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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
摘要：特定消諧技術應用于以單片機83c552和大容量存儲器27pc040為核心的電動車用變壓變頻調速系統。通過對控制信號的調整，系統可實現變壓、變頻、穩壓、穩頻的閉環控制。由特定消諧技術得到的開關角所確定的控制規律可以用較低的開關頻率消除較多的低次諧波，使變壓變頻調速系統輸出高質量的正弦波。該系統有效地實現了變壓變頻調速并且改善了電動車的運行性能。關鍵詞：電動車；特定消諧；變壓變頻
電動車作為新型交通工具，具有節能和環保的優點［1］。電動車由蓄電池、充電系統、調速系統、車體等部分組成，其中調速系統是電動車的重要組成部分［2］。由于交流調速比直流調速有諸多優點，調速系統的發展趨勢是交流調速系統所占的比例越來越大［3］。
現有的交流調速系統種類繁多，其中變壓變頻調速系統是效率最高、性能最好的調速系統［3］。變壓變頻調速系統進行調速時，需要同時調節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。
變壓變頻調速系統的輸出諧波會使異步電動機的損耗增大，效率降低，功率因數降低，并會產生電 磁噪聲等。而最大的影響則是諧波導致轉矩的脈動，最終造成轉速的脈動［3］。特定消諧技術是一種有效的消除諧波的方法，它能通過計算出來的開關角消除指定次諧波，以較低的開關頻率消除較多的低次諧波［4］。隨著計數器、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角組存儲并快速尋址、傳輸成為可能。因此，將特定消諧技術應用于變壓變頻調速系統中可以得到特定消諧式變壓變頻調速系統。
電動車用特定消諧式變壓變頻調速系統由蓄電池供電，將直流電通過逆變電路變為頻率可調的三相交流電，驅動三相交流電動機，使電動車可以勻速和變速行駛，并且具有多種控制功能。
1 系統簡介
1．1 特定消諧技術的基本原理
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［4］具有消除諧波次數多、殘余的諧波分量幅值小、電壓利用率高等優點。
在特定消諧技術中，首先是根據人為設計的逆變器輸出波形的特點及擬消除諧波的次數和個數來建立輸出波形的數學模型，然后由數學模型求解開關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及個數諧波的目的。
1．2 系統總體設計方案
電動車用特定消諧式變壓變頻調速系統的原理框圖如圖1所示。系統能夠實現變壓、變頻、穩壓、穩頻、鎖存、保護等功能，可以輸出高質量的正弦波。
系統主電路（逆變電路）如圖2所示，其開關管的型號為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的三相交流電。
單片機83c552是一個專為實時閉環控制場合而設計的高性能微控制器，它有8路輸入的模數轉換器和兩路脈寬調制輸出。本系統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整，達到相對于控制信號的穩壓、穩頻。
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端輸出并濾波后經壓頻變換電路和循環計數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角量化數值存在存儲器中，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決定了逆變器的輸出電壓，循環計數器的計數頻率決定了逆變器的輸出頻率。存儲器數據端的信號經驅動隔離電路送入逆變電路中各開關管的控制端，從而使系統輸出電壓和頻率可變的電信號，控制電動車的調速運行。為了保持電動車中電動機的轉矩恒定，在電動機的基頻（50hz）以下應使輸出電壓和輸出頻率同步調節。
2 系統硬件設計
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角量化數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，以便調節壓頻關系。本系統中fmax＝200khz，vinmax＝5v。共2頁: 1 [2] 下一頁 論文出處(作者):
建筑物內電子設備諧波問題的探討
設計階段與出圖深度
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