单片机和大容量存储器组合特定消谐式电动车变压研究

系统能够实现变压、变频、稳压、稳频、锁存、保护等功能，可以输出高质量的正弦波。系统主电路其开关管的型号PM25RSB120。主电路将蓄电池提供的直流电变换为电压和频率可调的三相交流电，单片机83C552是一个专为实时闭环控制场合而设计的高性能微控制器，它有8路输入的模数转换器和两路脉宽调制输出。单片机处理后的电压控制信号通过锁存电路送给存储器的高位地址，单片机处理后的频率控制信号从PWM端输出并滤波后经压频变换电路和循环计数电路送给存储器的低位地址。按特定消谐原理计算好的开关角量化数值存在存储器中，以便在变压变频过程中被实时地选取。存储器高位地址的状态决定了逆变器的输出电压，循环计数器的计数频率决定了逆变器的输出频率。存储器数据端的信号经驱动隔离电路送入逆变电路中各开关管的控制端，从而使系统输出电压和频率可变的电信号，控制电动车的调速运行。 一、系统硬件设计 （一）压频变换电路压频变换电路其核心器件是压频变换器VFC32，它的输出频率与输入电压之间为线性关系且最高输出频率可达500kHz。存储器中某一输出电压的一个周期开关角量化数值存储空间对应地址线的低12位，容量为4kB。逆变器输出频率为50Hz时，VFC32的输出频率应为200kHz。VFC32的主要外接器件有积分电容C1和输入端电阻RIN。其参数按下述公式计算：式中：fmax是满量程输入VINmax时对应的输出频率。输入电阻RIN由固定电阻R1和电位器P1组成，以便调节压频关系。本系统中fmax＝200kHz，VINmax＝5V。 （二）循环加法计数器。频率控制信号经压频变换器转换为频率信号后作为循环加法计数器4040的计数脉冲送入其时钟输入端。压频变换器的输入为连续可调的控制电压且压频变换器输出的计数脉冲频率和输入电压之间为线性关系，所以计数脉冲的频率也是连续可调的。循环加法计数器的输出对存储器的低位地址A0～A11进行寻址，使存储器数据端输出对应某一电压的频率可调的控制信号。循环加法计数器每计满一次，变频器即完成一个周期电压的输出。因此，通过改变循环加法计数器的计数脉冲频率可以实现在线实时变频，从而实现对电动车的无级调速。 （三）锁存器，变压过程中，如果数字量输出直接送入存储器的高位地址，当电压控制信号变化过快时会使存储器中对应不同输出电压的开关角量化数值频繁切换，从而使输出电压出现许多尖峰，导致逆变器工作失常。在存储器之前加入锁存器可以避免这种情况的发生，因为锁存器以计数器输出的最高位为时钟源，只在一个计数周期结束时才触发锁存器传送信号，使逆变器的输出波形能够平稳地变化。所用的锁存器为74LS373，其输出对EPROM的高位地址A12～A18进行寻址，因此调压误差为0．78％。这种方案的特点是速度快，实时性好；虽然是有级调压，但当高位地址的位数较多时，可以得到足够的精度。 （四）存储器，所选用的存储器为27PC040EPROM，其中存储的内容是根据特定消谐原理计算的对应不同输出电压的多组开关角量化数值。它共有19根地址线，A0～A11为低位地址，所对应的单元存储对应某一电压一个周期的开关角量化数值，每个字节的前6位分别对应逆变器中的6个开关管；A12～A18为高位地址，它构成的128个地址块内分别存储对应不同输出电压一个周期的开关角量化数值。当高位地址变化时，存储器的数据端输出对应调速系统不同输出电压的开关管控制信号。如果需要更精确地调压，可选择更大容量的EPROM。 二、系统软件设计 系统主程序的作用是初始化和在主循环中实现在线变压、变频、稳压、稳频。软件设计的目标是使变压变频调速系统输出电压和频率始终跟随输入控制电压和输入控制频率的变化，在实现变压、变频的同时，实现相对于输入控制信号的稳压。输入控制电压信号、反馈控制电压信号、输入控制频率信号、反馈控制频率信号经83C552的A／D转换器变为数字量。如果输入控制电压与反馈控制电压的误差大于允许值，需要通过83C552进行调整：当反馈控制电压小于输入控制电压时，应增大83C552的输出控制电压；当反馈控制电压大于输入控制电压时，应减小83C552的输出控制电压。如果输入控制频率与反馈控制频率的误差大于允许值，其调整过程与电压调整过程相似。 三、结论 本系统已用于电动三轮车，其蓄电池提供的直流电压为36V，电动机的额定功率为8kW。实际运行表明，该系统能够有效地实现变压变频调速，运行性能良好，具有输出电压谐波含量少、电动机转矩脉动小、电动车可平稳地进行匀速和变速运行等优点。