用于单相电机调速的单片PWM控制技术

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:633

薛英杰　谢运祥等

1 引言

　　随着家用电器产品变频技术的发展，单相电机的变频调速已成为一种可行的方法，在这种调速系统中，脉宽调制(pwm)技术仍然是提高调速性能的主要手段^{［1，2，3］}。虽然pwm技术的实现方法很多^［4］，然而，为了降低产品的制造成本，采用微机控制软件实现pwm控制具有成本低、调制方式灵活等特点，比较适合于家用电器产品的要求。本文针对洗衣机电机的调速要求，提出了采用直接pwm(dpwm)软件计算的方法，并在avr系列单片机at 90c8535上实现，该方法可以很容易地实现电机的恒v/f比调速，其pwm算法简单，易于实现，是一种较为实用的方法。

2 直接pwm技术的算法

　　常用pwm技术的基本原理是利用高频载波与控制波进行比较，从而产生经过调制的pwm波。为满足逆变电源的需要，减小输出电压的谐波含量，载波信号采用对称的三角波实现pwm 输出波形的对称双边调制，使输出电压不含偶次谐波。

　　用软件产生pwm波形的算法有很多方法，如：采样spwm法、均值pwm法、直接pwm法等，其中spwm法有三种不同形式：对称规则采样spwm、非对称规则采样spwm、平均对称规则采样spwm，以平均对称规则采样spwm的算法简单，应用较为广泛。spwm的主要缺点就是电源电压利用率不够高，即输出电压不高。均值pwm法的基本思想是根据等面积pwm控制方式的原理，选择最佳脉冲中心线位置，使得其pwm波形的谐波成分量小，均值pwm法具有微机实现简单方便的优点，且对各次谐波的抑制均有很好的效果。直接pwm法与均值pwm法类似，也是使相同时间间隔内的pwm波的面积与调制波的面积相等，其主要的优点是，在调制比固定时，控制规律正比于调制深度而反比于输出频率，特别使用于电机的控制，因此本文选择直接pwm法。 

　　直接pwm法的调制原理如图1所示，假定一个周期内pwm波的脉冲数(即载波比)为2n，将参考正弦波u_msin ωt的整个周期t分为2n等份，则每个区间的长度(即载波周期)为ts=t/2n，在第i个区间正弦波的面积为：

　　设输出pwm波的幅值为e，若采用单极性调制，则第i个区间内的pwm波形所围面积为：

　　　　

　　若采用双极性调制，则第i个区间内的pwm波形所围面积为：

　　式中，t_pi为脉冲的宽度，考虑到有ts=t_pi+2t_g_i，令s_r_i=s_pi，由式(1)和式(2)整理可得：

　　式中m=u_m/e为调制深度，由式(4)或式(5)可分别计算出pwm的脉冲换相点公式为：

　　由图1可知，等面积pwm法生成的pwm波形在t/2处是点对称的，因而可推导出：

　　在上述计算公式中，式(8)为单极性pwm调制，式(9)为双极性调制。在计算过程中，虽然δi的表达式包含有三角函数的计算，但它仅与n有关，一旦n确定后，可事先将计算好的δi存入内存中，需要时通过查表方式获取即可。从k的表达式可以看出，k正比于调制深度而反比于基波频率ω。这对于电机的变频调速系统，通常使u/f比为常数来达到恒转矩控制，即只需使k值为一个常数即可。

3 单片机实现pwm技术的设计

　　采用单片机实现pwm，为了保证能够满足变流电路的控制性能要求，设计时必须处理好以下几个技术问题。

3.1 载波比

　　采用微机生成pwm波时，必须事

薛英杰　谢运祥等

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2 直接pwm技术的算法