一种小功率通用变频器的设计
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增大字体2 系统设计
2.1 硬件电路
我们开发的小功率通用变频器，采用单相交流供电，经整流滤波后送入逆变桥，再由逆变桥将该直流电逆变成三相VVVF（variablevoltagevariablefrequency）电源，以驱动电机。整个系统分为主电路和控制电路两部分。系统构成框图如图3所示。
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主电路采用二极管整流，大容量的电解电容滤波，IPM模块为主电路的核心部分，它包含6个IGBT构成三相逆变桥，且各有自己的驱动电路和保护电路，整个模块还有短路及控制电路欠压保护功能。它的输入可以兼容TTL电平输入。
控制电路主要有控制电源和以SA866为核心的SPWM波发生及驱动电路。控制电源采用7805和7815提供直流稳压电源。SA866AE通过10位数模转换器和外接正反向方向脚,可实现转速的连续调节和正反向切换。所有的运行参数，包括载波频率、波形、最小脉冲宽度、死区脉宽和V/f曲线等都是通过外接的EEPROM编程。由于输入电压和反馈能量都将直接反映在直流环节上，所以，整个系统的电压电流检测及保护取样均集中在直流环节。驱动逆变桥所须的PWM信号则由ASIC芯片SA866提供，经反向后送给IPM模块。
EEPROM选用93LC46，它只须＋5V的电压即可工作。可重复地擦写106次。该芯片的封装形式为DIP－8，其中VCC和VSS分别为5V电源输入的正负端，CLK为时钟信号输入端，DI为数据输入端，DO为数据输出端，ORG为内部数据的存储结构，进行8位或16位的选择。将需要设定的参数写入EEPROM，系统在上电时就自动从EEPROM里面将参数字读入SA866，依据所设定的参数字，系统产生相应的脉冲波形用来控制主电路中模块的开或关。
2.2 参数计算与设定
1）载波频率(CFS)载波频率是外接时钟频率和一个倍率系数N的函数，N的十进制值由初始化寄存器中的一个3位的CFS字决定。载波频率fCARR由式（1）决定。
fCARR=fCLK/(512×2 n＋1) （1）
式中：fCLK为时钟输入频率，本系统所选用的晶振为20MHz。取n=1，CFS=001，实际fCARR==9.766kHz。
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2）输出电源频率范围(FRS)频率范围给出了输出频率的上限值。频率范围fRANCE=fCARR×2m/384，取m=1，即FRS=(001)B。
3）死区时间（tpdy）tpdy=（63－PDY）/（fCARR×512）；PDY在0～63之间，取PDY=37=（100101）B；则实际的tpdy=(26/26.2144)5μs=4.959μs。
4）脉冲取消时间(PDT)经调制后SPWM的脉宽可以很小，但实际上，过小的脉宽没有用，因为时间过短，功率管还没来得及完全打开就关闭了，只增加了功率管的损耗，降低了系统的效率。脉冲取消时间tpd=(127－PDT)/(fCARR×512)；依此公式，若定义最小宽度为3μs，实际最小脉宽为tpd－tpdy，则tpd=7.959μs，可得PDT=85.272，取PDT=85=（1010101）B，因此，实际tpd=8.01μs，脉冲最小宽度为tpd－tpdy=8.01μs－4.959μs=3.051μs。
5）波形选择SA866AE有三种标准波形供选择，即纯正弦波，正弦波带三次谐波（增强型）和带死区的三次谐波（高效型）。波形采用对称技术保证每个功率管的开通角度相同。本系统选用带三次谐波的正弦波作为调制波，即有：WS=（01）B。
6）V/f曲线控制FC用来确定是线性定律还是风扇定律，本系统设定工作在线性曲线状态，即FC=0。图4为SA866AE/AM所提供的线性特性。PED是一个8位参数，用来确定在频率为0时电机上的电压。如果设置PED=255，则VVVF线性特性没用。Pedestal(％)=PED×100/255，本系统的初始值设定为10％，可得PED=25.5，取25，实际的Pedestal(％)=9.8。GRAD为一个8位二进制数，决定恒转矩区曲线的斜率，根据基频和PED值计算：GRAD=(255－PED)×fRANGE/（16×fbase）；GRAD255，取fbase=50Hz；则有GRAD=15=（1111）B。
7）其他参数由于线性曲线中不用KAY，在此KAY=（0000000）B；A/D转换的零阈值的控制参数ZTH=（00）B；将上述所有参数字经统计得CHKSUM=（001）B。AWS=（0000）B。
由上述计算可得到参数分布表如表1所列。
表1 参数分布表
ADDRESS | MSB(15～8) | LSB(7～0) |
001100 | 00001111 | 00011001 |
001101 | 10010100 | 10101010 |
001110 | 00101001 | 00000000 |
001111 | 11111110 | ＊＊＊＊＊＊＊＊ |
表中“＊”表示任意项，在写入时写成01010101
4 试验应用结果及结论
根据设计做成的通用变频器,进行了调速、起动、停止、反向、过载调节和加减速时间调节等试验，试验表明，该变频器各项性能良好，符合设计要求，并已先后在广东和江苏等地的空调制冷机、压缩机、纺织生产线和塑料制品生产线上得到应用。该变频器结构简洁、成本低、可靠性高、具有较高的性价比和灵活的适应性，是驱动小功率电机及此类生产线最理想的选择。
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作者：佚名
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