉冲时间，范围从0.05?S,25.6?S。 l 采用高速三线同步串行接口，通讯速度可达到1 MHz。 l 通过MCU进行参数化控制，占用MCU的资源极小。 l 驱动电流达20mA，可直接驱动光耦。 SM2001及其应用 CK:串口时钟，上升沿锁入数据 DA:串口数据 OE:输出控制，为高允许PWM输出 INT:异常中断，下降沿触发 WVS:内部波形选择，高效/普通 SM2001 RST CS CK DA OE INT WVS VDD VDD UT VT WT UB WB CLK GND VB GND 图2-38 SM2001引脚分布图 SM2001及其应用 SM2001可广泛用于交流异步电机的变频驱动，如变频空调、变频冰箱和变频洗衣机的控制驱动，各类工业水泵、风机的变频驱动，各类不间断逆变电源(UPS)等。 第2章 交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础 PWM控制技术 三相SPWM专用集成电路 单片机和DSP用于PWM信号生成 转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 2.6 单片机和DSP用于PWM信号生成 一般而言，PWM算法占用较多CPU时间，若用软件直接生成PWM信号，需要采用多字长、运算速度高的微处理器来实现高质量的信号输出。本节介绍两种高性 能微处理器的PWM信号生成方法: 80C196MC单片机 TMS320F2407A/2812 80C196MC单片机生成SPWM波形 80C196MC是Intel公司专为三相电机变频调速设计的16位单片机。 地址和数据总线都为16位 晶振频率可达16M 有64K字节的程序存贮器和数据存贮器空间 片内包括512字节的RAM，160字节的特殊功能寄存器组 13路模拟输入通道，2个16位定时器 1个三相波形发生器(WFG) 80C196MC单片机生成SPWM波形 三相SPWM波形是由U、V、W三个单相SPWM波形发生器生成。 图2-41 SPWM波形输出示意图 外部中断 保护请求 外部中断输入 各载波周期 中断请求 U+ td td U - td 三角波发生 U相脉冲 比较及生成 脉宽值设定 死区时间 发生器 死区互锁，脉 冲分配与输出 方式控制 保护电路 三相互补SPWM波发生器可通过P6口直接输出六路SPWM信号，每路驱动电流可达20mA。 事件处理阵列EPA有两个16位双向定时/计数器T1和T2，其中T1可工作在晶振时钟模式，用于直接处理光电码盘输出的两路相位移为90?的脉冲信号，这在速度闭环变频调速系统中非常 有用。 80C196MC单片机生成SPWM波形