單片機(jī)和大容量存儲器組合特定消諧式電動車變壓研究

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變壓、變頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、鎖存、保護(hù)等功能，可以輸出高質(zhì)量的正弦波。系統(tǒng)主電路其開關(guān)管的型號PM25RSB120。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(jī)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。單片機(jī)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(jī)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(yùn)行。 一、系統(tǒng)硬件設(shè)計 （一）壓頻變換電路壓頻變換電路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(dá)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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。 （二）循環(huán)加法計數(shù)器。頻率控制信號經(jīng)壓頻變換器轉(zhuǎn)換為頻率信號后作為循環(huán)加法計數(shù)器4040的計數(shù)脈沖送入其時鐘輸入端。壓頻變換器的輸入為連續(xù)可調(diào)的控制電壓且壓頻變換器輸出的計數(shù)脈沖頻率和輸入電壓之間為線性關(guān)系，所以計數(shù)脈沖的頻率也是連續(xù)可調(diào)的。循環(huán)加法計數(shù)器的輸出對存儲器的低位地址A0～A11進(jìn)行尋址，使存儲器數(shù)據(jù)端輸出對應(yīng)某一電壓的頻率可調(diào)的控制信號。循環(huán)加法計數(shù)器每計滿一次，變頻器即完成一個周期電壓的輸出。因此，通過改變循環(huán)加法計數(shù)器的計數(shù)脈沖頻率可以實現(xiàn)在線實時變頻，從而實現(xiàn)對電動車的無級調(diào)速。 （三）鎖存器，變壓過程中，如果數(shù)字量輸出直接送入存儲器的高位地址，當(dāng)電壓控制信號變化過快時會使存儲器中對應(yīng)不同輸出電壓的開關(guān)角量化數(shù)值頻繁切換，從而使輸出電壓出現(xiàn)許多尖峰，導(dǎo)致逆變器工作失常。在存儲器之前加入鎖存器可以避免這種情況的發(fā)生，因為鎖存器以計數(shù)器輸出的最高位為時鐘源，只在一個計數(shù)周期結(jié)束時才觸發(fā)鎖存器傳送信號，使逆變器的輸出波形能夠平穩(wěn)地變化。所用的鎖存器為74LS373，其輸出對EPROM的高位地址A12～A18進(jìn)行尋址，因此調(diào)壓誤差為0．78％。這種方案的特點是速度快，實時性好；雖然是有級調(diào)壓，但當(dāng)高位地址的位數(shù)較多時，可以得到足夠的精度。 （四）存儲器，所選用的存儲器為27PC040EPROM，其中存儲的內(nèi)容是根據(jù)特定消諧原理計算的對應(yīng)不同輸出電壓的多組開關(guān)角量化數(shù)值。它共有19根地址線，A0～A11為低位地址，所對應(yīng)的單元存儲對應(yīng)某一電壓一個周期的開關(guān)角量化數(shù)值，每個字節(jié)的前6位分別對應(yīng)逆變器中的6個開關(guān)管；A12～A18為高位地址，它構(gòu)成的128個地址塊內(nèi)分別存儲對應(yīng)不同輸出電壓一個周期的開關(guān)角量化數(shù)值。當(dāng)高位地址變化時，存儲器的數(shù)據(jù)端輸出對應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)不同輸出電壓的開關(guān)管控制信號。如果需要更精確地調(diào)壓，可選擇更大容量的EPROM。 二、系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序的作用是初始化和在主循環(huán)中實現(xiàn)在線變壓、變頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻。軟件設(shè)計的目標(biāo)是使變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出電壓和頻率始終跟隨輸入控制電壓和輸入控制頻率的變化，在實現(xiàn)變壓、變頻的同時，實現(xiàn)相對于輸入控制信號的穩(wěn)壓。輸入控制電壓信號、反饋控制電壓信號、輸入控制頻率信號、反饋控制頻率信號經(jīng)83C552的A／D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量。如果輸入控制電壓與反饋控制電壓的誤差大于允許值，需要通過83C552進(jìn)行調(diào)整：當(dāng)反饋控制電壓小于輸入控制電壓時，應(yīng)增大83C552的輸出控制電壓；當(dāng)反饋控制電壓大于輸入控制電壓時，應(yīng)減小83C552的輸出控制電壓。如果輸入控制頻率與反饋控制頻率的誤差大于允許值，其調(diào)整過程與電壓調(diào)整過程相似。 三、結(jié)論 本系統(tǒng)已用于電動三輪車，其蓄電池提供的直流電壓為36V，電動機(jī)的額定功率為8kW。實際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)變壓變頻調(diào)速，運(yùn)行性能良好，具有輸出電壓諧波含量少、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小、電動車可平穩(wěn)地進(jìn)行勻速和變速運(yùn)行等優(yōu)點。