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1、电气传动第十五讲第1页，本讲稿共18页第四节三相六拍逆变器开关信号的生成第五章第五章 电动机微机控制电动机微机控制第五章第五章 第一节三相六拍逆变器开关信号的生成第一节三相六拍逆变器开关信号的生成 逆变器最简单的开关控制是方波控制。如果按左下表所示的顺序及导通区间开通和关断六只功率器件，就可以得到右下图所示的输出相电压和线电压波形。左图所示为三相逆变器主电路。第2页，本讲稿共18页第五章第五章 第一节三相六拍逆变器开关信号的生成第一节三相六拍逆变器开关信号的生成一、硬件连接 若计算机的输出接口是八位，可取低六位做为控制T1T6 的输出端，并加上驱动以提高输出驱动能力。二、软件对应不同的导通组和
2、，T1T6 的输入，即计算机的CPU 通过接口的输出是什么？由右下表看出：当计算机输出1CH 时，T5、T6、T1 的输入为高电平，使之导通。而输出为38H 时，T6、T1、T2 的输入为高电平，使之导通。如果按一定的间隔，顺序输出上表所列的开关数据，就可以得到上表所列的导通顺序，进而得到前页图所示的输出电压波形。第3页，本讲稿共18页第五章第五章 第二节异步电动机的变频调速运行第二节异步电动机的变频调速运行第二节异步电动机的变频调速运行一、调速指令的输入延时问题：1开关量输入1模拟量输入2数字量输入3二、变频调速在控制上要解决的问题：每种开关状态在运行时都需要维持一定的时间，以保证所要求的频
3、率。对应不同的输入频率，延时时间的长短应该是不一样的，因此要求延时程序有不同的延时时间。延时程序中延时时间的计算2由前面讲到的内容大家可以知道逆变器的输出频率为：其中：T 绕主程序一周所需要的时间。而在这当中，延时环节占了很大的比重。因此该程序的时间设定很重要。第4页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行第三节异步电动机的SPWM运行 SPWM 控制方式就是将逆变器输出电压波形分割成若干个脉冲，而在一个周期内，各脉冲的宽度按正弦规律变化。在这种情况下，电动机可以在等效的正弦电压下运行，有效抑制了在非正弦交变电压下运行时所产生的高次谐波影响。从
4、前面介绍的内容可知，使用硬件电路产生SPWM 控制波时，可以通过三角波(载波)和正弦波(参考波)相比较，取交点做为SPWM 波的前沿和后沿。使用微机生成SPWM 控制波的方法很多，下面介绍一种用微机软件生成SPWM 控制波的方法。第5页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行一、硬件 以一个八位并口(A口)做为输入口，输入八位二进制数；以另一个八位并口(B)口做为输出口，取低六位接六只功率器件。如下图所示。第6页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行二、软件波形分析：以六脉冲为例(见下图波形)
5、。1从波形图可以看出：(1).每个区段(六脉冲时为60)内均分成4 个小区段；(2).4个小区段的开关状态均从15H 开始到2AH止，以060为例：14小区段中每种状态都是只有一只桥臂的管子换流，执行到4 时三个桥臂均换流一次。(3).从一个区段到下一个区段时，三只管子同时换流。第7页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行 为分析方便起见，将波形宽度分为3、5、7三种;在相位上，PB0(T1)与PB1(T4)、PB2(T3)与PB3(T6)、PB4(T5)与PB5(T2)互差180。PB0(T1)超前PB2(T3)120，PB2(T3)超前P
6、B4(T5)120。由图可知，PB0(T1)、PB1(T4)是A 相，PB2(T3)、PB3(T6)是B 相，PB4(T5)、PB5(T2)是C 相。在将360分成六份后，可以分析出(看T1、T3、T5)脉冲宽度的变化规律：第8页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行任取一个60 度区间(060)，将波形放大后为：由图可知，一个区段可分成4 个小区段，可以有4 种输出状态，(15H、16H、1AH、2AH)。按原来讲述的内容，只要能确定各小区段的长度(持续时间的长短)，就可用计算机生成此波形。生成一个脉冲需要输出4 种开关状态和4 个延迟时间
7、h1、h2、h3、h4，共八个数据；六个脉冲则需48 个数据。按一定的规律存储这些数据，并按一定的规律取出这此数据，即可生成前述波形。依此法分析其它区间，我们均可以发现每个区段都可以分成4 个小区段，且可求出其各区段的输出状态。第9页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行程序框图：2C 作为计数器使用，用以判断目前正在执行第几个小区段(C 的初值为4)；寄存器的分配：(1)A 用于运算及通过I/O 口对数据进行输入与输出；B 短时存储开关状态；HL 存储数据表格的地址指针。关于无效零时间(2)当上下两只管子的开关状态互换时，有可能由于开关时间
8、的滞后，该关的管子未关，而该通的管子已导通，造成上下桥臂的直通，也就是短路，损坏功率器件。控制波应有一段很短的时间，使上下两只管子同时关断，然后再交换开关状态。我们将这一段时间(t0)叫做无效零时间。它的长短与功率器件的开关速度有关，一般为10s 左右。前后两种开关状态做“与”运算，产生载效零状态。如15H 到16H，A 相换流：关于无效零状态(3)在输出16H之前，先输出14H，此时A相上下两只管子同时关断，然后再输出16H。第10页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行程序框图：(4).框图中的第一个输出，为无效零时间状态的输出，第二个输
9、出为开关状态的输出，两个输出之间的时间间隔即为无效零时间。说明：.寄存器初始化时，HL中的内容是数表格的底地址(最后一个数据的地址)，而数据表格的起始地址即最小地址应使L为00H。.在寄存器初始化时，B应为一种输出状态，这种输出状态与下一个输出状态相与，正好是无效零时间的状态。第11页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行SPWM数据表格的编制：3 由前面的波形图及分析可知，SPWM 波的中心线是等踞的，也就是各区段的长短是相同的，这给程序的设计带来了方便。在SPWM 波形上做出T1、T3、T5 的基波与直流分量的合成图(上图为T1)。主电路
10、逆变器的功率器件在这样的信号控制下，其输出端电压可以用下式表示：式中：a 代表正弦波的幅值，其值随频率变化；也就是说与区段的时间基数有关，可由时间基数确定。b 为常数。第12页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行若一个区段内的状态数为：s=208+16h20+16+36+152+25+16n5=16(h+n)+412s=脉冲数s则一个周期的状态数为：而一个周期的时间为：若一个周期为6 个脉冲，则：s=6s=616(h+n)+412若取n=1，从程序可以看出，逆变器输出最高频率fm。取fm=60Hz，可以有：当fc=2MHz 时，可以算出h=
11、320，即：h1+h2+h3+h4=320一个区段内的状态数的计算：第13页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行a，b值的确定:在一个区段内某一项的大小都与a 值有关，也可以说都与h 有关，即与此相导通的时间有关。所以a 值可以通过h 来确定。从前述波形可以看出，正弦波最大值为2a+b，最小值为b。而时间基数的总和为h=320。在一个区段内某管不可能在整个时间基数内都导通，至少有h=1 的时间内不导通。由此，可以得到正弦波最大值：2a+b=h-1=320-1对应图中的最小值，取b=1，则可有a=159。a，b 确定之后，我们就可以确定各时刻
12、的A、B、C 值了，而实际上这三相幅值就是各区段各相导通的时间长度。由此时间长度即可确定h1、h2、h3、h4。以六波头的SPWM 波为例，每60 一个脉冲。为了避免不对称，取60 的中点做为计算点，确定一个脉冲区间的4 个时间基数。第14页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行时间基数的确定:取30为区间中心，由前述知一个脉冲区间：h=320，b=1，a=159，则：依此计算其余各脉冲区间的时间基数，可有下表所示的数据表格：第15页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行数据的存储方法：4
13、从底地址开始(例如六波头从2230H 单元开始)：一直存到2201H单元。执行时，当L1 后，L 的内容为00H 时，则重新将L 置成30H，从头执行。第16页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行三、输出频率和输出电压的计算：输出频率计算：(以六脉为例)1当fc=2MHz，h=320为已知时，则f=f(n)。当n=1 时，当n=7 时，当n=10 时，f=58Hz；当n=255时，f=34.7Hz。由前述，六个脉冲区间的时间为：则输出频率为：第17页，本讲稿共18页第五章第五章 第三节异步电动机的第三节异步电动机的SPWMSPWM运行运行输出电压计算：(以六脉冲为例)2第18页，本讲稿共18页