【正文】 動機(jī)的轉(zhuǎn)矩（在一定轉(zhuǎn)差率下）與定子電壓的平方成正比。即電機(jī)轉(zhuǎn)速降低1/2時，所需功率降至原來的1/8，由此可見調(diào)速節(jié)能的重要意義。因此，電機(jī)調(diào)速節(jié)能一直被廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國各類電動機(jī)的裝機(jī)容量已超過4億kW，其中異步電動機(jī)約占90％，拖動風(fēng)機(jī)、。交流異步電動機(jī)調(diào)速的研究始于20世紀(jì)60年代，已經(jīng)取得了許多可喜的成果。由于直流電動機(jī)在應(yīng)用中存在著這樣的一些不足，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用也相應(yīng)受到限制。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速易于控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。電機(jī)拖動系統(tǒng)以其輸出功率大、系統(tǒng)能量效率高、噪音低、調(diào)速方便、易于自動控制等突出特點(diǎn)體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、靈活的優(yōu)勢，因此大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防軍事裝備等領(lǐng)域，并且占據(jù)了主導(dǎo)地位。保護(hù)電路為過壓、欠壓、過流、過載以及對IPM發(fā)生故障時切斷主回路的電路。包括對電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、JTAG的設(shè)計(jì)。在介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)的種種主流技術(shù)后，較為詳細(xì)地討論了電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)，同時介紹了數(shù)字信號處理器TMS320F2812的性能特點(diǎn)，詳述了利用TMS320F2812來實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量脈寬調(diào)制的方法，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟、硬件。系統(tǒng)采用恒壓頻比的控制方法，以及空間矢量脈寬調(diào)制算法。另外設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主電路、檢測電路和保護(hù)電路。通過軟件應(yīng)用DSP處理器實(shí)現(xiàn)了SVPWM空間電壓矢量脈寬調(diào)制。電動機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，一是要使電動機(jī)具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；二是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。交流電動機(jī)，尤其是鼠籠型異步電動機(jī)，則因其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，且堅(jiān)固耐用，運(yùn)行可靠，在各行業(yè)中得到了極廣泛的應(yīng)用。近年來，電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件,使交流電動機(jī)調(diào)速和控制提高到了一個新的水平。在目前4億kW的電動機(jī)負(fù)載中，約有50％的負(fù)載是變動的，其中的30％可以使用電動機(jī)調(diào)速。風(fēng)機(jī)和泵類采用電動機(jī)調(diào)速裝置來代替閥門和擋板調(diào)節(jié)流量,有明顯節(jié)電效果。 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速no之間的關(guān)系為： n=（1－s）no=(1－s)60f/p ()式中：s為電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；f為電網(wǎng)頻率；p為極對數(shù)。即M∝U2（M—電磁轉(zhuǎn)矩，U—定子電壓）。輸出特性軟，不能承受重載。 3）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速：這種方法電機(jī)本身并不調(diào)速，而是通過改變與它相連的電磁離合器的勵磁電流來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。4）串級調(diào)速：通過在轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢的方法。逆變器所吸收的（扣除損耗的）轉(zhuǎn)差功率PB經(jīng)變壓器T反饋回電網(wǎng)。 串級調(diào)速5）雙饋調(diào)速：也是采用在轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢的方法。 他控式雙饋調(diào)速 自控式雙饋調(diào)速自控工作方式中，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻電源的頻率是通過系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，根據(jù)電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)（由位置檢測器PS測出）自動控制的。每個控制信號的給定值，對應(yīng)一個確定的轉(zhuǎn)速。其突出優(yōu)點(diǎn)就是在保證調(diào)速要求的同時，還可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)電動機(jī)定子側(cè)的無功功率，使調(diào)速系統(tǒng)具有很高的功率因數(shù)。但它也存在諧波電流大的問題。內(nèi)反饋調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于將部分轉(zhuǎn)子功率PS（轉(zhuǎn)差功率，），通過調(diào)速裝置反饋給電動機(jī)內(nèi)部的調(diào)節(jié)繞組，反饋的功率越多，則軸輸出功率的就越少，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，即通過改變反饋的轉(zhuǎn)差功率的多少使電動機(jī)轉(zhuǎn)速得以連續(xù)調(diào)節(jié)。利用它對轉(zhuǎn)子整流后的直流電流進(jìn)行脈寬調(diào)制。加入斬波器使逆變器的觸發(fā)角（β）不用調(diào)節(jié)，且固定在很小的角度，這樣既大大提高了功率因數(shù)，減少了諧波電流對電網(wǎng)的污染，提高了系統(tǒng)的可靠性，又使逆變器的容量小很多（逆變器的容量=）。二：改變極對數(shù)p的調(diào)速方法通過改變定子繞組的接線來改變極對數(shù)，就改變了同步轉(zhuǎn)速。缺點(diǎn)是有級調(diào)速。這種方法具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。2）交－交變頻調(diào)速由于它只有一級功率變換，省去了直流環(huán)節(jié)，減少了損耗，進(jìn)一步提高了效率。通過半導(dǎo)體電力變流器對電動機(jī)的電壓、頻率、功率進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，雖具有轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，但也具有功率因數(shù)低、諧波電流大的缺點(diǎn)。 異步電動機(jī)能量流圖PS=P2－PSC=Mno－Mn=M(no－n)=sP2，轉(zhuǎn)差率調(diào)速系統(tǒng)的效率主要取決于PS的利用情況。串級調(diào)速、雙饋調(diào)速和斬波式內(nèi)反饋調(diào)速的效率較高，是因?yàn)槠滢D(zhuǎn)子功率P2中都含有反饋功率，其中斬波式內(nèi)反饋調(diào)速的效率最高，因?yàn)樗倭艘豁?xiàng)逆變變壓器損耗ΔPTR。其它各種調(diào)速方法的調(diào)速范圍都較小。這不但降低了功率因數(shù)，也增大了噪聲和發(fā)熱損耗、產(chǎn)生干擾、污染電網(wǎng)。SVPWM調(diào)制技術(shù)一問世就受到人們的高度重視，其獨(dú)特的矢量調(diào)制方式，把電動機(jī)與PWM逆變器看為一體，著眼于如何使電動機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場為目標(biāo)，他以三相對稱正弦電壓供電時交流電動機(jī)中的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的磁鏈有效矢量來逼近基準(zhǔn)圓，即用多邊形來近似逼近圓形，理論分析和實(shí)驗(yàn)都表明SVPWM調(diào)制具有轉(zhuǎn)矩脈動小，噪音低，直流電壓利用率高(比普通的SPWM調(diào)制約高15%)等優(yōu)點(diǎn)。其原理就是在SVPWM調(diào)制中均勻的插入零矢量，使得等待時間變得更加均勻，從而減少了電流的高次諧波，使電動機(jī)的脈動轉(zhuǎn)矩也更小。對于SVPWM調(diào)制尤其要考慮其特殊的時間比較方式，故有專門的硬件支持來實(shí)現(xiàn)的才是最佳方案。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。80年代開始了第二個階段，DSP從概念走向了產(chǎn)品，TMS32010所實(shí)現(xiàn)的出色性能和特性備受業(yè)界關(guān)注。 到90年代，多家公司躋身DSP領(lǐng)域與TI進(jìn)行市場競爭。這時，DSP業(yè)務(wù)也一躍成為TI最大的業(yè)務(wù)，這個階段DSP每MIPS的價格已降到10美分到1美元的范圍。本文首先對主電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪出系統(tǒng)電路總圖。給出實(shí)現(xiàn)流程圖和部分程序。采用磁勢分布和功率不變的絕對變換，三相交流電流在空間產(chǎn)生的磁勢F與兩相交流電流產(chǎn)生的磁勢相等。 αβ坐標(biāo)與dq坐標(biāo)軸的設(shè)定C2s/2r變換，寫成矩陣形式，其公式如下： （）其逆變換矩陣型式為： （）同樣，電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)逆變換矩陣也與電流（磁動勢）旋轉(zhuǎn)逆變換陣相同，電壓的Park逆變換陣為： （） SVPWM的工作原理 電壓空間矢量是按照電壓所加繞組的空間位置來定義的。 電壓空間矢量示意圖當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動一周，其軌跡與磁鏈圓重合。由六個功率開關(guān)器件組成。 三相電壓源型逆變器，空間八個基本電壓矢量組成一個六邊形，分六個扇區(qū)，其中有兩個矢量為零矢量位于原點(diǎn)，即為和。利用這8種電壓矢量的線性組合，就可以獲得更多的與基本空間矢量相位不同的電壓空間矢量，最終構(gòu)成一組等幅不同相的電壓空間矢量，疊加形成盡可能逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場的磁鏈圓。通過控制各個電壓矢量的作用時間，使空間電壓矢量接近圓軌跡旋轉(zhuǎn)，就可以使電機(jī)磁通也逼近圓軌跡。按照平行四邊形法則，利用這8個空間矢量可以合成任意的電壓矢量，以第一扇區(qū)為例，由平均值等效原理可得T4U4+T6U6+T0U0=TSUref （）式中 TT6為開關(guān)矢量UU6的作用時間；T0為零矢量的作用時間；TS為PWM開關(guān)周期。由于零矢量的作用不會改變磁鏈圓形軌跡的形狀，只是使磁鏈停止不前，改變的是磁鏈的變化速度。定義幅度調(diào)制比m為： （）電壓空間矢量調(diào)制的線性調(diào)制制約條件是： （） （） （）以上三式對于任何θ都成立，而因而幅度調(diào)制比m的最大值為1，也就是說逆變器輸出相電壓的極限峰值是。無論以何種方式產(chǎn)生SVPWM波形，只要滿足式()、()，它們的電壓利用率都是一樣的。通過分析和的關(guān)系來判斷參考電壓矢量Uref*所處的扇區(qū)的。采用上述條件，只需經(jīng)過簡單的加減及邏輯運(yùn)算即可確定所在的區(qū)間，避免了計(jì)算復(fù)雜的非線性函數(shù)，簡化運(yùn)算對提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度是很有實(shí)際意義的。 分析扇區(qū)I矢量關(guān)系，假設(shè)逆變器主電路的直流母線電壓為Ud ，采樣周期為Ts，矢量UU6和零矢量的作用時間TTT0可通過下式計(jì)算： （） 用α和β坐標(biāo)描述，則有： （）且 （）：扇區(qū)Ⅰ： （）當(dāng)Uref*位于其它扇區(qū)中時，同理可求得各矢量作用時間，解各方程后結(jié)果如下所示：扇區(qū)Ⅱ： ()扇區(qū)Ⅲ： ()扇區(qū)Ⅳ： ()扇區(qū)Ⅴ： ()扇區(qū)Ⅵ： ()通過分析這些結(jié)果可將進(jìn)一步簡化計(jì)算結(jié)果：定義： （）對于不同扇區(qū)，Tx， ： Tx和Ty賦值表扇區(qū)號ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTxZZXXYY TyXYYZZXTx、Ty賦值后，還要對其線性區(qū)調(diào)制進(jìn)行判斷，接著判斷Tx+TyTs是否成立，如不成立，則Tx、Ty保持不變；如成立，則設(shè)將電壓矢量端點(diǎn)軌跡端點(diǎn)拉回至正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)時兩非零矢量作用時間分別為，則有比例關(guān)系 ()因此可用下式求得，： ()然后可由此作為相鄰兩電壓空間矢量和零矢量的持續(xù)時間。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)產(chǎn)品名稱：三相異步電動機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：Y2系列電動機(jī)具有高效、節(jié)能、噪聲低、振動小、重量輕、運(yùn)行安可靠、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高和外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。當(dāng)然，使用電容濾波是它的優(yōu)點(diǎn)，但同時也是它的缺點(diǎn)－電容兩端的電壓不能突變。電路中R1為啟動電阻，限制濾波電容CC2的充電電流。因此，限流電阻的容量不必太大。一般的電解電容耐壓只能做到450V，串聯(lián)分壓后才能接到537V的直流母線。解決電壓不平衡的方法便是在兩個電容器的兩端分別并聯(lián)電阻值相等的均壓電阻Rc1和Rc2。IPM產(chǎn)品特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)方面①IPM由高速低功耗的IGBT管芯和優(yōu)化的柵極驅(qū)動電路以及快速保護(hù)電路組成。同時給用戶安裝帶來極大的方便。④主電路采用進(jìn)口的IGBT方形芯片、高級芯片支撐板，模塊壓降小、功耗低，效率高，節(jié)電效果好。外部采用環(huán)氧樹脂澆注，實(shí)現(xiàn)上下殼體的牢固聯(lián)結(jié)，以達(dá)到較高的防護(hù)強(qiáng)度和氣閉密封。（2）驅(qū)動及控制性能方面①開關(guān)速度快。③具有快速的短路保護(hù)功能。⑤具有柵極驅(qū)動欠壓封鎖功能。⑦無須采取防靜電措施。由于IPM驅(qū)動電路要求開關(guān)信號的延遲時間在015μs以內(nèi),為提高控制信號傳輸速度,選用高速光耦合器HCPL4504。當(dāng)DSP的輸出引腳為高電平時,光耦合器的6腳為低電平,使IPM開關(guān)器件導(dǎo)通。 PC817輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”的轉(zhuǎn)換。 IPM與HCPL450PC817的連接電路直流電壓檢測采用宇波公司的磁平衡式霍爾電壓傳感器CHV50P實(shí)現(xiàn)。電流檢測采用宇波公司的磁平衡式霍爾電流傳感器CHB50P,最大檢測電流為100 A,響應(yīng)時間小于1μs。CHB50P測量電阻得到的兩相電流信號從DSP2812的AD管腳送入片內(nèi)A/D,轉(zhuǎn)換為電流信號的數(shù)字量。繼電器作為電動機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。 故障切斷主回路本系統(tǒng)電源為各部分電路提供所需穩(wěn)定工作電壓。圖中用100uF的電解容濾除低頻信號。在高精度伺服控制、可變頻電源、UPS電源領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時是電機(jī)等數(shù)字化控制產(chǎn)品升級的最佳選擇。高性能32位CPU：快速中斷響應(yīng)和處理能力；與TMS320F24x/F240x系列數(shù)字信號處理器代碼兼容。最多達(dá)128K16位的ROM；M0和M：兩塊116位的單周期訪問RAM(SARAM)；DSP系統(tǒng)一般都采用多電源系統(tǒng),電源及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)對于系統(tǒng)