目前，高性能的交流調速系統的研究和開發引起各國學者的高度重視，并得到越來越深入的研究。而所選用微處理器、功率器件及產生PWM波的方法是影響交流調整系統性能好壞的直接因素。筆者研究了一種以8098單片機為控制器、以智能功率模塊IPM為開關器件的變頻調速系統，此控制系統硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響：其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現不同于一般線性調節的最優化、自適應、非線性、智能化等控制規律，而且更改起來靈活方便。
1正弦波脈寬調制(SPWM)技術
1．1SPWM控制技術原理
由于PWM變換器具有功率因數高、可同時實現變頻變壓及抵制諧波的特點，因此在交流傳動及其他能量變換系統中得到廣泛應用。最常用的PWM技術為正弦波脈寬調制技術，即SPWM控制技術。
SPWM控制技術原理如圖1所示。以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的三角波作為載波，并用頻率和期望相同的正弦波作為調制波，當調制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調制波的半個周期內呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。按照波形面積相等的原則，每一個矩形波的面積與相應位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。
采用SPWM控制技術的顯著優點是：由于電動機的繞組具有電感性，因此，盡管電壓是由一系列的脈沖構成的，但通入電動機的電流卻十分逼近正弦波。
1．2SPWM波的實現方法
SPWM波可通過模擬電路、數字電路或專用集成芯片等硬件電路實現，也可用微型計算機通過軟件生成。如何計算SPWM的開關點，是SPWM信號生成的一個難點，也是當前人們研究的一個熱門課題。生成SPWM波的方法有多種，但其目標只有一個，盡量減少逆變器的輸出諧波分量和計算機的工作量，使計算機能更好地完成實時控制任務。在模擬電子電路中，SPWM波的實現方法采用正弦波發生器、三角波發生器和比較器來實現；改成數字控制后，開始時只是把同樣的方法數字化，稱作“自然采樣法”。自然采樣法的運算比較復雜，在工程上更實用的是簡化后的“規則采樣法”。文中采用8098單片機通過“等面積法”實現SPWM波的生成。
2SPWM變頻調速系統組成
2．1系統總體組成框圖
為了使變頻調速系統獲得較為理想的靜、動態特性，同時，系統的組成又不至于太復雜，采用轉差頻率控制方式，如圖2所示。
系統由主電路和控制電路組成。主電路智能功率模塊IPM采用6只絕緣柵雙極晶體管IGBTVT1～VT6構成。絕緣柵雙極晶體管屬于第二代自關斷器件，它綜合了MOSFET和GTR的優點，由它構成的功率變換器線路簡單，控制方便，輸出電壓紋波小，是當前最有應用前景電力電子器件。驅動電路采用高速型EXB850驅動模塊。控制電路用8098單片機實現SPWM波的生成，M／T高精度測速及閉環控制。
2．28098控制系統組成
8098單片機具有豐富的硬件資源，除具備一般單片機具有的中斷系統、定時計數器、串行及并行輸入／輸出接口外，還包含有高速輸入／輸出口HIS／HSO，軟件定時器，片內數據轉換A／D及D／A等；具有較強的軟件處理能力及較高的運算處理速度，很適合作為高性能交流變頻調速系統的SPWM生成與輸出、調節器運算和數據處理用的核心器件使用。實現SPWM變頻調速的8098控制系統的硬件電路如圖3所示。
控制系統由8098單片機、地址鎖存器74LS373、外部8KEPROM2764、用于擴展輸入／輸出接口芯片8279、鍵盤和顯示器、地址譯碼器74LS138和SPWM波的反相及延時電路等組成。其中8098的最小系統完成SPWM的生成、M／T測速及閉環控制，并在最小系統的基礎上利用8279擴展了鍵盤／顯示電路，完成命令／數字鍵的輸入及有關數據的輸出顯示。
3SPWM信號的產生
SPWM控制信號的作用是當一對橋臂上的某一管處于導通極性時，可使其按正弦規律通斷，達到電動機電流接近正弦波的目的。
根據等面積法知道，所需U相的SPWM波第i個脈沖的脈寬時間：
由于U相的SPWM波的正負半周均由HS0．0得到，為了得到U相的負半波，把對應于ta1、ta2、ta3的命令(低或高電平)取反后輸出。由U、V、W三相相位關系可得出V相、W相的SPWM波第i個脈沖的脈寬時間tv2、tw2及間隙時間tv1、tv3、tw1、tw3。其具體實現方法是：可事先將余弦值作表存在程序儲存器2764中，每當采樣周期Tc時間到，計算θi并根據θi值查表得cosθi，將其與上一次Tc周期的θi-1進行運算即可求出三相脈沖的脈寬時間和間隙時間，對HSO．0、HSO．1、HSO．2分別寫入兩條命令并送入HSO的CAM中，CAM根據送入的時間值和命令自動定時控制HSO．0～HSO．2的輸出，這樣在逆變器的輸出端得到相位互差120°的SPWM的脈沖序列。此脈沖序列經過基極驅動控制IPM的6個開關管的導通和關斷。
4軟件框圖設計
8098微機控制的SPWM變頻調速系統的軟件程序包括主程序和M／T測速、轉差及頻率運算、鍵盤顯示等子程序。文中主要設計了主程序和SPWM波生成的中斷服務程序框圖，如圖4所示，其他程序框圖請讀者查閱相關的參考書籍。
5實驗結果
由8098單片機產生的SPWM波形可以通過實驗由示波器測出。實驗系統由交-直-交變頻器主回路及8098微機控制系統、驅動電路、檢測電路、鍵盤控制及顯示電路和各種保護電路等控制電路組成，其中主回路中的功率模塊IPM采用IGBT，輸出電壓600V，工作頻率為20kHz。如圖5為測得的實驗波形。在電機輸出頻率為50Hz時，測得的U相電壓波形如圖(a)所示，在頻率為100Hz和150Hz時測得的負載電流波形如圖(b)、(c)所示。由圖5可見，通過對三相異步電動機進行實驗，本系統可以很好地實現一定頻率范圍內的轉速調節，其精度可達1r／min。調頻率的過程中，負載電流諧波、電動機的轉矩脈動和噪聲均很少，系統工作較穩定。
6結束語
文中采用8098作為主控器設計的轉差頻率交流調速控制系統理論上可以獲得與直流電動機閉環調速系統相似的靜、動態調速性能。此種系統被廣泛地應用于如鋼鐵冶金、石油化工、供水等行業的中小容量交流調速系統中，如有色冶金行業的轉爐旋轉控制，要求電動機固定在爐體上，并隨爐體一起傾斜，不同爐期要求有不同的轉速，在這種高溫、近火的環境下，直流拖動是不可能的，采用晶閘管交流調速振動和噪聲大，故障多，無法保證正常生產。采用文中系統拖動轉爐，實現了調速系統的各項指標要求，同時，系統具有故障率低，操作方便等特點。