【正文】 DSP 最小系統(tǒng)的設(shè)計是 DSP 硬件設(shè)計中的最基本，也是最重要的一步。 (4) SCI/SPI 引導(dǎo) ROM. (5)兩個事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個管理器模塊包括 :兩個 16 位通用定時器， 8 個 16 位的脈寬調(diào)制 PWM 通道，可以實現(xiàn)三相反相控制、 PWM 的中心或邊緣校正、當(dāng)外部引腳 PDPINTX 出現(xiàn)低電平時快速關(guān)閉 PWM 通道 。欠壓保護采用滯環(huán)控制方式，即當(dāng) Vcc 恢復(fù)至上限值時，且輸入信號為 OFF，則解除報警。控制信號也是從主回路濾波電器兩端取出，經(jīng)電阻 EZ2。 由于保護電路屬于系統(tǒng)的弱電控制部分，而故障信號又是從主電路中取出的，為保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定應(yīng)實行弱電和強電隔離，即使兩者之間既保持控制信號聯(lián)系，又要隔絕電氣方面的聯(lián)系。典型的工作電壓一般取 15V. 制作驅(qū)動電源時，應(yīng)盡量降低紋波電壓，還要使電源的附加噪聲降到最小。 (2) IPM 的選取 IGBT 正反向峰值電壓為 : 基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 22 頁 共 43 頁 22 AUU m 3 1 12 2 022 ???? (39) IGBT 電壓定額為 : AUmU d 5 6 03 1 ??????? (310) 式中 :— 安全裕量 — 考慮大電容濾波后的電感升高系數(shù) IGBT 通態(tài)峰值電流為 : AI N m ???? (311) IGBT 電流定額為 : ???dI = = (312) 式中 :— 安全裕量 — 考慮電機的過載倍數(shù) 故可選用 l0A/600V 的 IPM 模塊，型號為 PM10RSH120 (3)續(xù)流電路 續(xù)流二極管的主要功能有 : 電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量。 逆變電路 逆變電路的功率開關(guān)器件選用的是以絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)為核心的智能功率模塊 (IPM) 。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。 系統(tǒng)保護電路包括過壓、欠壓保護、限流啟動、 IPM 故障保護與泵升控制等。在變頻過程中艱口調(diào)制信號周期變化過程中，載波個數(shù)不變的調(diào)制稱為同步調(diào)制，載波個數(shù)才應(yīng)變化的調(diào)制稱為異步調(diào)制。繪出了三相雙極式的正弦脈寬調(diào)制波形。 m? 恒 轉(zhuǎn)矩調(diào)速 U1 恒功率調(diào)速 U1N U1 m? 0 fN f1 圖 26交流電動機變頻調(diào)速控制特性 SPWM 控制技術(shù)原理 逆變器的輸出波形是一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，這些波形與正弦波等效，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。 M? — 每極氣隙磁通量 。 s? — 旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度 s— 轉(zhuǎn)差率 式 (2 一 7)中 MsP 稱為交流電動機的轉(zhuǎn)差功率，這一部分功率主要消耗在轉(zhuǎn)子阻抗上。 F n0 F 圖 23轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理圖 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 no 稱為同步轉(zhuǎn)速，其大小取決于電流頻率關(guān)和磁場的極對數(shù)p,當(dāng)定子每相繞組只有一個線圈時，繞組的始端之間相差 1200 空間角，如圖 23所示，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即 p=，磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)磁場的 (每分鐘 )轉(zhuǎn)速 no = 60f。轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)其構(gòu)造分為兩種形式 :鼠籠式和線繞式。 4)基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關(guān)配套件社會化、專業(yè)化生產(chǎn)。例如 MOSFET 的通態(tài)內(nèi)阻不斷減小，新的MOSFET 通態(tài)內(nèi)阻不僅比 PN結(jié)的正向好，甚至比肖特基二極管的正向內(nèi)阻還小，己成為最佳的整流器件之一 。其體積小、效率高、功率因數(shù)高、振動小、噪聲低，平 層精度好，在高層建筑、無機房電梯和家庭小梯中都有很大的市場?？刂齐娐钒?DSP 最小系統(tǒng)電路。系統(tǒng)硬件電路主要由主電路、系統(tǒng)保護電路和控制電路組成。 1．永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展具有快速電流跟蹤系統(tǒng)的變頻裝置、DSP 信號處理器以及高性能釹鐵硼永磁材料的發(fā)展，為各類永磁同步電動機及 其控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來生機。復(fù)合器件有 IGBT， MCT， MGT， sITH 等 。近年來高電壓、大電流的 SCR， GTO， IGBT， IGCT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實。定子繞組是定子中的電路部分，中，小型電動機一般采用漆包線繞制卜其三相對稱繞組共有六個出線端，每相繞組的首端和末端分別用 D1,D2,D3 和 D4,D5,D6 標(biāo)記，可以根據(jù)電源電壓和電動機的額定于電壓把三相繞組接成星形或三角形，參見圖 21。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 7 頁 共 43 頁 7 而使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。 (2)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 :變轉(zhuǎn)差率調(diào)速實現(xiàn)方法眾多，例如調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速和滑差離合器調(diào)速等方法。 IK — 與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) 。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動勢必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩 T減小。而在另半個周期內(nèi)，兩個器件的工作情況正好相反。但是，提高載波的頻率要受逆變開關(guān)管的最高開關(guān)頻率限制，而且也形成對周圍電路的干擾源。具體實現(xiàn)方法是把逆變器整個變頻范圍劃分為若干個 頻段，在每個頻段內(nèi)都維持載波比恒定，對于不同頻段取不同的載波比，頻率較低載波比取大點，一般有經(jīng)驗參數(shù)可取 . 基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 17 頁 共 43 頁 17 3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計 本文設(shè)計的系統(tǒng)以 TI公司的 TMS320LF2407A為控制核心 ，其總體設(shè)計圖如圖 311 圖 31基于 DSP 的變頻調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計圖 M 限流起動 電壓檢測 IPM 故障保護 泵升控制 過欠壓保護 驅(qū)動電路 光電耦合 頻率輸入 中央處理器 故障保護 PWM IO 接口 IO接口 基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 18 頁 共 43 頁 18 其中主電路部分由整流電路、濾波電路、逆變電路 (和 IPM 驅(qū)動電路與吸收電路組成。圖中 C5 為 C 型吸收電路， R6 到 R11 和 C6到 C11 組成 RC 型吸收電路。 電源指示 發(fā)光二極管 DS1 除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在主電路切斷電源后，顯示濾波電容上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。 三相橋臂 。 驅(qū)動電源電壓在 13. 5V16. 5V 之間， IPM 能夠正常工作。在此，針對這些問題，設(shè)計了系統(tǒng)過壓、欠壓保護、限流起動、工 頻 故障保護等電路。U2= ?DCPU (1+10%}=311? (1+10%)=342V (317) 基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 27 頁 共 43 頁 27 限流啟動電路 此電路是用來防止在開啟主回路時，由于儲能電容大，加之在接入電源時電容器兩端的電壓為零，故當(dāng)主電路剛合上電源的瞬間，濾波電容器的充電電流是很大的，過大的沖擊電流將可能使整流橋的二極管損壞。 （ 3)控制電源欠電壓保護 如果某種原因?qū)е驴刂齐妷悍锨穳簵l件，該功率器件會關(guān)斷 IGBT 并輸出故障信號。40MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 25ns，從而提高了處 理器的實時控制能力，使 LF2407A 可以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的 16 位微處理器和控制器的 性能。 (13) 5 個外部中斷，其中 2 個驅(qū)動保護， 1個復(fù)位中斷和兩個可屏蔽中斷。 DSP 外圍接口電路設(shè)計 串行接口電路如圖 39，我們通過一片 MAX232 構(gòu)成串行通信接口。片內(nèi)光電編碼器電路 。當(dāng)溫度降至復(fù)位溫度，且輸入信號為 OFF，則解除報警。 IPM 故障保護電路 護 M 有內(nèi)置保護電路以避兔因系統(tǒng)失控或過載而使功率器件損壞，內(nèi)置保護功能的框圖如圖 37 所示。 基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 25 頁 共 43 頁 25 圖 34 IPM 接口電路 圖 35系統(tǒng)的 保護電路 基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 26 頁 共 43 頁 26 過壓、欠壓保護電路 系統(tǒng)中設(shè)置了直流電壓過壓、欠壓保護電路。上拉電阻應(yīng)盡可能小以避免高阻抗 IPM 拾取噪聲，但又要足夠可靠地控制 IPM. 表 31控制端電流與開關(guān)頻率的關(guān)系 單位 mA N端 P端 DC 20kHz DC 20kHz 型號 Typ. Max. Typ. Max. Typ. Max. Typ. Max. PM10RSH120 18 25 23 32 7 10 8 12 在 PWM 信號輸入端必須用高速光 耦 進行隔離，一般取光 耦 的開關(guān)速度 PLHt PHLt ? S、共模抑制比 CMR skv?10 ，通常的型號有 :HCPL4504, TLP559, 6N136，并且在光 耦 輸出端接一個退 耦 電容。 IGBT (Q1~Q6)進行逆變的基本工作過程 :同一橋臂的兩個逆變管，處于不停的 交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)。而智能功率模塊仁 IPM)是將大功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內(nèi)，是電力集成電路 PIC 的 一種。本設(shè)計采用的是單相整流橋。IPM 故障保護是 IPM 內(nèi)部集成的各種保護功能，包括過電流保護功能、短路保護功能、控制電源欠電壓保護和管殼及管芯溫度過熱保護。而且，為了雙極性調(diào)制時每相波形正負(fù)波形對稱，上述倍數(shù)必須是奇數(shù)，這樣在信號波 0180 處，載波的正負(fù)半周恰好分布在 0180 處的左右兩側(cè)。由 AU 和 BU 相減，可得逆變器輸出的線電壓波形 ABU 。 SPWM 波形如圖 27所示。 (1)基頻以下調(diào)速 由式 (28)可知，要保持中 M? 不變，當(dāng)頻率關(guān)從額定值 If 向下調(diào)節(jié)時，必同時降低 IE 使?1fE 常數(shù)，即采用電動勢與頻率之比恒定的控制方式。 (3)變頻調(diào)速 :變頻調(diào)速是通過改變電動機定子電源的頻率，來實現(xiàn)調(diào)速的方法即調(diào)節(jié) s? 來調(diào)速。二者相差的程度用轉(zhuǎn)差率 s 來表示 : 00n nns ?? (25) 一般交流電動機在額定負(fù) 載時的轉(zhuǎn)差率約為 1%9%。用鑄鋁轉(zhuǎn)子可節(jié)省銅材，簡化了制造工藝，降低了電機的成本。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)學(xué)者作了大量的變 頻理論的基礎(chǔ)研究，早在二十世紀(jì) 80 年代，已成功引入矢量控制的理論，針對交流電機具有多變量、強耦合 、非線性的特點，采用了線性解 耦合 非線性解 耦合 的方法，探討交流電機變頻調(diào)速的控制策略。同時由于電壓控制型器件的應(yīng)用，使功率開關(guān)管的驅(qū)動電路大大簡化，例如 IGBT 器件的門極驅(qū)動電路比雙極型晶體管的基極驅(qū) 動電路所用的元器件要小得多，而且，所需要的驅(qū)動功率也比雙極型晶體管的基極驅(qū)動電路的要少很多，從而使將驅(qū)動電路和功率開關(guān)管集成在同一芯片或模塊中成為可能，并且經(jīng)過了近些年來的發(fā)展，功率電基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 3 頁 共 43 頁 3 子器件制造公司以推出了多種有智能特性的復(fù)合器件或模塊，例如 SMARTFET 和護M，它們內(nèi)部不僅集成了各種自保護功能，也將控制芯片集成在里面。該逆變器硬件簡單，電流控制響應(yīng)快，兼有電壓和電流控制型逆變器的優(yōu)點，普遍用于 PMSM 伺服系統(tǒng)和異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 : DSP 智能功率模塊 恒壓頻比控制 SPWM 本科生畢業(yè)論文 第 II 頁 共 43 頁 II Abstract Along with the development of agricultural production and technical requirements of speed, and more and more is also high in speed asynchronous motor is the poor performance of the state. Ho