基于SA866AE设计的三相低频正弦波发生器

在由AC/AC变频器作励磁电源的双馈调速系统中，需要一套三相低频（几HZ——几十HZ）的“期望正弦波”，并要求能变频、变压、变相序。文中介绍了采用三相SPWM专用芯片SA866AE产出所需的三相低频正弦波的方法。

关键词：正弦脉宽调制（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，如图2。

　　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。

　　参考文献： 

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

[2]《大中型电排站“提速增容”方案选择》，电气传动自动化增刊，2001.8 ,刘群，张杰，廖冬初。 

[3]《交流励磁同步电机双馈变频调速试验》，湖北省高等学校1998年科学研究项目计划任务申请书，1998.7 ，刘群 

[4]《6KV/800KW同步机的异化改造试验》，湖北省教育厅2000年科学研究计划项目任务申请书，2000.8，刘群。 

[5]《泵站电机双馈调速控制系统设计》，湖北工学院学报，2000.9，廖冬初，刘群，张杰等。 

[6]《 交流电动机晶闸管调速系统》，北京： 机械工业出版社，1988，佟纯厚。