基于SA866AE設計的三相低頻正弦波發(fā)生器

在由AC/AC變頻器作勵磁電源的雙饋調(diào)速系統(tǒng)中，需要一套三相低頻（幾HZ——幾十HZ）的“期望正弦波”，并要求能變頻、變壓、變相序。文中介紹了采用三相SPWM專用芯片SA866AE產(chǎn)出所需的三相低頻正弦波的方法。

關(guān)鍵詞：正弦脈寬調(diào)制（SPWM）  SA866AE 

　　Design of the 3-Phase Low Frequency Sine Generator Based on SA866AE 
Abstract: This paper describe that when using AC/AC converter as the excitation source in the double feedback  regulate speed system, there will need a 3-phase low frequency sine as“expectant  sine” .Also demand it can 　　alterate frequency , amplitude and  pulse position. In the paper describe the way of producing the 3-phase low frequency sine used by the SPWM ASIC SA866AE. 

Key words: SPWM  SA866AE 

1  引  言 

    在雙饋調(diào)速系統(tǒng)中，當轉(zhuǎn)子勵磁電源采用三相零式AC/AC變頻器時，根據(jù)“余弦交疊法”來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖需要一套三相“期望正弦波”。過去常用模擬電子線路來實現(xiàn)，使用器件多，線路復雜，工作不可靠，不易實現(xiàn)精確的控制。本文采用MITEL公司生產(chǎn)的三相SPWM發(fā)生器SA866AE來產(chǎn)生所需的三相正弦波。其外圍器件少，精度高，抗干擾能力強，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場較惡劣的環(huán)境。

　　2  SA866AE特點及工作原理 

　　2.1  主要特點 

　　(1)無需微處理器 

　　(2)外接EEPROM編程 

　　(3)產(chǎn)生的三相SPWM波形相序可調(diào) 

　　(4)可控制電壓和頻率的變化 

　　(5)載頻可達24KHZ的靜音工作 

　　(6)工作頻率范圍0~4KHZ，可整定在低頻區(qū)（幾HZ——幾十HZ） 

　　(7)雙緣調(diào)制 

　　(8)串行接口 

　　2.2  工作原理簡介 

   圖1是SA866AE內(nèi)部標準工作方式的框圖。ADC是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有16位的精度，它將SETPOINT腳上的直流電壓信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量控制PWM的輸出頻率，Vref是ADC的參考電壓。DIR用于調(diào)節(jié)輸出正弦波的相序。Vmon和Imon輸入都是模擬量，起到保護的作用，它也可

　　以間接的影響輸出正弦波的電壓幅值。SETTRIP控制PWM的輸出，高電平關(guān)斷PWM的輸出，只有通過復位輸入才能恢復工作。RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB為SPWM的上下橋互補對稱輸出，本文中用RPHT，YPHT，BPHT作為“期望正弦波”的輸出腳。輸入波ROM單元以數(shù)字形式存放著等效的連續(xù)的正弦電壓波形。載波發(fā)生單元由一個上/下計數(shù)器和一個數(shù)字比較器構(gòu)成。SPWM信號是通過比較ROM中的參考波形（近似正弦波）和載波波形（三角波），而取得的一系列脈沖串，如圖2。

　　SA866AE 微線形三線串行接口可與256或1024位的串行總線型EEPROM兼容，如93CXX系列，要求EEPROM為默認或可通過ORG選擇16位格式，而且有自動增量的功能。因此不需要連續(xù)觸發(fā)CS，即可連續(xù)下載數(shù)據(jù)。PAGE0，PAGE1兩個邏輯管腳決定所選的EEPROM中的儲存單元。所有的參數(shù)存在EEPROM中，復位以后通過串行接口自動下載。

　　3  正弦平滑波形的獲得 

　　從SA866AE輸出的三相SPWM 經(jīng)過低通濾波后，可以得到三相正弦波。電路框圖如圖3。

　　3.1  低頻正弦波頻率的整定及調(diào)節(jié) 

　　設調(diào)速控制系統(tǒng)所要求的低頻正弦波頻率范圍為0.5~5HZ。SA866AE的輸出頻率為0~4KHZ，由載波頻率和輸出電源頻率范圍決定。其中載波頻率由下式?jīng)Q定：

FCARR=FCLK/512×2n+1……………...①

　　式中FCLK為外接晶振頻率，n是倍率系數(shù)，其值范圍為0~7，初始化時由其對應的二進制通過EEPROM讀入。輸出電源頻率由下式?jīng)Q定：

FRANGE=FCARR×2m+1/384……………②

　　式中比例系數(shù)m的值的范圍為0~6，初始化時由其對應的二進制通過EEPROM讀入。

　　當取FCLK為12MHZ時，n=7，m=0時代入①、②式中計算可得最低輸出頻率為0.47HZ，最大載波比N=fc/fr為192。半個周期內(nèi)脈沖個數(shù)P=N/2為96；而當m=4時，輸出頻率為7.6HZ。由計算的結(jié)果可以看出，其頻率的調(diào)節(jié)范圍能滿足要求。

　　3.2  低頻正弦波電壓的調(diào)節(jié) 

　　根據(jù)選擇工作模式的不同，電壓的調(diào)節(jié)方式也不同。如果選擇V/F特性曲線變化，幅值將隨頻率的變化而變化，變化規(guī)律由壓/頻控制參數(shù)（GRAD、PED、KAY、FC）決定，其中GRAD是V/F特性曲線的斜率，由下式?jīng)Q定：

GRAD=（255—PED）×FRANGE/16×Fbase 

　　其中PED 是一個8位二進制參數(shù)，如果將PED設置為255，V/F線形特性不起作用。Fbase是基頻頻率。在我國，F(xiàn)base=50HZ。GRAD<=255。幅值由下式?jīng)Q定：

A%={（GRAD×F）/16+PED}×100/255

　　其中F是瞬時頻率的高8位。如果A%>100%，那么A%=100%，即在V/F線形特性中，對幅值進行了限幅處理。

　　3.3  低頻正弦波相序的調(diào)節(jié) 

　　DIR腳的邏輯輸入信號允許PWM輸出相序反向。高電平時輸出的相序為R-B-Y，低電平時輸出的相序為R-Y-B。

    根據(jù)所需低頻正弦波相關(guān)參數(shù)的需要，將設計好的相關(guān)參數(shù)，以控制字的形式通過編程器寫到外接的EEPROM中，SA866AE將通過所給的地址信號獲得相應的初始化數(shù)據(jù)。

　　4  SA866AE正弦波發(fā)生器在雙饋調(diào)速中的應用 

　　調(diào)速系統(tǒng)采用線繞電機，如圖4。電機定子接工頻電網(wǎng)，變頻器接于轉(zhuǎn)子。余弦波與三相“期望正弦波”經(jīng)過比較器后產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，經(jīng)過隔離驅(qū)動單元后送AC/AC主回路。

　　參考文獻： 

[1] MITEL公司，SA866AE 3-Pbase Pulse  Width  Modulation Engine  Advance  Information  1999 version  DS4073-3.1。 

[2]《大中型電排站“提速增容”方案選擇》，電氣傳動自動化增刊，2001.8 ,劉群，張杰，廖冬初。 

[3]《交流勵磁同步電機雙饋變頻調(diào)速試驗》，湖北省高等學校1998年科學研究項目計劃任務申請書，1998.7 ，劉群 

[4]《6KV/800KW同步機的異化改造試驗》，湖北省教育廳2000年科學研究計劃項目任務申請書，2000.8，劉群。 

[5]《泵站電機雙饋調(diào)速控制系統(tǒng)設計》，湖北工學院學報，2000.9，廖冬初，劉群，張杰等。 

[6]《 交流電動機晶閘管調(diào)速系統(tǒng)》，北京： 機械工業(yè)出版社，1988，佟純厚。