变频器驱动程序的Proteus仿真

2011-01-29时为

扬州职业大学学报 2011年3期

时为

(扬州职业大学，江苏扬州225009)

三相异步交流电机具有结构简单、使用和维护方便、坚固耐用等优点，配合以变频调速控制，在工农业生产中具有广泛的应用。使用单片机产生三相SPWM驱动波形，驱动三相功率模块获取频率可变的三相交流电源，并用其驱动三相异步电机，调整三相异步电机的转速。本文探讨了使用单片机编写三相SPWM驱动程序的方法，使用Proteus仿真软件运行所编写的程序，直接观察到由程序所产生的SPWM波形。

1 单相SPWM的基本原理

SPWM的实质是将一个正弦波的大小变化，用与之对应的幅度相同、宽度不同的脉冲来表示，这样可以将正弦波转换成计算机的程序，通过程序运算处理，产生所需要的正弦波形[1]。以面积等效的SPWM算法为例，一个正弦波的SPWM转换原理如下:

设正弦波表达式为:(Us/2)sinωt，将其在一个周期中等分为N份，每份宽度为Δt，取出其中的一份计算其面积:

与之对应的等效脉冲的面积S2=δ×Us，根据面积等效原则有S1=S2，即:

图1 面积等效SPWM算法

其中正弦波每份的宽度由设计师在程序中设定，当用户选定好电机工作频率f以后，所有编程所需的参数就可以确定了。面积等效SPWM算法的示意图见图1。

2 面积等效算法的三相SPWM编程原理

SPWM编程的关键在于确定在一个正弦波等分区间中，I/O控制端口何时送出逻辑“1”(高电平Us)，何时送出逻辑“0”(低电平0)，从kΔt到kΔt+δ区间，计算机I/O端口送出逻辑“1”;从kΔt+δ到(k+1)Δt区间，计算机I/O端口送出逻辑“0”;以此类推，再重复下一个从(k+1)Δt到(k+2)Δt循环。

图2 用户输入频率数据处理

在程序中，将计算所需的cosωkΔt(k=0，1，2，…N)事先计算好，放于计算机的ROM之中，其它的参数根据用户设定的电机工作频率f由计算机进行实时计算获得。

V相正弦的－120°和W相正弦的－240°初相角的起始点按如下方法确定:将一个正弦周期分为N等分，设U相SPWM以k=0为起点开始计算，则以k+2N/3等分点开始计算的正弦的初相角为－120°，以k+N/3等点分开始计算的正弦的初相角为－240°。编程思想见图2和图3。

图3 PWM周期中断服务程序

3 单片机的选择

在工业控制领域，目前常用的控制电动机的芯片是PIC系列的单片机，本文选择型号为dsPIC33FJ16MC304的16位的具有dsp和单片机功能的芯片，这是一款针对电机驱动领域的应用由MicroChip公司生产的单片机芯片，其6路互补PWM输出的硬件结构见图4[2]。

图4 dsPIC33FJ16MC304的PWM硬件结构

dsPIC33FJ16MC304具有6路PWM脉冲输出(三路PWM互补输出):PWM1H3、PWM1L3，PWM1H2、PWM1L2，PWM1H1和PWM1L1;同步PWM周期中断，死区的插入和硬件保护控制端口FALAT，具备产生SPWM的条件，用户只需要在相关的控制寄存器中写入相应的控制字即可实现指定的功能。

例如，以下的一段初始化程序可用来设定每一个SPWM脉冲的中断时间，并启动PWM模块的输出功能: