小功率单相变频器控制系统的研究设计说明

1、 PAGE85 / NUMPAGES95小功率单相变频器控制系统的研究设计设计总说明：随着电力电子技术的发展，传统的电气传动正面临着一场重大的变革，直流调速逐步被交流调速所取代。交流电机与直流电机相比有许多固有的优点：如结构简单、造价低、耐用、故障率低、易维护等，故用于调速领域具有独特的优势。全自动型功率器件出现和控制理论的不断发展，交流调速系统在控制性能与经济上都可以与直流传动相媲美，并且在高速、高压、大功率、恶劣环境、节能等方面有更大的优势。单相变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），

2、先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为单相相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT单相相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。交流电动机变频调速已成为当代电机调速的潮流，它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简便、便于通信等功能优于以往的任何调速方式，如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电动机调速、液力偶合调速，乃至直流调速。因而在钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材

3、、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调与污水处理行业得到普遍应用。世界能源危机的严重，节能降耗的主题已经深入人心，世界各国都在纷纷研究开发节能电器，但多数都关注于大容量（功率）的电气设备，而忽略了小容量电器的耗能。近年来，日本和欧洲一些科学家非常关注家用电器、小容量电器的节能降耗，这些年来我国家电研发者也开始越来越青睐家电的节能了。因为家电的用量非常大，一旦节能其规模和数量是非常可观的，因此关注家用电器的节能是世界发展潮流。而且减少了无功损耗，增加了电网的有功功率，提高设备使用效率。研发节能家电是将来市场的必然需求。本项目旨在设计出一个能够根据需要来调节控制设备的运行状态，达

4、到电能合理利用，实现装置的变频运行。本系统采用交-直-交电力电子变压变频的典型结构，以额定功率为1KW的空调压缩机作为负载，通过计算与仿真，获得各个电子器件的参数。我们的设计思路是：首先，以单相AC 220V为输入，经过单相不可控桥式整流，再经过大电容滤波，获得稳定的DC270V电压，波动围为10%；再经过三相桥式逆变电路，获得频率幅值可调的三相交流电，供给空调压缩机工作。三相逆变器驱动我们选用安捷伦公司的一款高速隔离光耦HCPL4504，结构相对简单，隔离效果好，工作频率高,价格实惠。在电路保护方面，我们设计了欠压保护，短路保护，过流保护。为了方便产生逆变电路所需SPWM波，我们选用的CPU

5、是MICROCHIP的16位单片机DSPIC30F6010A作为控制核心，完成对各个参数的调节和对系统的保护等功能。控制电路选用的16位单片机DSPIC30F6010A，变频电源的软件设计是本设计的核心，系统运行的好坏很大程度上决定与控制软件的质量高低，软件主要完成对输出信号的采样，对各种数据的处理，以与对功率转换部分的相应控制。减轻了硬件的成本和要求，产生干扰小，具有较快的执行速度。系统的复杂性降低，提高了系统的可靠性，很好地完成对各个参数的调节和对系统的保护等功能。该系统的工作性能高、电路简洁、抗干扰能力好，有欠压保护、短路保护、过流保护。与传统的单相交流变频电源相比，在保留基本功能的前提

6、下，具有以下优点：调速围宽，高效节能：根据工艺、工况要求，实现0-全速低损耗平滑调节，设备经济运行，可节电30以上。电机变频软起动：频率稳定、电压稳定。电机的起、停实现了升速平滑起动和减速平滑停止，减少了起动中的电流冲击，减少了起、停中的机械冲击和机械磨损，延长了压缩机的使用寿命，节能环保。 保护功能：具有过流、过载、欠压、短路、过热等保护功能，确保系统安全可靠。 可用场合：应用于电力、电信、科研院所、广电、铁路、航空、航天、船舶、部队、金融、工矿企业、建筑、石油化工、自动化控制等行业。本系统基于单片机DSPIC30F6010A的小功率单相变频器控制系统的研究设计，此单片机突出优势是具有集成的

7、A/D转换接口，CAN总线借口，SPWM波输出接口，置看门狗定时电路等等，而且仅需5V供电，工作效率高，功耗低。可以方便的通过软件产生出需要的SPWM波，代替了专门的波形发生芯片，极大的缩小了控制电路的体积。置的看门狗电路，防止了程序的出错与系统的错误，一定程度上也保证了系统的正常运行，主要由以下几个部分构成： 小功率单相变频器介绍；直流电压测量并采集； 输出电流测量并采集和温度采集；多路I/O输入输出和多路驱动信号输出； 设计CAN通讯接口关键字：变频器 控制系统 节能 IGBT Design General Description:With the development of power

8、 electronic technology ,the traditional electric drive is facing a great change ,DC speed is gradually replaced by AC speed regulation.AC motor and DC motor has many inherent advantages :such as node simple structure ,low cost, durability, low failure rate, esay maintenance and so on, it is used in

9、speed control has a unique advantage. Automatic power devices and the development of the control theory, the control performance of AC speed regulating system and the economy can comparable with DC drive, and in high speed ,high pressure, large power, hash environment, energy saving.etc have greater

10、 advantages.Single phase inverter power semiconductor devices is the use of role will be off-frequency power conversion to another frequency electric energy control device.We now use the converter mainly adopts AC-DC-AC methed (VVVF frequency control or vector control variable frequency),the AC powe

11、r through a rectifier converts the DC power supply ,and then the DC power is converted into frequency, voltage can be controlled AC power to supply the motor. The frequency converter circuit is generally composed of rectifier, inverter DC link, and the control of 4 components. Single phase bridge re

12、ctifier part is not controllable rectifier, the inverter part of the IGBT single phase bridge inverter, and the output is PWM wavefrom, intermediate DC link for filtering, DC energy storage and buffer reactive power.AC Motor Variable Speed has become the trend of the contemporary motor speed, small

13、size, light weight, large torque, high precision and strong function, high reliability, easy operation, easy communication and other functions better than any previous governor methods, such as variable pole speed control, variable voltage control, slip speed, cascade control, commutator motor speed

14、 control, fluid coupling speed control, and even DC speed control. Which iron and steel, nonferrous metals, petroleum, petrochemical, chemical fiber, textile, machinery, electricity, electronics, building materials, coal, medicine, paper making, injection molding, cigarettes, cranes, urban water sup

15、ply, central air conditioning and sewage treatment industry is universally applied. Serious energy crisis in the world, the theme of energy saving has gained recognition around the world have research and development of energy efficient appliances, but most are concerned about the electrical equipme

16、nt of large capacity (power), while ignoring the small-capacity electrical energy. In recent years, some scientists in Japan and Europe is very concerned about household appliances, small-capacity electrical energy saving, these years also began Chinas home appliance developers are increasingly turn

17、ing to appliances energy-saving. Appliances very large amount of energy saving its size and number of very impressive, so concerned about the energy saving of the household appliances is the world development trend. And reducing reactive power losses, the active power of the grid, and improve the ef

18、ficiency of equipment. R & D energy-saving appliances is the inevitable future market demand. This project aims to design a need to adjust the control equipment operating status, to achieve energy rational use of variable frequency operation of the device. The system uses AC - DC - pay the typical s

19、tructure of the power electronics VVVF as to the rated power of the air conditioning compressor 1KW load, through calculation and simulation, the parameters of various electronic devices. Our design ideas are: First, a single-phase AC 220V input, after the single-phase controlled bridge rectifier an

20、d then through the large filter capacitor, to obtain a stable voltage of DC270V, the fluctuation range of 10%; again after a three-phase bridge inverter circuit, frequency amplitude adjustable three-phase alternating current to supply the air conditioning compressor work. The phase inverter selectio

21、n of a high-speed optocoupler isolation of the Agilent HCPL4504 relatively simple structure, isolation, high operating frequency, and affordable. Circuit protection, we have designed the undervoltage protection, short circuit protection, overcurrent protection. In order to facilitate required to pro

22、duce the inverter circuit of SPWM wave, we choose the CPU MICROCHIP 16 the microcontroller DSPIC30F6010A as control core, complete the adjustment of each parameter and the protection of the system. The control circuit selection 16 the microcontroller DSPIC30F6010A variable frequency power supply sof

23、tware design is the core of this design, the system is running good or bad a large extent determine the quality level of the control software, software to complete sampling of the output signal on a variety of data processing, and the power conversion portion of the corresponding control. Reduce the

24、 hardware costs and requirements, resulting in little interference with faster execution speed. The complexity of the system reduced, thereby improving the reliability of the system to complete the adjustment of each parameter and the protection of the system. The system performance is high, the cir

25、cuit is simple, good anti-jamming capability, undervoltage protection, short circuit protection, overcurrent protection. Compared with traditional single-phase AC variable frequency power supply to retain the basic functions of the premise, the following advantages: wide speed range, and energy effi

26、cient: according to the process, the conditions required to achieve 0 - full-speed low-loss ramp, equipment, economic to run, it can save more than 30%. motor variable frequency soft-start: the frequency stability, voltage stability. Motor starting, stop or speed smooth start and deceleration smooth

27、 stop to reduce the current impact of the start, reducing the starting, stopping, mechanical shock and mechanical wear, extending the life of the compressor, energy saving and environmental protection. protection: overcurrent, overload, undervoltage, short circuit, overheating and other protection f

28、eatures to ensure safe and reliable system. occasions available: used in electric power, telecommunications, research institutes, broadcasting, rail, aviation, aerospace, ships, troops, financial, industrial and mining, construction, petrochemical, automation control industry. This system is based o

29、n microcontroller DSPIC30F6010A the power single-phase inverter control system design, highlight the advantages of this single-chip with integrated A / D conversion interface, an excuse for the CAN bus of SPWM wave output interface, built-in watchdog timer circuit , but only a 5V power supply, high

30、efficiency, low power consumption. Can be easily generated by software needed SPWM wave, instead of a special waveform generation chip, greatly reduced the volume of the control circuit. Built-in watchdog circuit to prevent the program error and system error, and to some extent, but also to ensure t

31、he normal operation of the system, mainly composed of the following sections: low-power single-phase inverter introduced; DC voltage measurement and collection; The output current measurement and acquisition and temperature acquisition; multi-channel I / O input and output, and multi-channel output

32、drive signal; The design of the CAN communication interface Keywords: inverter control systemenergy-saving IGBT 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327803999设计总说明： PAGEREF _Toc327803999 h IHYPERLINK l _Toc327804000Design General Description: PAGEREF _Toc327804000 h IVHYPERLINK l _Toc3278040011 绪论 PAG

33、EREF _Toc327804001 h 1HYPERLINK l _Toc3278040021.1单相变频器简单介绍与控制简介 PAGEREF _Toc327804002 h 1HYPERLINK l _Toc3278040031.1.1变频器的基本结构与原理 PAGEREF _Toc327804003 h 1HYPERLINK l _Toc3278040041.1.2 变频器的分类 PAGEREF _Toc327804004 h 2HYPERLINK l _Toc3278040051.1.3变频器中常用的控制方式 PAGEREF _Toc327804005 h 2HYPERLINK l _

34、Toc3278040061.2单相变频器研究的意义 PAGEREF _Toc327804006 h 5HYPERLINK l _Toc3278040071.3我国单相变频器的特点与发展前景 PAGEREF _Toc327804007 h 6HYPERLINK l _Toc3278040082硬件电路设计 PAGEREF _Toc327804008 h 8HYPERLINK l _Toc3278040092.1系统简要描述 PAGEREF _Toc327804009 h 8HYPERLINK l _Toc3278040102.1.1方案确立 PAGEREF _Toc327804010 h 8HY

35、PERLINK l _Toc3278040112.1.2 SPWM技术介绍 PAGEREF _Toc327804011 h 10HYPERLINK l _Toc3278040122.1.3 CAN 总线技术简介 PAGEREF _Toc327804012 h 14HYPERLINK l _Toc3278040132.2硬件电路中主要器件 PAGEREF _Toc327804013 h 17HYPERLINK l _Toc3278040142.2.1控制芯片DSPIC320F6010A PAGEREF _Toc327804014 h 17HYPERLINK l _Toc3278040152.2.

36、2 双上升沿D触发器74HC74芯片 PAGEREF _Toc327804015 h 23HYPERLINK l _Toc3278040162.2.3高速CAN收发器MCP2551 PAGEREF _Toc327804016 h 24HYPERLINK l _Toc3278040172.2.4 八同相三态缓冲器/线驱动MC54HC244AJ PAGEREF _Toc327804017 h 26HYPERLINK l _Toc3278040182.2.5温度传感器PT100 PAGEREF _Toc327804018 h 27HYPERLINK l _Toc3278040192.2.6 四电压比

37、较器LM339 PAGEREF _Toc327804019 h 28HYPERLINK l _Toc3278040202.3模块电路 PAGEREF _Toc327804020 h 29HYPERLINK l _Toc3278040212.3.1 SPWM输出电路 PAGEREF _Toc327804021 h 29HYPERLINK l _Toc3278040222.3.2 直流电压检测电路 PAGEREF _Toc327804022 h 30HYPERLINK l _Toc3278040232.3.3输出电流采集与短路保护 PAGEREF _Toc327804023 h 31HYPERLI

38、NK l _Toc3278040242.3.4温度采集 PAGEREF _Toc327804024 h 35HYPERLINK l _Toc3278040252.3.5CAN通讯接口 PAGEREF _Toc327804025 h 36HYPERLINK l _Toc3278040262.4系统实物图 PAGEREF _Toc327804026 h 37HYPERLINK l _Toc3278040273软件流程图 PAGEREF _Toc327804027 h 38HYPERLINK l _Toc3278040283.1 编程要求 PAGEREF _Toc327804028 h 38HYPE

39、RLINK l _Toc3278040293.2 编程环境 PAGEREF _Toc327804029 h 38HYPERLINK l _Toc3278040303.3 指令介绍 PAGEREF _Toc327804030 h 41HYPERLINK l _Toc3278040313.4 端口选择 PAGEREF _Toc327804031 h 42HYPERLINK l _Toc3278040323.5系统流程图 PAGEREF _Toc327804032 h 43HYPERLINK l _Toc3278040333.5.1SPWM中断流程图 PAGEREF _Toc327804033 h

40、43HYPERLINK l _Toc3278040343.5.2CAN总线中断流程图 PAGEREF _Toc327804034 h 53HYPERLINK l _Toc3278040354总结 PAGEREF _Toc327804035 h 60HYPERLINK l _Toc327804036参考文献 PAGEREF _Toc327804036 h 63HYPERLINK l _Toc327804037附录A PAGEREF _Toc327804037 h 64HYPERLINK l _Toc327804038附录B PAGEREF _Toc327804038 h 65HYPERLINK

41、l _Toc327804039致 PAGEREF _Toc327804039 h 831 绪论1.1单相变频器简单介绍与控制简介1.1.1变频器的基本结构与原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以与一些相应的电路。 图1-1 变频器简单结构本设计的这一变频器控制系统采用的是交直交电力电子变压

42、变频的典型结构。将市电AC 220V/50Hz作为输入电压，经过单相桥式整流电路后，输入脉冲的直流电，再经过大电容滤波与吸收电容吸收高频电压后，获得稳定的DC270V的电压。再经过单相全波逆变电路，逆变电路是由4个IGBT组成。控制逆变桥式逆变桥式电路的开关器件IGBT的轮流开通关断，可以输出频率幅值可调的单相交流电。系统主要功能有直流电压检测、输出电流采集、温度采集与保护、短路保护、过流保护。控制系统控制电路选用的是16位单片机DSPIC30F6010A,完成对各个参数的调节和对系统的保护等功能。此单片机突出优势是具有集成的A/D转换口，CAN总线接口，SPWM波输出接口，置看门狗定时电路等

43、等，而且仅需5V的供电电压，工作效率高，功耗低。可以方便的通过软件产生出需要的SPWM波，代替了专门的波形发生芯片，极大的缩小了控制电路的体积。置的看门狗电路，防止了程序的出错与系统的错误，一定程度上也保证系统的正常运行。 图1-2 本次设计的变频器具体结构1.1.2 变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、

44、单相变频器和三相变频器等。 1.1.3变频器中常用的控制方式 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源

45、频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以与零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频

46、器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和

47、转矩电流的目的。这种控制方式调速围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。 最优控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行

48、个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 其他非智能控制方式 在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。 智能控制方式 智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的例。 神经网络控制 神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式

49、可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。 模糊控制 模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以与升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以与模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。 专家系统 专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专

50、家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。 学习控制 学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要12个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉与到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。 1.2单相变频器研究的意义目前全球正面临能源危机,节能降耗成为不可避免的重大问题,而这些能源中绝大部分是被电机消耗掉,所以研究电机的变频调速得到了大家密切关注。目前节能降耗的主题已

51、经深入人心，世界各国都在纷纷研究开发节能电器，但多数都关注于大容量（功率）的电气设备，而忽略了小容量电器的耗能。近年来，日本和欧洲一些科学家非常关注家用电器、小容量电器的节能降耗，这些年来我国家电研发者也开始越来越青睐家电的节能了。因为家电的用量非常大，一旦节能其规模和数量是非常可观的，因此关注家用电器的节能是世界发展潮流。而且减少了无功损耗，增加了电网的有功功率，提高设备使用效率。研发节能家电是将来市场的必然需求。本项目旨在设计出一个能够根据需要来调节控制设备的运行状态，达到电能合理利用，实现装置的变频运行。统计数字显示，我国变频器总的潜在市场应为12001800亿元，其中常压变频器约占市场

52、份额的60左右，中、高压变频器需求数量相对比较少，但由于单台变频器功率大、售价高，占市场的40%左右。况且，目前广泛倡导的低碳经济，带来的变频空调，变频洗衣机，变频冰箱的大围使用。加之，我国家电产品在全世界的市场占有率高达80%。如果我们能够很好的利用这个优势，这给我们也是一个非常好的发展机会。另外，我们设计的这款变频器完全可以进行优化后做到体积很小，质量很轻，将会有很强的市场竞争力。如果实现批量生产，成本进一步压缩，能够和空调、洗衣机、冰箱、油烟机等作为置设备捆绑销售，只需要比普通非变频的家电高出少量的钱，但是节能效果是显而易见的。加上价格上的优势，我们的市场占有率将会提高。本系统是采用交-

53、直-交电力电子变压变频的典型结构，以额定功率为1KW的空调压缩机作为负载，通过计算与仿真，获得各个电子器件的参数。相比普通的单相电机,异步电机由于具有结构简单,制造成本较低等优点,以与单相电机在诸多领域尤其家用电器中的广泛应用,使得它在工业控制特别是家用电器行业中的应用越来越广泛。在系统硬件电路设计过程中,采用美国Microchip公司生产的具有DSP核的dsPIC30F6010A芯片作为系统控制器,不仅满足了单相电动机变频调速控制的实时性要求,而且使系统的硬件电路变得更加简单。文章中详细介绍了检测电路、控制电路与其它外围电路的设计。软件设计部分包括主程序、SVPWM子程序和故障中断子程序,整

54、个程序采用模块化设计,便于程序的修改和移植。在研究SVPWM的同时,本人也对当今应用比较成熟的SPWM控制方法进行了研究,通过两者实验波形的比较,体现了SVPWM的优良性能。实验证明使用SVPWM控制单相电机能够达到良好的效果。1.3我国单相变频器的特点与发展前景20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、显示光电BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(尽缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压尽缘栅双极型晶闸

55、管)的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化题目吸引着人们的浓厚爱好，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投进市场并获得了广泛应用。我国从第一台变频器生产，再经过30年不断的研发和实践，同时随着新型电子技术不断提高，变频器的功能设计越来越完善，稳定性越来越好，变频器的性价比越来越高，体积越来越小。面对市场的竞争，厂家不断对变频器进行更多更完善的改进。 变频器是

56、利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。 电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用

57、在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的1520倍。变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。 变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响，二要看对电网的谐波污染和输入功率因数，三要看本身的能量损耗（即效率）如何？这里仅以量大面广的交直交变频器为例，阐述它的发展趋势： 主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化，开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。 图1-3 高性能塑壳变频器变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中

58、压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的传动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。目前，低、中压变频器都有这类产品。 脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转

59、矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。 微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向：运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的核，配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强1015倍，以确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中

60、应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。 交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交直交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机（BLDC）”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制