分析三相AC/AC变频器控制研究方案

3 规则采样法

在余弦交点法实现的AC/AC变频器中 , 有算法较为复杂和其输出的基波电压幅值较小的缺点。从采样控制的角度看 ,对输入基准波的采样值只是在交点处才是有效的 , 所以可以把各交点看成是采样点?. 因此 , 采样点是不等距、 不规则的。由此使得输出波形的高次谐波成分加大。

规则采样法是一种在采用微机实现时实用的PWM波形生成方法。规则采样法是在自然采样法的基础上得出的。规则采样法的基本思路是：取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期。使每个PWM脉冲的中点和三角波一周期的中点(即负峰点)重合，在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的一条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻。比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。 如图3所示 , 上部是一组桥的输出电压波形图 , 下部是同步电压和基准电压的波形图。

图3:基准波采样点和同步波触发点。

系统在自然换相点采样基准波得到的采样值 , 如图中 1、2、3、------, 各点 , 然后按这些采样值在同步电压波上计算相应的触发控制角 , 如图中1'、2'、3'、------,各点 . 这些点就是要求的换相点。

本系统采用给定基准波幅值和频率 , 然后查正弦表得到采样点的基准波瞬时值 .正弦函数按等时间间隔(3.3ms)离散化 , 依次存在 DSP 内存的 256 个单元中 .DSP 响应电源同步信号中断 ( 即自然换相点 )时 , 按步长A( 即地址差 ) 查表 , 每查一次瞬时值， 将查表地址递增 A. 当查表地址递增到 256 时便完成一次循环 , 对应的时间等于一个输出周期 T0, 所以变频器的输出频率与查表步长之间的关系为：

由上式可见 ,fo 与 A 成正比 , 改变 A 即可改变输出频率实现变频。 查表得到的瞬时值乘以 K 值即可改变输出电压幅值 , 以实现变压。 然后根据瞬时值查同步电压波的反余弦函数表 , 得到触发角的值 , 转化成 DSP 的定时量。 定时到， 则触发相应的晶闸管。

为了使变频器输出对称 , 三相给定的正弦函数互差 To/3, 并与各自的反组正弦函数波成轴对称。 用表地址描述的时间轴即 0、To/3、To/2、To 时刻分别对应于表地址：××00H、××55H、××7FH、××FFH.所以只需制作一张正弦函数表 , 三相查取给定电压波瞬时值的地址始终互差 55H, 这样就实现了三相对称输出。

4 实验结果

图4:阻感负载的电压电流波形。

从实验结果来看 , 采用此算法的系统运行稳定可靠 , 调制的频率可按照设定要求输出 , 电流过零死区小于 1ms, 满足控制要求 , 电压电流波形比前两种控制策略所得波形更佳 , 并且由于规则采样减少了输出波形中的次谐波含量 , 从而可以扩大 AC/AC 变频器输出频率的上限。

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