基于SA866AE设计的三相低频正弦波发生器

1 引 言

在双馈调速系统中，当转子励磁电源采用三相零式AC/AC变频器时，根据“余弦交叠法”来产生触发脉冲需要一套三相“期望正弦波”。过去常用模拟电子线路来实现，使用器件多，线路复杂，工作不可靠，不易实现精确的控制。本文采用MITEL公司生产的三相SPWM发生器SA866AE来产生所需的三相正弦波。其外围器件少，精度高，抗干扰能力强，特别适用于工业现场较恶劣的环境。

2 SA866AE特点及工作原理

2.1主要特点

(1)无需微处理器



(2)外接EEPROM编程

(3)产生的三相SPWM波形相序可调

(4)可控制电压和频率的变化

(5)载频可达24KHZ的静音工作

(6)工作频率范围0"4KHZ，可整定在低频区（几HZ——几十HZ）

(7)双缘调制

(8)串行接口

2.2 工作原理简介

图1是SA866AE内部标准工作方式的框图。ADC是模数转换器，具有16位的精度，它将SETPOINT脚上的直流电压信号转换成相应的数字量控制PWM的输出频率，Vref是ADC的参考电压。DIR用于调节输出正弦波的相序。Vmon和Imon输入都是模拟量，起到保护的作用，它也可以间接的影响输出正弦波的电压幅值。SETTRIP控制PWM的输出，高电平关断PWM的输出，只有通过复位输入才能恢复工作。RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB为SPWM的上下桥互补对称输出，本文中用RPHT，YPHT，BPHT作为“期望正弦波”的输出脚。输入波ROM单元以数字形式存放着等效的连续的正弦电压波形。载波发生单元由一个上/下计数器和一个数字比较器构成。SPWM信号是通过比较ROM中的参考波形（近似正弦波）和载波波形（三角波），而取得的一系列脉冲串。

SA866AE 微线形三线串行接口可与256或1024位的串行总线型EEPROM兼容，如93CXX系列，要求EEPROM为默认或可通过ORG选择16位格式，而且有自动增量的功能。因此不需要连续触发CS，即可连续下载数据。PAGE0，PAGE1两个逻辑管脚决定所选的EEPROM中的储存单元。所有的参数存在EEPROM中，复位以后通过串行接口自动下载。

3 正弦平滑波形的获得

从SA866AE输出的三相SPWM 经过低通滤波后，可以得到三相正弦波。电路框图如图3。
  



3.1低频正弦波频率的整定及调节

设调速控制系统所要求的低频正弦波频率范围为0.5"5HZ。SA866AE的输出频率为0"4KHZ，由载波频率和输出电源频率范围决定。其中载波频率由下式决定：

FCARR="FCLK"/512×2n+1……………...①

式中FCLK为外接晶振频率，n是倍率系数，其值范围为0"7，初始化时由其对应的二进制通过EEPROM读入。输出电源频率由下式决定：

FRANGE="FCARR"×2m+1/384……………②

式中比例系数m的值的范围为0"6，初始化时由其对应的二进制通过EEPROM读入。

当取FCLK为12MHZ时，n=7，m=0时代入①、②式中计算可得最低输出频率为0.47HZ，最大载波比N=fc/fr为192。半个周期内脉冲个数P=N/2为96；而当m=4时，输出频率为7.6HZ。由计算的结果可以看出，其频率的调节范围能满足要求。

3.2低频正弦波电压的调节

根据选择工作模式的不同，电压的调节方式也不同。如果选择V/F特性曲线变化，幅值将随频率的变化而变化，变化规律由压/频控制参数（GRAD、PED、KAY、FC）决定，其中GRAD是V/F特性曲线的斜率，由下式决定：

GRAD=（255—PED）×FRANGE/16×Fbase

其中PED 是一个8位二进制参数，如果将PED设置为255，V/F线形特性不起作用。Fbase是基频频率。在我国，Fbase=50HZ。GRAD＜=255。幅值由下式决定：

A%={（GRAD×F）/16+PED}×100/255

其中F是瞬时频率的高8位。如果A%＞100%，那么A%=100%，即在V/F线形特性中，对幅值进行了限幅处理。

3.3 低频正弦波相序的调节

DIR脚的逻辑输入信号允许PWM输出相序反向。高电平时输出的相序为R-B-Y，低电平时输出的相序为R-Y-B。

根据所需低频正弦波相关参数的需要，将设计好的相关参数，以控制字的形式通过编程器写到外接的EEPROM中，SA866AE将通过所给的地址信号获得相应的初始化数据。

4 SA866AE正弦波发生器在双馈调速中的应用

调速系统采用线绕电机，如图4。电机定子接工频电网，变频器接于转子。余弦波与三相“期望正弦波”经过比较器后产生的触发脉冲，经过隔离驱动单元后送AC/AC主回路。