一種SPWM變頻調速系統設計

摘 要：隨著數字信號處理技術的發展，數字控制技術已經廣泛地應用在電力傳動控制領域中，變頻技術的數字控制逐漸成為研究的焦點。文章針對一款洗衣機驅動芯片AKM201MPGx調速問題，提出了一種電流環變頻方法。

關鍵詞：電流環；變頻；SPWM

引言

SPWM法是一種比較成熟的，目前使用廣泛的PWM（pulse width modulation）法。采樣控制理論中有這樣一個結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同[1]。SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規律變化，且和正弦波等效的PWM波形。它廣泛地用于直流交流逆變器等[2]。

隨著數字信號處理技術的發展，數字控制技術已經成功地應用在電力傳動控制領域中，變頻技術的數字控制逐漸成為研究的焦點。一般的電機不能在滿負荷下運行，除了達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費[3]，利用變頻技術可以在壓力偏高時通過改變占空比大小以降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節約電能[4]，減小對機體的磨損壓力。如何在電機轉動時進行合理變頻？為解決此問題，文章提出了一種有效的SPWM實時控制方法。

1 SPWM常見控制算法

常見的控制如表1所示：

表1 常見的控制算法

2 電機控制設計

SPWM算法需要對轉速的實時控制，而且所需要的占空比要非常精確。結合上述要求，文章提出了一種檢測電流實時控制轉速的方案。外部驅動控制原理圖如圖1所示，外部驅動具體思路如下：

（1）設置片上定時器/計數器的周期。（2）設置TIMER中斷時間，控制PWM接通時間。（3）設置PWM定時器周期，這個參數決定PWM波形的頻率。（4）設置PWM定時器比較值，這個參數決定PWM波形的占空比。（5）設置PWM死區，為了避免上下橋臂的直通。（6）設置PWM保護機制Trig_Zone，配置電壓過大的PWM的輸出高低。（7）設置PWM中斷，產生soc信號控制ADC采集電流電壓信息。（8）將ADC采集的電流電壓數據傳遞給外部除法器，計算出下一時刻的占空比存于變量。（9）每當PWM中斷來臨的時候讀取寄存器值，進而改變占空比控制電機。（10）霍爾三相位置驅動利用GPIO中斷進行位置判斷。

內部驅動控制原理圖如圖2所示，內部速度調節具體思路如下：（1）設置一個斜坡控制，以保證初始電壓不會太高，導致機體啟動時抖動。（2）速度環進行轉速PI調節，經Clark變換及Park變換以Iq*作為輸出，交給電流環再次進行調節。（3）電流環對q軸電流Iq以及d軸電流Id根據Park反變換得出Uq*和Ud*，再進行SPWM調制。

由圖3可看出，U、V、W三相在工作的時候會有正弦波小范圍的波動。整體看來輸出平穩，實測中并沒有發現毛刺。達到了預期的效果。

4 結束語

（1）由此設計的SPWM調速方法得到的正弦波波形較好，程序簡單，操作方便，并且支持頻率變化范圍較大的SPWM波形，非常適合變頻調速系統，已經成功的運用在一些設備中，達到預期的運行效果。（2）實時計算相對于原始的查表法來說，查表法更適用于那些頻率變化不大，而且查表法若想達到一定的變化幅度勢必要增加數據占用空間。而實時計算則不需要龐大的空間即可完成大范圍的變化。

參考文獻

[1]杜娟娟.變頻技術在電能節約方面的應用及其實踐使用效能[J].科技資訊，2009（34）：78.

[2]喻小平，王鵬輝，葉剛.基于SPWM的光伏發電系統設計[J].中國高新技術企業，2013（7）：38.

[3]李永鑫.變頻器節能技術原理及應用分析[J].電子制作，2013（5）.

[4]呂娣.基于單片機生成SPWM信號控制電機實現變頻調速的設計[J].電腦知識與技術，2014：8320-8321.

[5]萬秋一，李士林，閆鑫，等.一種等面積法生成SPWM波形的算法[J].核電子學與探測技術，2011（5）：588-590.

[6]李曉光，范林.基于TMS320F2812的PWM調制的實現[J].電腦知識與技術，2011：1927-192.

作者簡介：李健鐸（1990-），男，遼寧沈陽人，碩士，研究方向：通信與通訊控制。