單片機(jī)和大容量存儲(chǔ)器組合特定消諧式電動(dòng)車(chē)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(kāi)關(guān)管的型號(hào)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(gè)專為實(shí)時(shí)閉環(huán)控制場(chǎng)合而設(shè)計(jì)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(hào)通過(guò)鎖存電路送給存儲(chǔ)器的高位地址，單片機(jī)處理后的頻率控制信號(hào)從PWM端輸出并濾波后經(jīng)壓頻變換電路和循環(huán)計(jì)數(shù)電路送給存儲(chǔ)器的低位地址。按特定消諧原理計(jì)算好的開(kāi)關(guān)角量化數(shù)值存在存儲(chǔ)器中，以便在變壓變頻過(guò)程中被實(shí)時(shí)地選取。存儲(chǔ)器高位地址的狀態(tài)決定了逆變器的輸出電壓，循環(huán)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率決定了逆變器的輸出頻率。存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)端的信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)隔離電路送入逆變電路中各開(kāi)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(hào)，控制電動(dòng)車(chē)的調(diào)速運(yùn)行。 一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) （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(chǔ)器中某一輸出電壓的一個(gè)周期開(kāi)關(guān)角量化數(shù)值存儲(chǔ)空間對(duì)應(yīng)地址線的低12位，容量為4kB。逆變器輸出頻率為50Hz時(shí)，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(jì)算：式中：fmax是滿量程輸入VINmax時(shí)對(duì)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(jì)數(shù)器。頻率控制信號(hào)經(jīng)壓頻變換器轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)后作為循環(huán)加法計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)脈沖送入其時(shí)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(jì)數(shù)脈沖頻率和輸入電壓之間為線性關(guān)系，所以計(jì)數(shù)脈沖的頻率也是連續(xù)可調(diào)的。循環(huán)加法計(jì)數(shù)器的輸出對(duì)存儲(chǔ)器的低位地址A0～A11進(jìn)行尋址，使存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)端輸出對(duì)應(yīng)某一電壓的頻率可調(diào)的控制信號(hào)。循環(huán)加法計(jì)數(shù)器每計(jì)滿一次，變頻器即完成一個(gè)周期電壓的輸出。因此，通過(guò)改變循環(huán)加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖頻率可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)變頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)調(diào)速。 （三）鎖存器，變壓過(guò)程中，如果數(shù)字量輸出直接送入存儲(chǔ)器的高位地址，當(dāng)電壓控制信號(hào)變化過(guò)快時(shí)會(huì)使存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)不同輸出電壓的開(kāi)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(chǔ)器之前加入鎖存器可以避免這種情況的發(fā)生，因?yàn)殒i存器以計(jì)數(shù)器輸出的最高位為時(shí)鐘源，只在一個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束時(shí)才觸發(fā)鎖存器傳送信號(hào)，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(duì)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(diǎn)是速度快，實(shí)時(shí)性好；雖然是有級(jí)調(diào)壓，但當(dāng)高位地址的位數(shù)較多時(shí)，可以得到足夠的精度。 （四）存儲(chǔ)器，所選用的存儲(chǔ)器為27PC040EPROM，其中存儲(chǔ)的內(nèi)容是根據(jù)特定消諧原理計(jì)算的對(duì)應(yīng)不同輸出電壓的多組開(kāi)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(duì)應(yīng)的單元存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)某一電壓一個(gè)周期的開(kāi)關(guān)角量化數(shù)值，每個(gè)字節(jié)的前6位分別對(duì)應(yīng)逆變器中的6個(gè)開(kāi)關(guān)管；A12～A18為高位地址，它構(gòu)成的128個(gè)地址塊內(nèi)分別存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)不同輸出電壓一個(gè)周期的開(kāi)關(guān)角量化數(shù)值。當(dāng)高位地址變化時(shí)，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)端輸出對(duì)應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)不同輸出電壓的開(kāi)關(guān)管控制信號(hào)。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(jì) 系統(tǒng)主程序的作用是初始化和在主循環(huán)中實(shí)現(xiàn)在線變壓、變頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻。軟件設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)變壓、變頻的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)于輸入控制信號(hào)的穩(wěn)壓。輸入控制電壓信號(hào)、反饋控制電壓信號(hào)、輸入控制頻率信號(hào)、反饋控制頻率信號(hào)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(guò)83C552進(jìn)行調(diào)整：當(dāng)反饋控制電壓小于輸入控制電壓時(shí)，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(shí)，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(guò)程與電壓調(diào)整過(guò)程相似。 三、結(jié)論 本系統(tǒng)已用于電動(dòng)三輪車(chē)，其蓄電池提供的直流電壓為36V，電動(dòng)機(jī)的額定功率為8kW。實(shí)際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠有效地實(shí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、電動(dòng)車(chē)可平穩(wěn)地進(jìn)行勻速和變速運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。