PWM逆变技术在流速仪检定系统中的研究与应用.pdfVIP

PWM 逆变技术在流速仪检定系统中的研究与应用 吴洋 河海大学计算机及信息工程学院，南京（210098 ） E-mail：cumtwuyang@ 摘 要：介绍了应用MSP430 系列单片机产生PWM 信号，并控制大功率晶体管IGBT 的接 通与断开，实现交流电源的逆变，从而获得控制流速仪检定系统所需要的不同频率的交流电， 提高流速仪检定车的速度稳定性并实现平滑调速。 关键词：PWM；流速仪检定；MSP430；同步电机 中图分类号：TP 1. 引言 近年来，随着计算机等在流速仪检定中的应用，人们对设备的可靠性和自动化程度也 越来越重视。流速仪检定系统的研究在水利水文系统中具有非常重要的意义，流速仪检定车 的调速和速度稳定性问题始终是系统研究的主要问题。 以往的流速仪检定系统较多的采用直流电机，虽然直流调速系统控制简单，调速性能好， 然而，其结构复杂，成本高，故障多，维修困难等缺点严重影响了系统的正常运行。随着电 力电子和微电子技术的发展及交流电机调速理论的突破，交流调速系统的性能已经达到甚至 超过直流调速系统。在本系统中，应用运行效率高、动态响应快、转动惯量小的同步电机取 代了直流电机，提高了检定车在低速段的稳定性，同时减少了大工作量的维修。 根据交流同步电机的机械特性 n=60f/p （其中n 为同步转速，f 为电源频率，p 为电机极 对数），同步电机的转速只受控于电源基波频率，只要能精确地控制电源的基波频率，就能 精确地控制同步电机的转速[1] 。利用变频技术对市电进行逆变处理，输出精确控制电机的有 效频率，对于解决检定车的调速问题是一个很好的方案。然而，这一部分的研究一直是检定 系统研究和设计中的一个盲点，以往一直只是应用，因此对其单独的研究为系统设计提供充 分的依据。 2. 逆变技术的应用 逆变技术的应用对节能、减少环境污染、降低成本等均起到非常重要的作用。在本系统 的研究中，逆变技术实现了同步电机的平滑调速，提高了检定车的稳速运行的精确性。 ~ 整流电路 电容滤波 逆变器 同步电机 检定车 PWM 技术 图 1 流速仪检定系统主要部分构成框图 在本系统中，逆变电路将恒频（50Hz ）、恒压（电网电压）的交流电能经过三相桥式整 流电路转换成直流电能，经电容滤波后，再通过逆变器将直流电能逆变成不同频率、不同电 - 1 - 压的交流电能，利用逆变电路的输出驱动同步电机以不同转速转动，最终控制流速仪设备中 检定车的运行。本系统的总体框图如图 1 所示。 3. PWM 的原理及其实现 3.1 PWM 的基本原理 PWM （Plus Width Modulation ）,是脉宽调制型变频，是通过控制固定电压的直流电源开 关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法[2] 。在PWM驱 动控制的调整系统中，按一定频率来接通和断开电源，并根据需要改变“接通”和“断开”时间 的长短。通过改变“ 占空比”时间或周期来控制电动机的转速。在脉冲作用下，当电机通电时， 速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电 机转速得到控制。 本课题中，利用PWM技术通过控制大功率晶体管IGBT 的接通与断开，实现一组宽度按 正弦规律变化的矩形脉冲波，有利于降低流速仪检定车在低速段时高次谐波等对电机转速的 影响。3.2 PWM信号的实现方法 在流速仪检定系统中，PWM信号的精确实现直接影响到大功率晶体管IGBT 的接通与断 开，从而直接决定了同步电机的转速。因此，本系统中，采用软件和硬件相结合的方式实现 PWM信号。在单片机的选择上，采用了处理能力强、运行速度快、低功耗、指令简单的MSP430 系列单片机。 3.2.1 MSP430 单片机的