时间：2023-05-30 09:49:02
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇正弦波逆变电源，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词： ATmega8； TL494； 逆变器； 正弦波
中图分类号： TN710?34； TP271 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）08?0149?04
0 引 言
在风电行业中，经常需要在野外对风机进行维修，这时必须为各类维修工具和仪器进行供电。因此，设计一种便携式、低功耗、智能化的正弦逆变电源来为这些设备供电是十分必要的，可大大提高维修风机的效率。本文正是基于这种情况下而设计的一种基于单片机的智能化正弦逆变电源。
1 正弦逆变电源的设计方案
本文所设计的逆变器是一种能够将 DC 12 V直流电转换成 220 V 正弦交流电压，并可以提供给一般电器使用的便携式电源转换器。目前，低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。特别是在交通运输、野外测控作业、机电工程修理等无法直接使用市电之处，低压小功率逆变电源便成为必备的工具之一，它只需要具有一块功率足够的电池与它连接，便能产生一般电器所需要的交流电压。由于低压小功率逆变电源所处的工作环境，都是在荒郊野外或环境恶劣、干扰多的地方，所以对它的设计要求就相对很高，因此它必须具备体积小、重量轻、成本低、可靠性高、抗干扰强、电气性能好等特点。
针对这些特点和要求，研究一种简单实用的正弦波逆变电源，以低价实惠而又简单的元器件组成电路来满足实际要求，定会受到市场的普遍欢迎。当前，设计低功率逆变电源有多种方案，早期的设计方案是直接将直流电压用关管进行控制，在50 Hz方波的作用下，产生220 V的方波逆变电压。
但随着用电设备对逆变电源性能的要求不断的提高，方波逆变电源在多数场合已被淘汰，而正弦波逆变器的应用已成为必然趋势。现在，市场上低功率正弦波逆变电源的主要设计方案有3种。
1.1 一次逆变的正弦波逆变电源
该方案也是将要逆变的直流电压直接加到关管上，然后采用数十倍于50 Hz的正弦化脉冲宽度调制脉冲串对开关管直接进行驱动，之后对输出的电压实行“平滑”处理，进而获得类似于正弦波的连续变化的波形，这种方法的优点是电路一次逆变，高效而简单、但变压器过于笨重，没办法满足体积小，重量轻的要求。
1.2 多重逆变的正弦波逆变电源
该方案是将驱动开关管的50 Hz信号，分成若干相位不同而频率相同的驱动信号，分别驱动各自的开关管，使得各自的输出电压也错开一定的相位，然后再进行叠加处理，输出多阶梯的阶梯波再进行滤波就能输出所需的正弦波电压。此种方案电路较为复杂，一旦有一组开关管失效，输出的波形就有很大的失真。
1.3 二次逆变的正弦波逆变电源
随着高频开关管技术的日趋成熟，逆变电源的电路设计趋向于先变压，后变频，即先将直流电压转为高频交流电，再将高频交流电转换为50 Hz的正弦交流电源，其原理框图如图1所示。
由于开关管的价格低廉，因此组成图1的单元电路性价比高，当前市场上以此种设计方案来生产低功率逆变电源的居多[1]。
2 基于单片机控制的正弦波逆变电源
在以上列举的三种逆变电源设计方案当中，以二次逆变的正弦波逆变电源为佳。按照这种思路，早期的具体电路解决方案多采用PWM控制芯片如TL494，SG3524，SG3525A等，以固定的频率去控制DC?DC和DC?AC部分的开关管，并采用修正电路对输出的波形进行修正，以期达到正弦波的要求。但这种纯PWM芯片控制的电路，对于元件的老化、发热、受到干扰等情况无法自动加以修正，或者修正能力差，往往使得在实际的应用当中经常出现电路故障。随着单片机技术的发展，设计人员不断想将单片机引入到正弦逆变电源的控制当中，但对于高频部分的控制，低成本的单片机完成不了这个功能，高成本的单片机又会降低性价比，故本文提出了另外一种设计方案，就是采用低廉的ATmega8单片机，配合TL494，IR2110和开关管，构成一个体积小，成本低，控制能力强的正弦波逆变电源，其方框图如图2所示。
由图2可见，整个系统主要由ATmega8单片机进行控制，TL494和IR2110是否工作，全由单片机根据反馈信号作出调整。高频开关管及驱动输出部分采用单相全桥逆变电路构成。具体工作原理是采用ATmega8单片机作为系统控制的核心，利用TL494能产生高频PWM信号的功能，通过单片机对其脉冲宽度进行控制并输出，以控制高频开关管组成的全相逆变电路，将低直流电压逆变成为高压方波，并通过整流滤波之后，送到驱动输出全桥逆变电路，由单片机控制IR2110输出工频驱动信号，控制输出驱动电路输出50 Hz，220 V的正弦交流电压[2]。
3 主要电路的具体设计
整个逆变系统的核心主要由单片机控制电路与检测电路、DC/DC变换电路、DC/AC输出电路组成。
3.1 DC/DC变换电路
如图3所示，由TL494组成了高频脉冲输出电路，该电路采用了性能优良的脉宽调制控制器TL494集成块。该集成块内含+5 V基准电源、误差放大器，频率可变锯齿波振荡器、PWM比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管及死区时间控制电路等。该集成块的第5、6脚分别外接了C1和R6组成了RC振荡电路，可促使TL494输出频率为100 kΩ左右的高频脉冲方波信号，并由单片机的PD7引脚对图中的DCDC端进行控制。通过控制第4脚的死区时间控制端，可调节输出信号的占空比在0～49%之间变化，从而控制输出端Q1PWM、Q2PWM的输出，而P端、VCC端和VFB端则分别接收来自负载，高频逆变输出电压、输入电压的反馈信号，与TL494内部的电路组成过压、过载保护电路，形成逆变器的第一级安全保护网[3?4]。
如图4所示为高频电压逆变电路，由4只IRF3205管构成全桥逆变电路，IRF3205采用先进的工艺技术制造，具有极低的导通阻抗，加上具有快速的转换速率和以坚固耐用著称的HEXFET设计，使得IRF3205成为极其高效可靠的逆变管。从输入端Q1PWM，Q2PWM输入的高频脉冲串控制这4个管两两导通，对VIN输入的直流低压进行斩波，然后经升压变压器后，逆变成高频交流方波，此时流通的电流为磁化电流，所以选取Philips公司生产的BYV26C超快软恢复二极管组成了全桥整流电路，该管子重复峰值电压为600 V，正向导通电流为1 A，其反向恢复时间30 ns，可以满足电路的参数需求，整流后的电压经滤波电路后输出直流电压260 V，送往DC/AC逆变电路，另外260 VDC经降压处理后作为作为反馈信号输入图3中的VFB端，作为高频逆变电压的反馈信号。
3.2 DC/AC输出电路的设计
DC/AC变换输出电路采用全桥逆变单相输出，其驱动输入波形则由单片机输出信号驱动半桥驱动器IR2110输出工频驱动信号，通过单片机编程可调节该输出驱动波形的D
IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因此它可以提高控制系统的可靠性，减少电路的复杂程度。如图6所示，HIN和LIN为逆变桥中同一桥臂上下两个功率MOS的驱动脉冲信号输入端。SD为保护信号输入端，当该脚接高电平时，IR2110的输出信号全被封锁，其对应的输出端恒为低电平；而当该脚接低电平时，IR2110的输出信号跟随HIN和LIN而变化，因此，在本系统中，两片IR2110芯片的SD端共同接到单片机的PB0引脚，用于实时控制IR2110是否处于保护状态。IR2110的VB和VS之间的自举电容较难选择，因此直接提供了15 V恒压，使其能正常工作。
逆变正弦电压输出电路有两种调制方式，一种为单极性调制方式，其特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压，另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损耗，但又不是固定其中一个桥臂始终为低频（输出基频），另一个桥臂始终为高频（载波频率），而是每半个输出电压周期切换工作，即同一个桥臂在前半个周期工作在低频，而在后半周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作状态均衡，对于选用同样的功率管时，使其使用寿命均衡，对增加可靠性有利。另一种为双极性调制方式，其特点是4个功率管都工作在较高频率（载波频率），虽然能得到正弦输出电压波形，但其代价是产生了较大的开关损耗[1，5]。如图6所示，本文的逆变输出电路采用了单极性调制方式，这样可以提高波形的平滑度，增加电路的可靠性。图6中的PWM1～PWM2分别接收来自图5的输出驱动信号，驱动由4个具有500 V耐压值的IRF840开关管组成的桥式逆变电路，将260 VDC逆变成220 V，50 Hz的交流电，经LC滤波后供给负载。图6中的IFB端和ACV端，分别和为电流和电压的采样，送到单片机的PC4和PC5引脚进行A/D转换，再由单片机将转换果用于功率计算和电路保护之用[1，6]。
3.3 单片机电路及编程
本文采用的是Atmel公司生产的ATmega8单片机来进行控制的，它的工作电压范围宽，抗干扰能力强，具有预取指令功能。这使得其理速度快，引脚输出电流大，驱动能力强，输出的脉冲信号无需放大可直接驱动步进电机驱动模块，端口全内置上拉电阻，均可作为输入或输出，具体情况通过编程灵活配置，基于以上优点，选择ATmega8L单片机作为控制器，不仅可提高系统整体性能，也可简化电路。
本文主要将它应用于整个系统的信号驱动， 温度检测，风扇控制，安全保护，数据显示等。ATmega8单片机分别采集来自系统电路的温度、电流、电压，并根据这三个参数的情况分别控制启动风扇散热，控制是否输出报警信号，控制SD端和DCDC端是否使系统处于保护状态，QA1～QA4则是输出50 Hz的驱动信号，具体的编程控制如图7所示。当系统启动后，单片机先检查系统的温度环境是否正常，不正常则启动报警，并提示出错代码，如果正常则启动高频逆变电路工作，并检测260 VDC是否正常，不正常则报警，正常则启动正弦逆变电路工作，并一直检测输出的电压电流是否正常，正常则输出，不正常则报警。
4 结 语
综上所述，基于ATmega8单片机控制的正弦波逆变电源的整体设计方案，可高效、便捷的为野外作业提供所需的交流电源，该电路目前已实验成功并投入到实际的使用当中。实践证明，本文设计出来的逆变电源具有体积小，重量轻，稳定可靠的性能。
参考文献
[1] 陈永真，韩梅，陈之勃.全国大学生电子设计竞赛硬件电路设计精解[M].北京：电子工业出版社，2009.
[2] 何希才，张明莉.新型稳压电源及应用实例[M].北京：电子工业出版社，2004.
[3] 王擎宇.基于TL494的逆变电源的设计与制作[J].辽宁师专学报，2009，11（2）：81?82.
[4] 田松亚，顾公兵.基于TL494的PWM等速送丝电路的设计[J].河海大学学报：自然科学版，2004，32（3）：324?327.
[5] 刘萌，邓琛，李萍，等.基于PIC16C73B单片机的逆变电源的设计[J].电源技术应用，2011（3）：42?45.
关键词：DSP处理器 数字控制 PID算法 SPWM波形
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00
Abstract：This paper designs a DSP-based inverter power supply with digital control. DSP Processor is the central control unit of the supply. The inverter full bridge circuit is implemented based on IPM intelligent module. The power supply perform PID algorithm based on DSP. According to the results of the algorithm the DSP control internal ePWM module to generate SPWM waveform by the law of sine wave. After filtering the SPWM waveform is changed to the desired AC output waveform. The hardware circuits diagram， software program design and test result analysis are given in the paper.
Key words： DSP processor； digital control； PID algorithm； SPWM waveform javascript：showjdsw（'jd_t'，'j_'）
逆变电源在工业和国防领域应用广泛，随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，逆变电源的更新发展速度也在加快，其中数字化研究成为当今热点之一。数字化逆变电源难点之一是正弦脉冲宽度调制SPWM波形的数字化实现。文中利用TI公司的DSP处理器 TMS320F28335完成了电源的SPWM波形产生和闭环控制算法计算。完成的样机经过测试达到了设计要求。
1硬件电路设计
逆变电源硬件框图如图1所示，主电路主要包含整流滤波电路、单相全桥电路、输出滤波电路等，控制电路包括DSP控制器、PWM驱动电路、A/D采样电路、接口电路和触摸屏输入显示电路。交流220V/50Hz输入电压首先进入整流桥进行全波整流，开始通过抗浪涌电阻后给电容充电，通过电容的滤波后，产生310V左右的直流电压，提供给后级单相全桥逆变使用。在DSP控制下单相全桥逆变输出正弦脉宽调制SPWM波形，经后级LC滤波后滤除载波频率得到正弦波给给负载。
1.1整流电路
前端整流电路选用桥式整流器，由4个二极管组成，利用二极管的单向导通性对交流电进行整流，经后级滤波电容完成由交流电变为直流电的工作。由于在上电瞬间电容相当于短路，充电电流很大，为防止电流过冲，造成电压瞬间下降幅度太大，电路中设计了缓冲限流电阻。整流电路中的整流桥的选择应考虑最大整流电流和反向击穿电压。
1.2逆变全桥电路
逆变单相全桥电路输入端为直流电压，通过四个开关管的交替导通完成直流电压到交流电压的转换。开关管为可控型半导体器件，可选择输入阻抗高、速度快、热稳定性好的IGBT模块，由于单相全桥需要四个开关管，考虑到可靠性、接口简单、保护齐全的优点，选择合成多个IGBT开关管的IPM模块进行设计。IPM内部具有完善保护方案，具有很高的可靠性，其内部一般设有6单元IGBT，单相全桥的设计中只需要使用其中4个单元，其它两个单元输入端只要设为高电平保持关闭状态即可。实际与DSP端口连接时需要外加光隔进行与IPM的电气隔离。
1.3滤波电路
单相全桥电路输出的信号为高压SPWM波形，SPWM波形除了基波正弦波频率外，还含有大量的开关频率及其邻近频带的谐波。要得到需要的正弦波需要外加必要的滤波电路。由于电压高、电流大不能使用有缘滤波，一般选用LC滤波。由于开关频率远高于基波频率，LC滤波器的截止频率选择相对容易一些。设计滤波器时要考虑既要滤除这些高次谐波，又要设法减少电感和电容的体积重量。
1.4控制电路
控制电路主要包括DSP处理器、触摸显示屏、驱动电路、接口电路、A/D转换电路等。DSP为控制中枢，控制整个电源系统的运行。触摸显示屏完成参数显示和输入。接口电路一方面是DSP与触摸屏的数据往来通道，另一方面完成对外部电路的控制。A/D转换电路负责把输出的交流高电压变换为0-3V低电压，以满足DSP处理器内部ADC转换器的要求。驱动隔离电路主要是起到IGBT与DSP电气隔离的作用，减少强电对低压控制电路的干扰。DSP选用TI公司的TMS320F28335控制器，具有浮点运算功能，运行速度可达150MHz，具有快速的计算能力，适合复杂的算法计算。内部含有ePWM模块和12位高速ADC模数转换器，不用单独另行设计，可以省去大量电路设计。
2 软件设计
电源的控制软件需要完成电压的设定、输出电压的闭环调节、完成参数的采样、SPWM波的生成等工作，根据任务的要求，整个软件由主程序、SPWM波形产生程序、A/D采样程序、PID控制子程序等组成。
2.1 主程序
主程序框图如图2所示，包括初始化和主循环两部分。初始化主要完成对软件变量和硬件端口及寄存器的初始设置。主循环主要完成参数的设置和显示，同时开放中断，期间响应中断事件，如ADC转换中断和定时器溢出中断等。
2.2 SPWM波形的产生程序
基准正弦信号与三角载波信号进行比较，根据大小关系产生一组方波，三角载波频率一般远高于基准正弦波的频率，产生的这样的脉冲序列去控制单相逆变桥的四个IGBT的导通和关断，这样就形成了正弦脉宽调制波SPWM，基准正弦波的幅值的更改相应的会改变正弦脉冲的宽度，从而改变输出电压的幅值。在TMS320F28335处理器内部ROM中固化有正弦波形数值表，并利用处理器内部的定时器产生三角波，只要换算出一致的时间系数，周期的计算并更新比较寄存器的值，即可生成SPWM波。
2.3 A/D转换程序
TMS320F28335有16通道的模数转换器ADC，精度可达12位，输入电压范围为0-3V，具有转换完成中断。可以连续转换或者单一启动转换，每次转换都会把转换结果写到结果寄存器中。其转换时间可达12.5MSPS，并具有采样保持器。实际使用中，只需要采样电压和电流，所以只需要对两个通道进行初始化。设计中采用单一启动转换模式，利用定时器产生周期性信号，在每个周期内进行对两个通道的启动、读取转换结果。
2.4 PID控制子程序
电源正常工作输出的是稳定的正弦电压，为保证输出电压跟踪设定电压，需要加入适当的控制算法。由于计算周期及DSP运算频率的限制，太过复杂的算法一个周期内无法按时完成，设计中选用了经典的PID控制算法，算法简单，计算时间短，同时对经典PID控制算法进行了必要的优化措施，对积分系数采用变速的方法，同时增加了死区控制，输出增量最大、最小限制。图3中A、B为变速积分系数，e0为死区限幅值。
3 试验结果
电源整机组装完成后，对电源的输出电压进行了测试，使用泰克TDS-1002数字示波器，测量波形如图4所示。电压有效值为115V，频率为400Hz。使用8903B音频分析仪测定输出波形失真度都小于1%。图5所示为电压正弦波的FFT分析，可以测量出其基波分量为400Hz。电源通过加载测试显示，负载特性好，电压输出波动小，响应速度快，指标完全满足实际需要。
4 结语
采用DSP设计的逆变电源，解决了以前以模拟电路设计的逆变电源控制电路复杂，升级困难等突出问题。原来需要单独设计的三角波电路、PWM波电路、死区电路等均在一块DSP内部实现。这种数字化方案提高了电源设计和制造的灵活性，可以通过改进优化控制算法来改善逆变电源的输出波形品质。
参考文献
[1]刘向东.DSP技术原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2007.
[2]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社，2004.
[3]曲学基，曲敬铠，于明扬.逆变技术基础及其应用[M].北京：电子工业出版社.2008.
关键词：DSP；TMS320F2812；SPWM；采样法；逆变电源
中图分类号：TN914 文献标识码：B
文章编号：1004373X(2008)0313103
Realization of Three―phase Voltage Source SPWM on TMS320F2812
YUAN Li1,LI Bin1,JIANG Zaifang2
(1.Faculty ofElectricalEngineeringandInformationTechnology,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang,050054,China)
2.Faculty of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology,Kunming,650224,China)
Abstract：The paper aims at the application of SPWM in the inverter power supply and introduces the method for generating SPWM waveform by using TMS320F2812 event manager.The flow chart,sound code and experimental results are provided.The dissymmetrical sampling algorithm and looking―up table are used.Experiment shows that the method can meet the control precision and the real―time.It can control the output voltage of the 115V/400 Hz inverter power supply.
Keywords：DSP;TMS320F2812;SPWM;sampling algorithm;inverter power supply
1 引 言
SPWM技术目前已经在实际中得到非常普遍的应用，尤其在逆变电路中的应用最为广泛，经过长期的发展，大致可分成电压SPWM、电流SPWM和电压空间矢量SPWM。其中电压和电流SPWM是从电源角度出发的SPWM,而电压空间矢量SPWM是从电动机角度出发的SPWM。
本文以400 Hz三相逆变电源的研发为依托，介绍利用TMS320F2812生成电压SPWM的技术。产生电压SPWM波的方法可分为硬件法和软件法两类，硬件法最实用的是采用专用集成电路，如SA4828,HEF4752,SLE4520等，软件法是使电路成本最低的方法，他通过实时计算来生成SPWM波，实时计算对控制器的运算速度要求非常高，高性能的DSP(数字信号处理器)无疑是能满足这一要求的性价比最理想的选择。
2 SPWM基本原理
PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。SPWM波形(Sinusoidal PWM)就是脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
产生SPWM波的原理是：用一组等腰三角波与一个正弦波进行比较，其相交的时刻(即交点)作为开关管“开”或“关”的时刻，这组等腰三角形波称为载波，而正弦波称为调制波，如图1所示。正弦波的频率和幅值是可控制的，改变正弦波的频率，就可以改变电源输出电压的频率，改变正弦波的幅值，也就改变了正弦波与载波的交点，使输出脉冲系列的宽度发生变化，从而改变电源输出电压的大小。
图1 SPWM波生成方法
3 软件设计
3.1 TMS320F2812的事件管理器模块
TMS320F2812是TI公司推出的高速数字信号处理芯片，器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台，控制生成SPWM主要利用的是片上的事件管理器模块(EVA和EVB)，该模块具有以下主要功能：
(1) 5个独立的PWM输出，其中3个由比较单元产生，2个由通用定时器产生。另外还有3个由比较单元产生的PWM互补输出；
(2) 由比较单元产生的PWM死区可编程；
(3) 能够产生可编程的非对称、对称和空间矢量PWM波形；
(4) 比较寄存器和周期寄存器可自动装载，减少CPU的开销。
3.2 SPWM波的生成
3.2.1 总体思路
本文利用的是EVA模块，当定时器T1处于连续递增/递减计数模式时，计数寄存器(T1CNT)中的数值的变化轨迹就是等腰三角形，也就相当于产生了一系列的等腰三角形波，当比较寄存器(CMPRx，x=1,2,3)中的值与计数寄存器中的值相等时，对应的引脚(PWMx,x=1,2,3,4,5,6)上的电平就会发生跳变，从而输出一系列的等高的方波信号，如图2所示。至于输出的方波的宽度，就和比较寄存器中的值一一对应，因此，只要使比较寄存器中的值按正弦规律变化，就可以得到SPWM波形。
图2 在连续递增/递减模式下的PWM输出
3.2.2 算法分析
通过实时计算生成电压SPWM需要数学模型，建立数学模型的方法有多种，比如谐波消去法、等面积法、采样型SPWM法以及他们派生出来的各种方法。本文介绍的生成SPWM波采用的是不对称规则采样法，不对称规则采样法是用阶梯波去逼近正弦波，每个载波周期内采样两次，既在三角波的顶点对称轴位置采样，又在三角波的底点对称轴位置采样，由于这样采样所形成的阶梯波与三角波的交点不对称，故称其为不对称规则采样法，如图3所示。此法所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度大大提高，所以谐波分量的幅值更小，在实际中得到了较多的应用。
图3中所示，Us是三角载波峰值,Tc是三角载波周期，t1和t2分别是两次采样时刻，他们决定了SPWM波上的“开”、“关”时间分别是ton1,toff1和ton2,toff2。根据三角形相似关系式推导可得：
式中M=UM/US,即正弦波峰值与三角波峰值之比，M称为调制度。N=fc/f=1/(Tcf)，即三角波频率fc与正弦波频率f之比，N称为载波比。k为偶数时代表顶点采样，k为奇数时代表底点采样。以上是生成单相SPWM波的数学模型，要生成三相SPWM波，必须使用三条正弦波和同一条三角波求交点，三相正弦波依次相差120°，所以在顶点采样时三相的脉宽分别是：
图3 不对称规则采样法生成SPWM波
3.2.3 程序流程图
程序有主程序和定时器下溢中断子程序组成，主程序是一个无限循环结构，他的主要工作是系统的初始化,根据中断子程序中给出的比较寄存器的值生成SPWM波。流程图如图4所示。中断子程序的主要功能是计算比较寄存器的值，流程图如图5所示。
3.2.4 程序编写
本例程的载波频率为12 kHz,调制波频率为400 Hz,DSP时钟频率为150 MHz，载波周期Tc=1/(12×150×109)=12 388个计数周期。
主程序：
void main(void)
{ //step1:初始化系统控制寄存器，PLL，看门狗，时钟等
InitSysCtrl();
EALLOW;
GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x003F;//使能PWM输出的引脚
EDIS;
DINT;
IER=0x0000;
IFR=0x0000;//禁止和清除所有CPU中断
InitPieCtrl() ;//初始化Pie控制寄存器位默认状态
InitPieVectTable();//初始化PIE中断向量表vector table;
InitPeripherals();
//step2:设置EVA的各寄存器
EvaRegs.T1PR=(int)(TC/2);//6194个计数周期，即0X1832
EvaRegs.T1CNT=0X0000;
EvaRegs.CMPR1=(int)(TC/2);
EvaRegs.CMPR2=(int)(TC/2);
EvaRegs.CMPR3=(int)(TC/2);
EvaRegs.ACTRA.all=0x0666;//1,3,5高有效。2，4，6低有效
EvaRegs.DBTCONA.all=0X0FF8;//死区时间1.6微秒
CONA.all=0XAA00;//使能比较，下溢重载
EvaRegs.T1CON.all=0X0842;//连续增减计数模式
//设置中断：
EvaRegs.EVAIFRA.all=0XFFFF;
EvaRegs.EVAIFRB.all=0XFFFF;
EvaRegs.EVAIFRC.all=0XFFFF;//清EVA所有中断标志位
EvaRegs.EVAIMRA.all=0X0200;
EvaRegs.EVAIMRB.all=0X0000;
EvaRegs.EVAIMRC.all=0X0000;
EALLOW;//更新中断向量
PieVectTable.T1UFINT=&T1UFINT_IS;
EDIS;
IER |= M_INT2;
PieCtrl.PIEIER2.bit.INTx6=1;//开2.6级定时器1下溢中断
EINT;
ERTM;
for(;;);
}
中断子程序主要是计算功能，按图5所示的流程图一步步编写即可，程序不再列出。至于在计算中用到的正弦sin值，为了保证控制的实时性，最好把用到的sin值事先计算出来做成一个数组放在DSP的数据存储器中，存放位置及长度需在.cmd文件中进行设置。
图4 主程序流程图
图5 定时器下溢中断子程序流程图
4 实验结果
按照以上思路编写出的软件经过调试编译，运行良好，SPWM波形正常，如图6(a)、图6(b)所示。脱离仿真环境后和逆变电路连接在一起，驱动IGBT工作，逆变出的三相正弦波波形良好。
图6 实验结果
5 结 语
利用此方法由TMS320F2812生成的SPWM波已经在400 Hz/115 V的逆变电源中应用，电源运行正常,输出的电压频率幅值都在允许范围内。结果证明该方法的准确性高，完全可行，尤其在变频变压电源的控制中有很好的应用。
参考文献
[1]王晓明，王玲.电动机的DSP控制―TI公司DSP应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
关键词：DSP变频；电源设计；变频电源
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0048-03
1 概述
1.1 问题的提出
电动凿岩机是建筑、水利、采矿等行业的重要设备。相对于传统的凿岩设备，电动凿岩机所具有的突出优点是节省能源，其电能利用率高达50%～60%，而常用气动凿岩机仅为10%，此外，电动凿岩机还有噪声低、工作面空气新鲜、无废气污染等优点，极大的改善了劳动条件。但目前使用的电动凿岩机也有明显缺点：对同样硬度的岩石，它的转速只有气动凿岩机的50%～60%。目前大多数电动设备直接使用交流工频电源（50HZ），不能随着工作环境（岩石硬度、钻孔孔径、深度）改变输出转矩、转速，因此工作效率较低。为此，本文采用德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器设计一种新型的5KVA单相正弦波变频电源，通过输出可程控的交流电压，改变电动设备的输出转矩和转速。进而提高工作效率，改善电动设备的工作性能。
1.2 国内外研究现状
变频技术是国内外研究的一个热点。其原因一是由于市场需求。近年来，随着自动化技术程度的发展成熟和能源短缺问题日益突出，变频技术越来越得到重视，并广泛地应用。二是功率器件的发展。近年来各种高电压、大电流的功率器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使先进变频器的生产成为现实。三是现代控制理论和集成电子技术的发展。矢量控制、模糊控制等新的控制理论及神经网络技术为高性能的变频器研制提供了理论基础，而高速微处理器以及专用集成电路技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件平台。
目前国外的变频技术研究，以法、意、德、日等国领先。在大功率变频调速方面，法国的阿尔斯通公司、意大利的ABB公司分别研制出单机容量达数万千瓦的电气传动设备。在中功率变频调速技术方面，德国的西门子公司研制出的SimovertA电流型晶闸管变频调速设备和SimovertPGTOPWM变频调速设备，己实现全数字化控制；在小功率交流变频调速技术方面，日本的富士BJT变频器、IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。
国内研究方面，从总体上看我国变频调速的技术水平较国际先进水平有较大差距。目前在大功率交——交、无换向器电机等变频技术方面，国内虽有部分单位可研制生产，但在数字化程度及系统可靠性等方面还有待改进。对程控变频电源的理论和实践研究取得的成绩，可查主要有：王小薇、程永华对于基于DSP双环控制的逆变电源设计研究；余功军、钟彦儒、杨耕对IGBT变频器死区时间的补偿策略研究；程永华、杨成林、徐德鸿对于基于DSP变压变频电源设计研究；程曙、徐国卿、许哲雄对SPWM逆变器死区效应分析研究；赵勇对基于IGBT大功率变频电源的研究；李锋对基于DSP的SPWM变压变频电源的研究等。
同时由于目前我国采用的半导体功率器件和DSP等器件依然严重依赖进口，使得变频器的制造成本居高不下，无法形成有竞争力的产业，也是影响我国变频技术发展的一个主要原因。
2 基于DSP的新型单相正弦波变频电源设计
2.1 设计思路
本文以美国德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器为核心设计了一种新型的5KVA单相正弦波变频电源。通过输出不同频率、电压的电源信号，对异步电机的转速、转矩进行控制。从而实现了电动凿岩设备针对不同岩体提高钻孔效率的目的。该不安品电源的硬件部分主要由主电路、保护电路、控制电路等部分组成。主电路包括整流、滤波、逆变器、驱动电路等；保护电路包括过压欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等；控制电路则主要包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。在软件方面，考虑到SVPWM控制算法比较适合于数字控制系统，本文编制了基于SVPWM控制算法的控制软件。经过工作现场试验结果表明，该系统可以在30—300Hz范围内均匀调速，在不同的负载情况下，具有较好的稳定性和较强的抗干扰能力。
2.2 硬件系统结构
本文设计变频电源的硬件系统以Tl公司的TMS320LF2407A型DSP为控制芯片，由主电路、保护电路、控制电路等组成，其原理结构图如图1。
图1 硬件系统原理结构图
其中主电路包括整流、滤波、逆变器驱动电路等组成。其工作原理是把单相交流电通过整流模块变为直流电，整流后的脉动电压再经过滤波电容平滑后成为稳定的直流电压。再由逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率可调的单相交流电提供给异步电机。由于IPM是IGBT的功率集成电路，需要有专门的驱动电路，本文采用调压电路把电压抬高到15伏来进行驱动。系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等。控制电路包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。
2.3 整流和滤波电路
整流和滤波电路属于主电路的一部分，其结构图如图2所示。工作时，220V的交流电源经过四个二极管的全波整流，变为直流，其中电解电容C1为整流滤波电容，电阻R1为放电电阻，在断电情况下为C1提供放电回路，同时也为逆变器负载和直流电源之间的无功功率提供缓冲。
图2 整流和滤波电路
2.4 逆变电路设计
（a）逆变电路结构原理图（b）输出方波信号波形图
图3
本文即采用的是电压型逆变电路。因为本文设计变频电源主要应用在电动凿岩设备上的。所以我们采用的是单相全桥逆变电路。图3为单相电压桥式逆变电路的结构原理图及输出波形图。全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂，T1和T4同时通、断；T2和T3同时通、断。T1（T4）与T2（T3）的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，两对桥臂各交替导通180°。从而得到需要的变频电压信号。
由于本变频电源主要应用电动凿岩设备方面，即一般情况下均是在在阻感负载下工作。因此在0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号，由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、D4导通起负载电流续流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期间，i0为正值，T1和T4才导通。π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通起负载电流续流作用，u0=-Ud。π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通
2.5 电平转换设计
由于DSPTMS320LF2407是低功耗芯片，必须采用3.3V供电，与驱动主电路的电平不匹配，易引起事故，损坏芯片。故本实用新型设计中包含了电平转换设计。本文采用的驱动芯片M57959L本身具备隔离输入作用，因此在电平转换设计中不必要增设隔离电路。本实用新型采用I/O直接输出转换设计。
图4 采用M57959L的电平转换驱动电路
2.6 软件部分设计
控制算法的软件化为交流调速系统控制算法的选择、复用提供了方便。本设计基于TMS320LF2407A事件管理器，采用DSP自带的汇编语言编写软件CCS进行编写，系统的软件设计可简单分为两个部分：一个是系统的初始化模块，另一个是控制算法模块。其中初始化只在系统上电时执行一次，而控制算法模块包括SVPWM的生成，速度反馈信号的采样和处理等。系统的整在程序初始化之后进入主循环程序，DSP产生SVPWM使电机开始运行。其调用的频率与PWM的输出频率一致。系统软件流程图如图5所示。
3 应用实验及展望
本文所设计制作的5KVA单相正弦波变频电源，可输出30～300HZ交流电压。所制作的样品在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明，应用本文设计变频电源控制异步电动机工作时，在不同频率、不同负载情况下，输出转速和转矩可基本实现实时控制，具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。
未来，将从两方面对本设计进行改进，一是将改进硬件结构设计，逐步增大电源容量；二是改进软件算法设计，实现变频电源的最优实时控制。
图5 系统软件流程图
参考文献
[1] 王小薇，程永华.基于DSP双环控制的逆变电源设
计[J].电力电子技术，2004，38（3）.
[2] 冯勇，叶斌.IGBT逆变器吸收电路的仿真分析与
参数选择[J].电力机车技术，1999，（2）：12-14.
[3] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间
的补偿策略[J].电力电子技术，1997，（4）：7-9.
[4] 程永华，杨成林，徐德鸿.基于DSP变压变频电源
设计[J].电力电子技术，2003，37（5）.
[5] 程曙，徐国卿，许哲雄.SPWM逆变器死区效应分
析[J].电力系统及其自动化学报，2002，14
（2）：39-42.
[6] 陈国呈.电压型PWM逆变器的波形失真及其补偿
方法[J].冶金自动化，1990，14（3）：11-14.
[7] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间
的补偿策略[J].电力电子技术，1997（4）：7-9.
[8] 刘陵顺，尚安利，顾文锦.SPWM逆变器死区效
应的研究[J].电机与控制学报，2001，5（4）：
237-241.
[9] 赵勇.基于IGBT大功率变频电源的研制[D].山东
大学硕士论文，2006.
[10] 王鹏.基于单片机控制的车载高频链逆变电源的
研制[D].河北工业大学硕士论文，2007.
[11] 李锋.基于DSP的SPWM变压变频电源的设计
[D].湖南大学硕士论文，2008.
1、逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。
2、它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。在国外因汽车的普及率较高外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。
3、通过点烟器输出的车载逆变是20W、40W、80W、120W到150W功率规格。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、CD机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱及各种旅游、野营、医疗急救电器等。
（来源：文章屋网 ）
1、一般情况下，正常使用车载逆变器，对汽车的电瓶是没有损害的。但是，如果要在停车之后使用其为车载电器供电的话，切记，一定要启动发动机，否则将会造成汽车电瓶的亏电，从而损坏汽车电瓶。
2、逆变器虽然可以让电瓶车充电更快，但是不建议经常使用。逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。在国外因汽车的普及率较高外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。
3、通过点烟器输出的车载逆变是20W 、 40W、 80W、 120W到150W 功率规格。4、再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器。
5、可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、CD机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱及各种旅游、野营、医疗急救电器等。
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关键字：光伏发电；独立系统；并网系统
中图分类号：TK51文献标识码： A 文章编号：
0、引言
随着世界经济的飞速发展，人类对于能源的需求越来越大，造成了能源供需的矛盾与环境问题的压力已经不断的暴露问题，能源结构也急需调整来面临重大的挑战。目前地球上的石能源已经被超额开采，日渐紧缺，核动力发电的发展也因为核辐射的安全技术遇到瓶颈，能源发展问题日益制约着社会经济的发展，能源压力不断增加，大力发展可再生的能源系统已经成为世界各国促进经济发展的当务之急。太阳能的取之不尽用之不竭，作为可再生的安全环保的新能源越来越受人们追捧。我国的太阳能资源非常的丰富，全国的国土面积约占2/3的日照时间在2200小时以上，也就是说我国陆地表面每年接受的太阳能辐射能量相当于4900亿吨标准煤燃烧释放的能量，如果将太阳能全部都用于发电，则相当于上万个三峡工程发电量的总和，所以利用太阳能发电的项目前景十分广阔。随着新技术和新材料的不断发展，对与太阳能的利用水平将越来越成熟，太阳能光伏发电也受到我国前所未有的重视。
1、光伏效应概述
光伏发电系统是利用半导体材料介质的光生伏打效应，该效应的存在将照在半导体上的光能直接转变为电能的。所谓的光生伏打效应，即当物体吸收光子时产生电动势的现象，是指在物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生了变化因而产生了电动势和电流的一种效应。光生伏打效应主要应用在半导体的PN结上，将辐射能转换成电能。大量的研究主要集中在太阳能的转换效率上，理论预期的效率为24％，仍需要不断研究提高转换效率。太阳能电池技术是太阳能光伏发电技术应用的关键元件，目前主要使用阳光下的光电转换效率最高的半导体PN结器件，将太阳能电池经过串联后对其进行封装保护，就可以制造出大面积的太阳电池组件，同时使用调节控制器等部件就形成了太阳能光伏发电系统。
2、太阳能光伏发电系统的原理及组成
太阳能光伏发电系统一般可以分为独立系统、并网系统和混合系统等三类。根据其应用的形式、规模以及负载的类型可以细分为：简单直流系统；大、小型太阳能供电系统；交、直流供电系统；并网系统和并网混合系统。
（1）简单直流系统中的负载为直流负载，同时对于负载的使用时间没有特别的要求，该类型负载主要是在白天时使用，直接用太阳能光伏发电组件给负载供电。常常用于光伏水泵系统以及一些白天使用的临时设备设施中。
（2）小型太阳能供电系统主要使用在直流负载且负载功率比较小的设备上，比较适用于解决偏远无电地区家庭基本的照明问题。大型太阳能供电系统的负载功率一般比较大，因此需要使用比较大的光伏电池组件和蓄电池组，常常使用在通信遥测监测设备等领域。
（3）交、直流供电系统能够同时为直流和交流的负载提供电能。交流电能是通过在系统结构上增加逆变器将直流电转换为交流电来满流负载的需求。
（4）并网系统是将太阳能光伏电池组件产生的直流电通过并网逆变器，将直流电转换成符合市电电网要求的交流电后，接入公共电网提供给用户电能。
（5）并网混合供电系统是将太阳能光伏电池组件、市电和备用燃油发电机等发电技术的优点综合利用，其是将市电和太阳能光伏电池组件进行并行的工作，对于用户负载如果光伏电池组件所产生的电能能够满足负载的使用，则该系统将直接使用光伏电池组件产生的电能来供给负载使用，同时将多余的电能反馈到电网。如果太阳能光伏电池组件不能够产生足够的电能给负载，则将启动市电来满足要求。如果市电发生故障同时光伏电池组件产生的电能不能够供负载使用，则系统将自动断开市电并启动燃油发电机组来满足负载。
独立光伏发电系统的组成主要由太阳能电池、调节控制器、阻塞二极管和蓄电池等电器件组成，可以作为太阳能用户的电源系统、通讯信号的电源、太阳能路灯、为边远地区供电的系统等用途。并网太阳能光伏发电系统即在独立光伏发电系统的基础上使用逆变器将直流电转换为交流电并入电网中，同用户使用电能。如图1所示为独立太阳能光伏发电系统的结构示意图。
图1 太阳能光伏发电系统结构示意图
1.太阳能电池方阵
太阳能电池方阵是由单个个体的太阳能电池进行封装，根据一定的电压和功率的要求进组合。同时也可以根据需要可由太阳能电池的小组合来构成太阳能光伏发电系统的电池方阵。根据实际经验可知，组合的太阳能电池方阵的工作电压一般是负载工作电压的1.4倍左右。
2.阻塞二极管
阻塞二极管的作用是为了避免太阳能电池方阵不发电或者出现短路故障不工作时，为了使蓄电池不会通过太阳能电池放电，因此将其串联在太阳能电池方阵电路中起到单向导通的作用，这样就能阻止蓄电池放电。
3.蓄电池组
太阳能电池方阵只有在有光照射时工作，输出功率，但在晚上或者阴雨天时，由于没有光线而不能工作，因此需要将太阳能电池方阵有光时产生的电能储存起来，以提供使用。其系统中的储能蓄电池有两个作用：一是储存电能以供使用；二是确定太阳能电池方阵发电的工作点，同时能够起到钳位和稳定作用，不论方阵电压随光照如何变动，输出的电压一定被钳位于蓄电池的电压上。
4.调节控制器
控制器的主要功能是为了防止电池方阵对蓄电池过充电或对负载过放电。对于铅酸蓄电池充电到单体电池的平均电压在2.38～2.42V时开始控制停止充电或者涓流充电。蓄电池放电时，需要根据不同的放电率将单体电池放电到平均电压为1.8～2.0V时控制停止放电，对蓄电池进行保护。
并网光伏发电系统中与电网相连，同时向电网馈送电能，当太阳能电池输出的电能不能够满足负载的要求时，则由电网进行补充；而当其输出的功率超出负载的需求时，将电能输送到电网中。如图2所示是一个太阳能光伏并网发电系统的示意图。电池方阵除了保证负载的正常供电外，将多余的电能通过双向直流变换器储存到蓄电池或超级电容中；当日光不足时，光伏阵列不足以提供负载所需的电能，双向直流变换器反向工作向负载提供电能。双向直流变换器作为蓄电池的充放电管理器,它的电气性能直接影响到发电系统蓄电池的效率和使用寿命。
5.逆变器
如今在很多场合都需要提供AC220V或AC110V的交流电源，由于太阳能电池直接输出的电压一般都为DC12V、DC24V、DC48V，为了能够向AC220V或AC110V的电器提供电能，因此需要将太阳能发电系统产生的直流电转换成交流电，需要使用直流转交流（DC-AC）的逆变器。逆变器是系统的关键部件，具有较高的要求：a.具有较高的效率。因为太阳电池的价格相对比较昂贵，为了能够最大限度地利用太阳电池，则需要提高系统的效率，必须要想方设法的提高逆变电源的效率。b.具有较高的可靠性。因为光伏发电系统主要使用在边远地区，许多电站都无人值守和维护，所以就要求逆变电源具有合理的电路结构，可靠性比较高。同时逆变电源要具备各种保护功能。C.直流输入电压有较宽的适应范围。因为太阳能电池的端电压随着负载和日照强度的变化而变化，虽然蓄电池能对太阳能电池的电压起到钳位作用，但是蓄电池的电压也会随着蓄电池的剩余容量和内阻的变化而波动，因此就需要逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常的工作，并保证交流输出电压的稳定。d.在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应该是失真度较小的正弦波电压。因为在中、大容量系统中，如果采用方波供电，则输出将会含有较多的谐波分量，高次谐波也将产生附加损耗，同时许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对于电网的品质有较高的要求，且为了避免对公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。
图2 太阳能光伏发电并网发电系统
3、结论
太阳能发电是目前最大的绿色能源，太阳能的利用在今后将是我国能源结构调整以及变革比较可行的解决方案。目前我国是全球前十大太阳能光伏发电市场中，唯一位于阳光地带地区的国家，经过多年的发展和技术上的突破，我国已经拥有世界上最大规模的太阳能光伏发电能力，随着其技术的日益成熟，成本也将进一步不断的降低，太阳能光伏发电不论是从技术方面还是应用的角度都具备了走入寻常百姓的生活中，相信在不久的将来绿色节能低碳环保的新生活会走进千家万户。
参考文献
[1]日本太阳光发电协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京:科学出版社,2006.
[2]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术[M].电子工业出版社,2009.
引言
近年来，变频器与变频电机组成的拖动系统在生产中发挥着重要的作用。然而在使用中经常发现变频器与变频电机不能很好地匹配，这个问题严重困扰着变频器及变频电机的生产厂家。因此有必要研发SPWM稳频稳压电源，使电源频率可调范围为0～500Hz，电压可调范围为0～420V（基波）。且能显示电机实际响应的SPWM波的电压(Vpwm)、电流、频率和功率等。这样，变频器的生产厂家就可以该电源为标准，测量出与之配套的变频电机真实使用的电压值、电流值、频率值，来调校变频器的矢量控制参数或v/f控制参数。而电机生产厂家也可根据该标准电源来调整电机的参数，使其与变频器匹配。
图1
1 工作原理及测量系统分析
如图1所示，SPWM稳频稳压电源主电路与市面上成熟的SPWM逆变电源类似。当交流电机和一个脉宽调制变频器一起被用于变频调速时，设计Vpwm是为了测量交流电机有效电压。这种类型的变频器首先从交流源产生一个直流电压E，被称为直流链电压。然后利用电力电子变换技术，采用脉宽调制来变换直流链电压，可以得到一个三相电源系统，例如：通过IGBT在数ms内将直流电压开关数百次，来创建频率可调的三相电压。然而输出电压并不是正弦波，而是一个恒幅值的高频斩波波形，如图2所示。这种电压被送给电机，由于电机是一个大的感性负载，主要对电源电压低频部分作出响应，故电流波形仅具有少量的高频成分，近似为一个正弦波。对于系统设计者和使用者，能够测量出电机实际接收到的电压Vpwm，检查电机的矢量参数或v/f是否超出范围是非常重要的。如果长时间超出电机的标称v/f值（例如，电机在高频、低速下运转），电机将会发热，甚至损坏，而产生严重后果。然而需要注意的是，用电压表测量该斩波波形的电压是有效值Vrms，而电机响应的实际有效电压Vpwm与图2的脉宽调制波的有效值Vrms之间存在非常大的误差。例如某系统，当Vpwm=144V时，Vrms=192V，误差率为（192－144）/144=33.3％
采样经检测系统将数据送给控制系统。控制系统通过计算基频的整个周期的绝对平均电压的有效值即均方根值检测出VPWM。
例如，当载波比N=ωc/ωs取3的奇整倍数时，线电压uab的傅立叶级数表达式为
式中：M为调制度；
m与n分别为相对于载波和调制波的谐波次数；
ωc，ωs分别为载波和调制波的角频率。
同样可推导出线电压ubc及uca的方程式。显然幅值很高的载波成分被消除掉了；载波谐波也被消除；它们的上下边频中的零序谐波成分也不存在了；上式中sin是消除m和n的同时为偶数或同时为奇数时的那些项。表1为uab中谐波的通用值。
表1 uab中谐波的通用值
km±n
M
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1
0.122
0.245
0.267
0.490
0.612
m±2
0.010
0.037
0.080
0.135
0.195
m±4
0.005
0.011
2m±1
0.116
0.200
0.227
0.192
0.111
2m±5
0.008
0.020
3m±2
0.027
0.085
0.124
0.108
0.038
3m±4
0.007
0.029
0.064
0.096
4m±1
0.100
0.096
0.005
0.064
0.042
4m±5
0.021
0.051
0.073
4m±7
0.010
0.030
图3所示的是在信号中存在高频成分时谐波和基波相迭加的情景。谐波的次数越高对平均值的影响越小。
采用图1的测量系统，取输出信号的基频和测量基频的整数个周期，将有关数据传送给控制系统，控制系统通过计算基频波的均方根值（有效值），最终显示出电机实际响应的Vpwm值。
2 稳压稳频系统设计方法
在稳频稳压SPWM电源设计前?须明确系统要求的技术指标，根据这些指标进行系统的静态和动态设计，从而明确各单元电路应达到的主要技术指标。合理地分给各个单元，然后进行参数计算。正确的参数被送给数字电路进行程序设计来控制频率与电压。由图4稳幅原理框图，得到图5闭环系统结构图。
2.1 静态设计
由图5可推导出静态特征方程
Uo=KUnUi/(1＋αK1K2Ui) （2）
则静态结构图如图6所示。
根据静态特征方程和系统的技术指标，可确定各单元电路的技术指标。
2.2 动态设计
由于各单元电路均可能存在延时，它们将影响系统的动态性能，并可能引起系统振荡。设总延时为Ts，功放是闭环系统中延时最大的环节，其传递函数为
K2/(1＋Tss) （3）
积分乘法器的传递函数为
Ui(1＋Ts)/Ts （4）
反馈电路因有滤波环节，其传递函数为
α/(1＋Tns) （5）
则得系统的动态结构图如图7所示。根据系统的最终校正即可确定系统开环放大倍数。
2.3 保护设计
SPWM稳频稳压电源的保护与UPS、变频器保护一样，具有过流、过压保护；di/dt、du/dt限制保护。建议采用目前已相当成熟的软开关技术来实现。
关键词：太阳能发电； 逆变器； 直接电流跟踪控制； 并网电流
中图分类号：TN710-34； TM92 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)24-0209-02
Research on a New Type of Grid-connected Photovoltaic Inverter
PAN Jian
（School of Physics and Electronics Electrical Engineering, Huaiyin Normal University, Huai’an 223300, China）
Abstract： PI control strategy is commonly used in traditional solar grid-connected inverters, but itn has shortcomings of low accuracy and poor robustness. In order to overcome the shortcomings of the traditional PI control, a new control strategy for the grid-connected PV inverter based on direct current tracking control is proposed in this paper. The new control strategy combined the traditional PI control with the modern repetitive control theory. It can effectively restrain the current periodic disturbance of network and load side, and reduce the THD of grid current. The experimental result shows that the new control strategy can improve the grid-connected current waveform, and guarantee the output current of the inverter is same-frequency and same-phase with grid voltage. It can meet the requirements of photovoltaic grid-connected generation.
Keywords： photovoltaic generation; inverter; direct current tracking control; grid-connection
收稿日期：2011-08-26
基金项目：淮安市科技支撑计划（工业）(HAG2010026)
进入21世纪以来，世界各国都加大了对太阳能光伏发电系统的研究，各种并网发电装置的应用逐渐增多。然而，随着投入使用的并网逆变装置增多，其输出的并网电流谐波对电网电压的污染也越来越大［1-3］。为降低并网电流对电网的谐波污染，需要对并网逆变器的控制算法进行研究和改进。该系统采用重复控制［4-6］技术来抑制电网侧和负载侧对并网输出电流的周期性扰动，降低并网输出电流的THD值，减小并网电流对电网的谐波污染。
1 系统组成
1.1 主电路结构
图1为系统的主电路及控制结构图，它属输出电流控制的电压型有源逆变器。系统采用由智能功率模块构成的全桥结构。由图1可知，太阳能阵列输出的能量先经过全桥逆变和电感滤波，以受控电流源的方式并入电网。其控制过程是：与电网电压同频同相的参考电流给定值与实际的并网电流瞬时反馈值进行比较，差值通过PI调节器处理后，与实际的电网电压瞬时反馈值进行比较，再经三角波调制，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电路放大，驱动功率开关器件，从而产生与电网电压同频同相的正弦波电流。
1.2 系统逆变环节的数学模型
图1中取流经滤波电感L的电流iL为状态变量。则由图1可得：uab=unet+L(di/dt)+ir
(1)由式(1)经过Laplas变换，可解出i(s):i(s)= [1/(sL+r) ]［uab(s)－unet(s)］
(2)式中:uab是未经滤波的逆变器输出电压；r为线路的等效电阻。
当逆变器的开关频率较高时，忽略开关器件和死区特性的影响，SPWM控制方式下的桥式逆变器可近似为一个等效的放大系数为K的放大环节，即：G(s)=K
(3) 由式(2)和式(3)可得系统结构图见图2。
2 系统控制策略
为了使逆变器输出良好的并网电流波形，必须对逆变器的输出并网电流进行闭环控制。死区、逆变器内部的不对称因素、直流侧电压和电网等扰动的存在都会使逆变器输出的并网电流波形畸变。而采用传统的PI控制来跟踪正弦给定信号时并不能实现该系统的无静差跟踪。
根据自动控制理论［7］，在实际系统既有输入信号作用，又存在扰动的情况下，为了减小或消除系统在输入和扰动同时作用下的稳态误差，可以采用如下办法：加大扰动作用点之前的前向通道增益，可以减小稳态误差，但对高阶系统而言，过大的增益会使系统动态性能恶化；在扰动作用点之前的前向通道中引入积分环节，可以消除系统的稳态误差，然而积分环节的引入对系统的稳定性是不利的；采用前馈补偿的方法。这一方法既可以使系统有较高的稳态精度，又可有良好的动态性能。因此，在并网电流的跟踪控制过程中，为了抵消电网电压及其扰动量的影响，系统采用电网电压前馈控制［8-10］。为了改善系统的稳态性能，抑制网侧和负载侧对并网输出电流的周期性扰动，降低并网输出电流的THD值，该系统在PI控制的基础上引入了重复控制技术。系统控制原理图如图3所示。
结合上述控制策略，本文进行了太阳能并网逆变器的实验研究，实验参数如下：输出功率为1 kW，开关频率为20 kHz，滤波电感为0.5 mH，控制芯片采用TI公司的TMS320LF2407A。并网电流inet和电网电压unet实验波形如图4所示（为了便于观看，电流信号反相）。由实验结果可以看出，采用上述控制策略时，并网电流波形较好，完全能够满足THD的要求。
3 结 语
为降低并网电流对电网的谐波污染，本文对太阳能并网逆变器的控制策略进行改进，提出一种新型的基于直接电流跟踪控制的太阳能并网逆变器控制策略。本文对该控制算法进行了理论分析并进行了相关实验。实验结果表明，新的控制策略可以有效改善并网电流波形，降低并网输出电流的THD值，减小并网电流对电网的谐波污染。
参 考 文 献
［1］ 郑诗程.光伏发电系统及其控制的研究［D］.合肥:合肥工业大学,2004.
［2］ ZHAO Li-mei, HAM Chan H. Design of an optimal V/f control for a super high speed permanent magnet synchronous motor [C ]// Proceedings of IECON 2004 30th Annual Conference. USA: IEEE Industrial Electronics Society, 2009: 2260-2263.
［3］ 张蓉.数字控制SPWM逆变器研究［D］.南京：南京航空航天大学，2006.
［4］ HUANG Yi, SHEN Miaosen. Z-source inverter for residential photovoltaic systems [J ]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, 21 (6): 275-279.
［5］ STRONG S J. World overview of building-integrated photovoltaics [C ]// Proceedings of IEEE 25th Conference. Washington DC: IEEE, 1996: 1197-1202.
［6］ KAWAMURA Atsuo, HOFT Richard．Instantaneous feedback controlled PWM inverter with adaptive hysteresis [J ]. IEEE Trans. on Industry Application, 1984, IA20 (4)：769-775．
［7］ ANTONIO L, STEVEN H .Handbook of photovoltaic science and engineering [M ]. Hoboken, NJ: Wiley, 2008:113-117.
［8］ 陈宏,胡育文.采用重复控制器的逆变电源数字控制方案 [J ].南京航空航天大学学报，2002,34(6):580-584.
［9］ ZHANG Kai, KANG Yong, XIONG Jian, et al. Direct repetitive control of SPWM inverter for UPS purpose [J ]. IEEE Trans. on Power Electronics, 2003, 18 (3): 784-792.
【关键词】风力电器；故障，应对措施
中图分类号：TM5文献标识码： A
一、前言
风力发电是我国目前正在研究的新能源，它是一项非常清洁的能源。但是它在运行的过程中会出现一些故障，那么为了能够让风力发电得到很好的养护和发展，本文就风力发电的运行中的故障的原因和应对措施做一些相对简单的剖析。详情请看下文的详细描述。
二、风电电气系统组成
1、发电机。按类型分为同步和异步发电机；励磁和永磁发电机；直流和交流发电机。按运行方式又分为内转子和外转子。现有国产离网型风力发电机多采用同步三相永磁式交流发电机，而且是直接驱动的低转速、内转子运行方式。这种发电机为永磁体转子，无励磁电流损耗，它比同容量电励磁发电机效率高、重量轻、体积小、制造工艺简便、无输电滑环，运转时安全可靠，容易实现免维护运行。它的缺点是电压调节性能差。
一种爪极无刷自励磁交流发电机，具备励磁电流自动调节功能。在为独立运行的小型风力发电机配套时，可以有效的避免因风速变化，发电机转速变化而引起的端电压波动，使发电机的电压和电流输出保持平稳
2、控制器。功率容量几千瓦的离网型风电系统常配置简易的控制器。它包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10kVA以下逆变电源。逆变电源输出的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。
电系统对配套控制系统的基本要求如下：（一）整流器件的耐电压、耐电流的高限值要有充足的裕度，推荐3倍以上；（二）向蓄电池充电的控制系统，以充电电流为主控元素，控制蓄电池的均充、浮充转换，以均充电流、浮充电压、充电时间作为控制条件，按蓄电池的充电、放电技术规范进行充、放电；（三）向逆变器供电的控制系统应满足逆变电源所需直流电压和容量的要求；（四）卸荷分流要兼容电压调控分流和防止风力机超转速加载两项控制；（五）检测风力机转速、输出电压、输出电流、机组振动等状态超过限定值或允许范围时，控制系统自动给风力机加载，同时实施制动；（六）应具备短路、直流电压“+”、“-”反接、蓄电池过放电、防雷击等安全保护功能。
3、蓄电池组风能是随机性的能源，高峰和低谷落差甚大，且具有间歇性，极不稳定。为有效地利用风能必须配备蓄能装置。当前风力发电系统可选择的蓄能方式有：蓄电池蓄能、飞轮蓄能、提水蓄能、压缩空气蓄能、电解水制氢蓄能等几种。离网风力发电系统广泛采用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池的作用是当风力强劲、风力机发电量大，或用电负荷少时，将电能存入蓄电池；当风力较弱，或用电负荷较大时，蓄电池中的电能向负荷供电，以补充风电的不足，保持风力发电系统持续稳定供电的运行状态。
三、常见故障和机理分析
风电机组多安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，常年经受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击和酷暑严寒极端温差的影响，从而导致其故障频发。可见，电气系统是机组中最常发生故障的部件，其次是传感器和叶片、变桨装置。以下仅分析几种常见的主要故障。
1、齿轮箱故障
齿轮箱是升速型风电机的重要组成部件，其作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。根据风轮和发电机的特点，机组的质量、刚度以及传动轴的耦合、等情况，齿轮箱在使用过程中将承受静态和动态载荷，从而可能产生各种类型的故障。由于制造安装、操作维护、、承载大小等方面的条件不同，故障发生的时间和程度有很大差异。
2、电气系统故障
风电机组的电气系统通过变频器等电气设备与电网连接，向电网输送电能，同时控制电能参数。现代设计通过变频器等电气设备来控制功率和频率，实现风电机组的软并网。在大功率并网型风力发电系统中，双馈型电机转子侧变频调速恒频发电系统性价比较高，近年来被广泛应用。电气系统部件较多，故障种类也较多，主要有短路、过电流、过载、过电压、欠电压、过温、接地、无法启动变频器等故障。
3、发电机故障
发电机的作用将旋转的机械能转化为电能，其型式较多，目前国内外采用最多的是双馈式异步发电机。风机中最容易发生故障的部件是轴承、定子和转子。定子和转子故障主要包括匝间绕组开路、单个或多个绕组短路、定子绕组连接异常、转子导条和端环断裂（笼型转子）、静态或动态气隙偏心等。异步电机出现故障时可能出现以下现象：内部电气不对称，气隙磁通和相电流谐波分量增加，转矩波动增强、均值下降，电机损耗增加、效率降低，绕组过热等。
四、常见故障诊断法
1、部件交换法。所谓部件交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、模块、传感器、继电器、集成电路等替换有疑点的部分，甚至用控制系统中已有的相同类型的部件来直接替换，从而把故障范围缩小到印刷线路板单元或芯片一级某一元件。这实际上也是在验证分析的正确性。
2、接口状态检查法。现代电控系统都将 PLC 集成于其中，而电控系统与 PLC 之间则以一系列接口信号形式以某一特定协议相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入输出 PLC 上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在 LCD、CRT 等人机界面上显示，而所有的接口信号都可以用厂家专用的诊断软件或编程器调出。
3、参数调整法。风力发电机的电控系统的 PLC 及伺服驱动系统都设了许多可以修改的参数，以适应不同的运行工况和功能状态要求。这些参数不仅使电气系统与具体风机相匹配，而且更是使风机各项功能达到最佳化所必需的。
4、快照分析法。现代风力发电机无一例外都设计有计算机自动化控制系统，故障诊断软件的使用非常有效，风机正常运行时各种动态参数和故障前后的参数变化都是被实时记录的，故障事件数据或事故现场状态重放还具有计算机系统特有的不可抵赖性（数据真实）。风机故障数据快照功能给我们维修处理工作带来很大的方便。
五、设备的维修
1、风电设备维修方法： 风力发电机剧烈抖动时有发生，多数是因主要工作部件螺栓松动引起的。若螺栓松动，将松动的螺栓拧紧即可；若定桨距风轮叶片变形，需要卸下修复或更换新叶片，若变桨距风轮出现卡滞，此时应卸下风轮，取下叶片，并用汽油清洗变桨距的滑槽、滑块和弹簧等零件，然后再重新装回原位。
2、在风电设备维修时，风机调向不灵故障的解决方法如下：卸下回转体，清洗后，若没有安装轴承，则需要补装压力轴承，若长期没有保养，使油泥过多或根本没有加油，则需认真清洗后，再涂新黄油即可。
3、在风电设备维修时，异常杂音的排除方法：发现风机运转工作时有异常杂音，应立即停机检查。若紧固件螺丝松动，加好弹簧垫拧紧即可，若风轮与其他部件摩擦，找出故障点，调整或检修排除。若不属以上原因，则异常杂音可能出在发电机前，后轴承部位，此时应打开发电机前，后轴承盖，检查轴承，对轴承部件清洗或更换新轴承，并加好黄油，将发电机前、后轴承盖装回原位即可。
六、结束语
综上所述，我们发现在疯癫电器运行中存在着很多的原因会导致故障的发生，那么为了减少这些故障的放生，在文中我做了相对简单的介绍，希望能够让大家了解和注意。风带电气运行中，除了上文我所介绍的还有一些问题是我没有提到的，它们也是非常重要的，希望能够引起我们在以后的工作中的注意。非常感谢大家的阅读。
参考文献
[1]《风力发电机组原理与应用》机械工业出版社 2011年6月 姚兴佳 宋俊编著
关键词：两级功率因数校正 组合控制器 实验分析
中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0128-02
1 绪论
随着电力电子器件的迅速发展，如变频器、逆变电源、高频开关电源等各类变流器在生活、生产的各个领域中得到了广泛的应用。由于这些变流装置基本上都是通过整流环节来获得直流电源，而整流环节广泛采用的是二极管不控整流或晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大量的谐波及无功，造成了严重的电网“污染”。解决电网“污染”最根本有效的措施就是变流装置实现网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数。
为了抑制开关电源的谐波，有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）技术是最为有效的方法，成为开关电源研究的重要领域和电力电子研究的热点之一[1]。
2 组合控制器FAN4800简介
FAN4800是应用于功率因数校正设备的一种控制器。PFC电路允许使用更小的，低成本的大容量电容器，进而减小线路电力负荷及开关功率管上的应力，最终完全满足IEC-1000-3-2的规范。FAN4800包括执行前缘电路，平均电流电路，升压型功率因数校正电路和一个尾缘PWM电路。1A门级驱动能力尽可能的减少的外部驱动电路的需要。低功率的需求提高了效率并降低了元器件的成本。过压比较器可以在负载突然减小时关闭PFC部分。PFC部分还包括峰值电路和输入电压掉电保护。PWM部分可以工作在电流或电压模式，最高工作频率250kHz，还有一个准确的50%的占空比限制，以防止变压器饱和。FAN4800包括一个PWM部分折合后的电流限制，以提供短路保护。
3 电路设计
根据以上组合控制器FAN4800的介绍，设计一台容量为240W的BoostPFC+单管正激变换器的两级PFC变换器。利用两级功率因数校正复合芯片，主电路采用前级功率因数校正电路和后级直流/直流变换器拓扑结构。实验主电路如图1所示。
主电路采用两级电路，前级为Boost，后级为正激电路，前级是为实现PFC功能，采用平均电流的控制策略，其占空比理论为0～1，实际中由于输入电压为馒头波，其幅值从0V变化到273.6V，因此开关的占空比变化范围为1-Vin_max/VB～1-Vin_min/VB（0.286～1）。后级采用PWM整流的方法控制实现调压功能，由于正激变换器采用的绕组复位的方式，所以其占空比变化范围与原边绕组与磁复位绕组的匝比相关。
Boost-PFC电路采用平均电流控制策略，而实现电压与电流双闭环控制[2]。由于采用的是Boost电路，因此输出电压要比输入电压的峰值大，由于输入电压的范围为100VAC-240VAC，所以Boost-PFC输出电压的大小至少要大于339.36V，而且开关管Q1的最小占空比有要求，不能太小。因此往往Boost-PFC的输出电压取得更高，此处取的是383V。正因为如此，而最终的输出电压为24V，因此有必要加入后级电路进行输出电压调节。
4 实验结果分析
图2为两级功率因数校正变换器的输入电压和电流的波形。从波形上分析可得，输入电流波形与输入电压波形在相位上基本保持一致，波形为正弦波，从而使功率因数接近于1。
根据实验数据得出输入电压240V时，负载电流I与效率值之间的关系曲线如图3，负载电流越大，效率值越高。
不同输入电压值时，PF值与负载电流I之间的关系曲线如图4。同一输入电压下，负载电流越大，PF值越高；同一负载电流下，输入电压越高，PF值越小。
实验中用万用表测得两级PFC电路的输出电压为V，达到预期目标。
本论文在前面理论分析的基础上，采用两级PFC复合芯片，设计了一台容量为240W的Boost PFC+单管正激变换器的两级PFC变换器，通过实验验证、分析实验结果表明，本设计能够达到预定的效果，稳定、正常地工作。
参考文献
关键词：三相异步电动机；通用变频器；PWM技术；全数字化控制系统
中图分类号：TM921
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）21-0010-03
近年来，随着能源日益减少，新型节电设备的不断更新和科学技术的飞跃发展，合理化的设计和节电设备的日益广泛应用，给人们工作和生活带来了更多的方便。
1 交流电动机调速系统的发展过程
1.1 交流电动机励磁调速
早期用原动机来驱动一台发电机，而通过控制发电机的励磁来调节发电机的输出电压，借此来调节被驱动电机的转速和电机有功功率输出，还可以关闭和起动电机。
1.2 电流电动机可控整流调速
随着科学技术不断发展，发明了通过晶闸管的导通时间来控制电压（可控整流技术）。首先是调速系统响应速度得到了很大提高，并且很好地解决了低速情况下的电流断续问题。可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的
目的。
1.3 内容摘要
1.3.1 变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要通过变频器进行，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交流－直流－交流变频器。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
1.3.2 变极对数调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
变频器调速的特点是平稳、可根据需要调节速度，是未来交流电动机的发展方向。
2 交流电动机调速系统方案论证
2.1 单片机调速
随着全球范围的数字化控制系统的发展，人们对数字化信息的依赖程度也越来越高。实现调速系统全数字化控制不仅能使交流调速系统与信息系统紧密结合，而且可以提高交流调速系统自身的
功能。
由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡、滤波器、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。在交流调速的全数字化的过程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。
2.2 PWM调速
PWM控制是交流调速系统的控制核心，它可以完成任何控制算法的最终实现。
关于PWM控制方案已经在各领域有了多个版本的应用，尤其是微处理器技术应用在PWM技术之后，总是不断有新的技术更新，从开始追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从最初效率最大化、转矩脉动少到后来的以消除噪音为主攻课题，这些都是PWM控制技术的不断升级和完善。目前，越来越多的新方案不断地被提出和应用，说明这项技术的应用空间十分广泛。其中，空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。V/f恒定、速度开环控制的通用变频调速系统和滑差频率速度闭环控制系统，基本上解决了异步电机平滑调速的问题。然而，当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于，其系统控制的规律是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出稳态值控制，完全不考虑过渡过程，系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。
异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机，从而可像直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制即矢量控制。
3 交流电动机调速系统主电路设计
综合设备除了计算机外，其他设备的传动、机床、机器人和自动装置的传动、电动汽车以及火车传动等，都离不开调速系统。经过漫长的发展，交流调速电气传动已上升为电气调速的主导潮流，一步一步取代传统的直流调速传动。
变频器对变换的逆变电源成为变频电源的形式，主要是利用了电机调速用的变频调速器，从而使普通的交流稳压电源形式得到变化的效果，所以对变频电源的主要功能是将现有的交流电网电源变换成所需要频率的稳定的纯净的正弦波电源的效果，理想的交流电源的特点是频率的稳定。异步电动机与同步发电机同轴连接，通过变频器控制电动机的转速可以准确控制发电机输出电流的频率大小，而同步发电机输出电压幅值E与磁通Φ有关，因此调节励磁单元所提供的励磁电流即可以控制发电机输出电压的幅值，最终达到电压、频率分别可调，波形为正弦波。
PLC是整个控制系统的核心，它可以给变频器输出转速信号，控制电机的转速；可以按照拟定的控制策略给出励磁单元控制信号，实现与发电机同步电频可调。从而实现整个变频电源输出频率、幅值的连续可调。同时，与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏输入的信息进行处理等，更加人性化。
变频恒压供水节制系统通过测到的管网压力，经变频器的内置PID调节器运算后，调节输出频率，实现管网的恒压供水。变频器的频率超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时报信PLC举行变频泵逻辑切换。为防止水锤征象的孕育发生，泵的启停将联动其出口阀门。
假定系统由四台水泵、一台变频器、一台PLC和一个压力变送器及若干辅助器件构成。安装于供水管道上的压力变送器将管网压力转换成0～5V或4～20mA的电信号；变频调速器用于调节水泵转速；PLC用于逻辑切换。如果1#水泵到50Hz但实际值没达到设定值时，1#水泵转到工频，约10秒后，变频器带2#水泵加速，如果还没达到设定值时，2#水泵转到工频，约10秒后变频器带3#水泵加速，加到某一频率值，实际值得到设定值时，变频器开始减速到0Hz后，1#工频泵停机，2#工频泵停机，保持实际值不变，夜间用水量较少时，管网中剩一台变频泵而且频率下降到约35Hz，实际值≥设定值时，约2分钟后，小泵开始启动，到P2（小泵上限压力）值时小泵停机，这时水泵全部休息，管网压力由气压罐供水状态，P2值下降到小泵启动压力值时P1小泵启动，用水量较少时压力到P2时停机，如果用水量较多时，小泵启动，而Hz值低于P1值时，变频器开始带大泵加速到35Hz时，把小泵甩开。如此循环往复工作，大大节约了日趋紧张的用电。
此外，上面所说的系统还配备了辅助电路，以保障自己主动节制系统出现故障时可通过人工调节体式格局维持系统运行，包管连续生产，使整套系统正常运行。
参考文献
[1] 王占奎，等．交流变频调速应用例集[M]．北京：科学出版社，1995．