分析三相AC/AC變頻器控制研究方案

3 規(guī)則采樣法

在余弦交點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)的AC/AC變頻器中 , 有算法較為復(fù)雜和其輸出的基波電壓幅值較小的缺點(diǎn)。從采樣控制的角度看 ,對(duì)輸入基準(zhǔn)波的采樣值只是在交點(diǎn)處才是有效的 , 所以可以把各交點(diǎn)看成是采樣點(diǎn)?. 因此 , 采樣點(diǎn)是不等距、 不規(guī)則的。由此使得輸出波形的高次諧波成分加大。

規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的PWM波形生成方法。規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。規(guī)則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。使每個(gè)PWM脈沖的中點(diǎn)和三角波一周期的中點(diǎn)(即負(fù)峰點(diǎn))重合，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線(xiàn)近似代替正弦信號(hào)波，用該直線(xiàn)與三角波載波的交點(diǎn)代替正弦波與載波的交點(diǎn)，即可得出控制功率開(kāi)關(guān)器件通斷的時(shí)刻。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線(xiàn)計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。 如圖3所示 , 上部是一組橋的輸出電壓波形圖 , 下部是同步電壓和基準(zhǔn)電壓的波形圖。

圖3:基準(zhǔn)波采樣點(diǎn)和同步波觸發(fā)點(diǎn)。

系統(tǒng)在自然換相點(diǎn)采樣基準(zhǔn)波得到的采樣值 , 如圖中 1、2、3、------, 各點(diǎn) , 然后按這些采樣值在同步電壓波上計(jì)算相應(yīng)的觸發(fā)控制角 , 如圖中1'、2'、3'、------,各點(diǎn) . 這些點(diǎn)就是要求的換相點(diǎn)。

本系統(tǒng)采用給定基準(zhǔn)波幅值和頻率 , 然后查正弦表得到采樣點(diǎn)的基準(zhǔn)波瞬時(shí)值 .正弦函數(shù)按等時(shí)間間隔(3.3ms)離散化 , 依次存在 DSP 內(nèi)存的 256 個(gè)單元中 .DSP 響應(yīng)電源同步信號(hào)中斷 ( 即自然換相點(diǎn) )時(shí) , 按步長(zhǎng)A( 即地址差 ) 查表 , 每查一次瞬時(shí)值， 將查表地址遞增 A. 當(dāng)查表地址遞增到 256 時(shí)便完成一次循環(huán) , 對(duì)應(yīng)的時(shí)間等于一個(gè)輸出周期 T0, 所以變頻器的輸出頻率與查表步長(zhǎng)之間的關(guān)系為：

由上式可見(jiàn) ,fo 與 A 成正比 , 改變 A 即可改變輸出頻率實(shí)現(xiàn)變頻。 查表得到的瞬時(shí)值乘以 K 值即可改變輸出電壓幅值 , 以實(shí)現(xiàn)變壓。 然后根據(jù)瞬時(shí)值查同步電壓波的反余弦函數(shù)表 , 得到觸發(fā)角的值 , 轉(zhuǎn)化成 DSP 的定時(shí)量。 定時(shí)到， 則觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。

為了使變頻器輸出對(duì)稱(chēng) , 三相給定的正弦函數(shù)互差 To/3, 并與各自的反組正弦函數(shù)波成軸對(duì)稱(chēng)。 用表地址描述的時(shí)間軸即 0、To/3、To/2、To 時(shí)刻分別對(duì)應(yīng)于表地址：××00H、××55H、××7FH、××FFH.所以只需制作一張正弦函數(shù)表 , 三相查取給定電壓波瞬時(shí)值的地址始終互差 55H, 這樣就實(shí)現(xiàn)了三相對(duì)稱(chēng)輸出。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4:阻感負(fù)載的電壓電流波形。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看 , 采用此算法的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠 , 調(diào)制的頻率可按照設(shè)定要求輸出 , 電流過(guò)零死區(qū)小于 1ms, 滿(mǎn)足控制要求 , 電壓電流波形比前兩種控制策略所得波形更佳 , 并且由于規(guī)則采樣減少了輸出波形中的次諧波含量 , 從而可以擴(kuò)大 AC/AC 變頻器輸出頻率的上限。

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