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基于單片機和大容量存儲器組合的特定消諧式電動車用變壓變頻系統(tǒng)
摘要：特定消諧技術(shù)應用于以單片機83c552和大容量存儲器27pc040為核心的電動車用變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。通過對控制信號的調(diào)整，系統(tǒng)可實現(xiàn)變壓、變頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的閉環(huán)控制。由特定消諧技術(shù)得到的開關(guān)角所確定的控制規(guī)律可以用較低的開關(guān)頻率消除較多的低次諧波，使變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出高質(zhì)量的正弦波。該系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了變壓變頻調(diào)速并且改善了電動車的運行性能。關(guān)鍵詞：電動車；特定消諧；變壓變頻
電動車作為新型交通工具，具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點［1］。電動車由蓄電池、充電系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、車體等部分組成，其中調(diào)速系統(tǒng)是電動車的重要組成部分［2］。由于交流調(diào)速比直流調(diào)速有諸多優(yōu)點，調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是交流調(diào)速系統(tǒng)所占的比例越來越大［3］。
現(xiàn)有的交流調(diào)速系統(tǒng)種類繁多，其中變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是效率最高、性能最好的調(diào)速系統(tǒng)［3］。變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行調(diào)速時，需要同時調(diào)節(jié)定子電源的電壓和頻率，以保證電動機中每極磁通量為額定值。
變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出諧波會使異步電動機的損耗增大，效率降低，功率因數(shù)降低，并會產(chǎn)生電 磁噪聲等。而最大的影響則是諧波導致轉(zhuǎn)矩的脈動，最終造成轉(zhuǎn)速的脈動［3］。特定消諧技術(shù)是一種有效的消除諧波的方法，它能通過計算出來的開關(guān)角消除指定次諧波，以較低的開關(guān)頻率消除較多的低次諧波［4］。隨著計數(shù)器、光電耦合器等電子器件的速度不斷提高，存儲器容量的不斷增大，將對應不同輸出基波電壓的大量開關(guān)角組存儲并快速尋址、傳輸成為可能。因此，將特定消諧技術(shù)應用于變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中可以得到特定消諧式變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。
電動車用特定消諧式變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由蓄電池供電，將直流電通過逆變電路變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流電，驅(qū)動三相交流電動機，使電動車可以勻速和變速行駛，并且具有多種控制功能。
1 系統(tǒng)簡介
1．1 特定消諧技術(shù)的基本原理
上世紀70年代美國密蘇里大學的h．s．patel和r．g．hoft提出的特定消諧技術(shù)［4］具有消除諧波次數(shù)多、殘余的諧波分量幅值小、電壓利用率高等優(yōu)點。
在特定消諧技術(shù)中，首先是根據(jù)人為設(shè)計的逆變器輸出波形的特點及擬消除諧波的次數(shù)和個數(shù)來建立輸出波形的數(shù)學模型，然后由數(shù)學模型求解開關(guān)角以得到所希望的輸出波形，從而達到逆變器的輸出波形中不含擬消除次數(shù)及個數(shù)諧波的目的。
1．2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
電動車用特定消諧式變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變壓、變頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、鎖存、保護等功能，可以輸出高質(zhì)量的正弦波。
系統(tǒng)主電路（逆變電路）如圖2所示，其開關(guān)管的型號為pm25rsb120（ipm）。主電路將蓄電池提供的直流電變換為電壓和頻率可調(diào)的三相交流電。
單片機83c552是一個專為實時閉環(huán)控制場合而設(shè)計的高性能微控制器，它有8路輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和兩路脈寬調(diào)制輸出。本系統(tǒng)中它對輸入端的電壓、頻率控制信號與電壓、頻率反饋信號進行比較，如有誤差則對輸出端的電壓、頻率控制信號進行調(diào)整，達到相對于控制信號的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻。
單片機處理后的電壓控制信號通過鎖存電路送給存儲器的高位地址，單片機處理后的頻率控制信號從pwm端輸出并濾波后經(jīng)壓頻變換電路和循環(huán)計數(shù)電路送給存儲器的低位地址。按特定消諧原理計算好的開關(guān)角量化數(shù)值存在存儲器中，以便在變壓變頻過程中被實時地選取。存儲器高位地址的狀態(tài)決定了逆變器的輸出電壓，循環(huán)計數(shù)器的計數(shù)頻率決定了逆變器的輸出頻率。存儲器數(shù)據(jù)端的信號經(jīng)驅(qū)動隔離電路送入逆變電路中各開關(guān)管的控制端，從而使系統(tǒng)輸出電壓和頻率可變的電信號，控制電動車的調(diào)速運行。為了保持電動車中電動機的轉(zhuǎn)矩恒定，在電動機的基頻（50hz）以下應使輸出電壓和輸出頻率同步調(diào)節(jié)。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 壓頻變換電路
壓頻變換電路如圖3所示，其核心器件是壓頻變換器vfc32，它的輸出頻率與輸入電壓之間為線性關(guān)系且最高輸出頻率可達500khz。存儲器中某一輸出電壓的一個周期開關(guān)角量化數(shù)值存儲空間對應地址線的低12位，容量為4kb。逆變器輸出頻率為50hz時，vfc32的輸出頻率應為200khz。
vfc32的主要外接器件有積分電容c1和輸入端電阻rin。其參數(shù)按下述公式計算：
式中：fmax是滿量程輸入vinmax時對應的輸出頻率。輸入電阻rin由固定電阻r1和電位器p1組成，以便調(diào)節(jié)壓頻關(guān)系。本系統(tǒng)中fmax＝200khz，vinmax＝5v。共2頁: 1 [2] 下一頁 論文出處(作者):
建筑物內(nèi)電子設(shè)備諧波問題的探討
設(shè)計階段與出圖深度
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