一种变频调速器及其变频调速方法

摘要

本发明公开了一种变频调速器及其变频调速方法。其主CPU通过线路分别联接有键盘显示处理器、保护输入部分、端子排采集部分、E2ROM、复位电路,锁存器通过线路分别与主CPU和EPROM联接,EPROM的高七位地址通过线路与主CPU相联,电机驱动电路通过线路分别与主CPU和模块相联。通过数据信号驱动模块,以达到控制电机变频调速之目的。这种变频调速器不仅构造简单,输出波形质量好,谐波成分低,噪音低,而且低频性能好,转矩大。可广泛应用于钢铁、矿山、石油、化工、建材、纺织、机械、轻工、自来水等行业。

说明书

本发明涉及一种变频调速装置及其工作方法。

已公开发表或公开使用的变频调速器普遍存在系统硬件构造比较复杂，软件设计不够合理、完善，输出波形谐波成分较高，噪音大，低频特性差等缺点，难以适应现代科研、生产之需要。

本发明的目的在于克服上述已有产品和方法的缺陷，而提供一种新型变频调速器，并公开了其新颖的、优化的SPWM方法，其不仅构造简单，输出波形质量好，谐波成分低，噪音低，而且低频性能好，转矩大。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

一种变频调速器及其变频调速方法，由主CPU、键盘显示处理器、保护输入部分、锁存器、端子排采集部分、EPROM、E²ROM、电机驱动电路、模块和复位电路构成，键盘显示处理器、保护输入部分、端子排采集部分、E²ROM、复位电路分别通过线路与主CPU联接，锁存器通过线路分别与主CPU和EPROM联接，电机驱动电路通过线路分别与主CPU和模块相联。

变频调速器及其变频调速方法，采用空间电压矢量法，第一相桥臂开通时间T_A、第二相桥臂开通时间T_R和两相桥臂都导通和关断的时间T₀从下式得到：

其中DT—一个开关周期    m—电压振幅    θi—电压矢量角度

电压振幅m由下式得到：

m=F/F_基+K

其中F是当前频率，F_基是基频，K值是[当前频率+(补偿曲线数-1)×51+补偿表的首地址]地址里的数值。

式中DT值是采用伪随机数取得。在50Hz以下是带有补偿的，在50Hz至基频之间V/F的比值恒定，在基频上，采用恒电压输出。

E²ROM是93C46数据存贮器，主CPU是80C196单片机，键盘显示处理器采用89C2051作CPU。

本发明具有以下优点：(1)可以较容易地由单片微型计算机实现；(2)利用空间矢量法产生SPWM信号的方法产生的SPWM波，谐波小，对开关器件的开关速度要求较低，直流电压利用率较高；(3)在控制电路基本不变的前提下，通过改变软件算法，及引进电流反馈，磁通反馈，可实现交流电机的矢量控制：(4)能有效降低噪音；(5)低频特性好，转矩大，适用范围广。

下面结合附图详细说明本发明。

图1是变频调速器结构示意图。

图2是逆变器示意图。

图3是定子复数坐标图。

图4是逆变输出电压矢量图。

图5是线性等效图。

图6是第Ⅰ区间矢量选择及开关次序示意图。

图7足Softcal子程序流程图。

图8是V/F补偿曲线图。

键盘显示处理器1通过线路与主CPU3联接，接受主CPU3传输来的数据并显示之，它还能够把按键的键值传送至主CPU3；保护输入部分2通过线路与主CPU3联接，起检测外部输入过压、欠压、过流、过载的保护作用；端子排采集部分通过线路与主CPU3联接，主CPU3定期检测端子排采集部分5的状态，并作相应处理；锁存器4通过线路分别与主CPU3和EPROM6联接，起锁存作用，EPROM6是程序存贮器，其高七位地址通过线路直接与主CPU3联接；E²ROM7是数据存贮器，通过线路与主CPU3联接，存贮主CPU3运算的相关数据；复位电路10通过线路与主CPU3相联，把复位信号传输给主CPU3；电机驱动电路8通过线路分别与主CPU3和模块9联接，接受主CPU3传来的数据，并产生信号驱动模块9，以达到控制电机变频调速之目的。本发明中的E²ROM7最好是93C46数据存贮器，也可以是2817；其主CPU3最好是80C196单片机；键盘显示处理器最好采用89C2051作CPU。

对于如图2所示的电压型逆变器的感应电机传动系统中，如果对感应电机定子采用图3所示的复数座标系可定义空间电压矢量，如下式：若A、B、C的输出为理想的三相正弦波电压，

则合成电压矢量为一幅值3V/2，角速度ω的匀速旋转矢量，忽略一次漏抗，可得感应电动机的气隙磁通

对于实际逆变器V_A、V_B、V_C的值分别为Ed/2或-Ed/2，因此，只可能有八种合成空间矢量输出，如图4所示。图中括号内“1”代表上管导通，“0”代表下管导通。对于任意位置的矢量，如图5所示的向量可用该八个矢量的时间线性组合来近似等效，具体做法如下：

(1)、将一个圆周划分为六个区间，在每个区间中，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量来进行线性组合。

(2)、正确安排元件的开关次序，使逆变器各桥臂在一个小的时间间隔DT中只经历一个开关周期。

以第一区间为例，如图5，可确定开关次序如图6所示。令将此式表示于α-β座标系中可得下式：令 $>>|>Vr>|>=>>3>>Vd>·>m>/>2>,>$>由上式可得下式：

对于式中的DT采用随机法生成随机数，然后采用查表方式取得。θi通过DT和输出频率F经运算取得公式Δθi=(DT/Tf)·2π(其中Tf=1/F),F为输出正弦波的频率(当前频率)。m=F/F_基+K，其中F_基是基频，m在基频以上为1。在基频以下，为了保证电动机运行效率，采用V/F方法，F/F_基部分为保证电动机运行效率最高，但同时考虑到电动机内部电阻的影响，低频时对电压进行补偿，补偿值为K,K值是采用查表法求得的。

产生PWM输出程序如下：

开始运行→初始化参数T_A、T_B、T₀、Wt、F=0.5Hz→查表求DT→计算Δθ=DWT→调用Softcal子程序(如图7所示)，清Hsocom缓冲区，计算T_A、T_B、T₀、Wt初始值→开Hso中断→调Softcal子程序(如图7所示)，赋Hsocom至缓冲存放区1→从缓冲区1里给Hsocom,Hsotim赋值六次动作输出→调Softcal子程序(如图7所示)，给缓冲区2赋值→ret。

如图8所示，在50Hz以下是带有补偿的，在50HZ至基频之间V/F的比值恒定，在基频上，采用恒电压输出。