基于DSPIC30F3011的数字式变频器

    孙宗宇

(兰州理工大学，陕西兰州730050)

    摘要：数字式变频器已广泛应用与交流调速系统中，采用准优化SPWM调制技术口j提高电压利用率，输出的线电压为正弦波，实现简单。该系统利用规则采样法，以DSPIC30F3011为核心处理器，为3.75 kW的中央空调设计了一款数字式变频器，经实际运行表明，该变频器运行稳定，性能良好，精度高。

  关键词：变频器；DSPIC30F3011；SPWM

  中图分类号：TlVl34  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)12—0052—03

    现代交流调速系统中，变频器由于良好的性价比已经被越来越广泛的应用。受某公司的委托为3.75 kW的中央空调设计出了一款适合其工作特性的变频器。系统主电路采用交一直一交电压型变频方式，并采用Microchip公司的DSPIC30F301 1芯片结合驱动电路实现了SPWM调制方式。样机实验表明，其控制效果良好，运行稳定，性价比高。

1算法的实现

    在各种PWM调制方法中，SPWM以其输出波形好、易于实现而得到普遍应用，并成为数字式变频调速系统中最常用的方法[1]。而对于实际工程来说，只要算法简单、误差小即可满足要求，而规则采样法由于算法简单，易于编程实现，而且精度也能满足要求，因此工程中比较常用。

    传统SPWM方式下的规则采样法如图1所示    

脉宽时间的计算公式：

其调制波采用正弦波，方程为：

式中：M为调制度；ω为调制频率：

    对于三相逆变电路来说，有如下关系：

式中：Usm为输出相电压；Ud为直流侧电压。Usm可

以通过电机的压频特性曲线确定，压频特性曲线如

图2所示。由式(3)可得到：

 

    Ud可由输入电压确定，因此调制度M只与输出电压的频率f有关，可通过给定频率确定。本系统还可通过上位机或键盘修改压频特性曲线的参数，应用方便。

    对于传统的以正弦波为调制波而言，其调制度M仅可在0～I之间变化，因此即使调制度达到****M=I，变频器输出的****线电压也仅为直流侧电压的0．866。为了提高电压利用率，使输出电压范围更宽，本系统采用准优化sPwM技术，用正弦波叠加==次谐波形成的鞍形波作为调制波，如图3所示，其数学方程为”…：

   百分=时[sin(fjJ￡)+O．25s(：3wt)]  (5)

    图3鞍形调制波

    这种调制技术由于引入了三次谐波，因此，在波峰附近下凹、平坦，调制度大于1 2时才出现超调，输出线电压为正弦波，当满调制时输出线电压略大于直流侧电压。

    鞍形波调制法使得变频器的调压范围更宽，而且其算法与正弦调制波的方法相同。实现方法是，先通过设定的压频特性方程和给定频率确定M，然后通过式(1)计算出脉宽时间。对于sPwM，视载波比Ⅳ的变化与否，有同步调制和异步调制两种。两种方法各有优、缺点。实际工程常采用将同步调制和异步调制相结合的分段同步调制，当每段的载波比Ⅳ都为6的倍数时，不但可抑制谐波，保证输出正、负半波的对称而且也已易于软件的实现。因此，本系统采用了分段同步调制，每段载波比均为6的倍数。

2系统设计

2 1控制芯片介绍。

    本系统选用微芯科技公司的DsPIc30F30¨为控制芯片，这是一款专门为电机控制设计的16位数字信号控制器(Mcu+DsP)。它最显著的特点是片内有1个6通道的电机控制PwM模块，该模块支持三相交流感应电动机、开关磁阻电动机、直流无刷电动机、uPs等电机和电源的控制，通过编程可产生三相6路PwM信号，而且还提供了死区设置，死区时间通过设定输入时钟预分频器的值和一个6位无符号寄存器的值确定，****死区时间可设为4096个指令周期，这些设置大大简化了生成PwM波的软