【正文】 wever, the frequency conversion technology to improve the performance of ac motor speed, speed sensorless and microprocessorbased digital control system is also gradually began to enter the scope of study and discuss people. As one of the hightech frequency conversion technology is an important energy saving and environment protection technology, in various industrial production, transportation and widely used in household appliances, inverter frequency conversion technology products, as in all aspects of our agriculture is very important position. Taking threephase ac induction motor is accused of TMS320LF240X as processor, through the SPWM control technology to realize constant pressure frequency ac motor control motor speed, the theory. Introduces the principle of SPWM control technology, including single polarity SPWM control technology, the dual polarity SPWM SPWM modulation and control technology. Given the parts hardware circuit principle, parameter calculation and each part of the device. The system hardware circuit consists mainly of main circuit, system protection circuit and control circuit. The main circuit includes rectifier, filtering, inverter, IPM drive circuit and absorbing circuit, etc. System protection circuit including overvoltage, protection, limited flow, fault protection。 本文以三相交流異步電動機(jī)為被控對象 TMS320LF240X定為處理器，通過 SPWM控制技術(shù)對交流電機(jī)實現(xiàn)恒壓頻比控制，電機(jī)變頻調(diào)速的理論。 電機(jī) 節(jié)能技術(shù)最受矚目的就是變頻調(diào)速技術(shù)。 電力電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況和趨勢 自從 1956 年第一只晶閘管的問世，電力電子技術(shù)作為電子技術(shù)的一個分支建立以來，電力電子技術(shù)已取得了令人注目的發(fā)展，早期的 半控型電力電子器件 SCR已逐漸被全控型半導(dǎo)體器件所代替，并發(fā)展出了多種高電壓、大電流、快速 (高頻 )、驅(qū)動簡單、復(fù)合化和智能化的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件。 國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點 : 1)市場的大量需求。變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件電路的研究和設(shè)計，包括主電路、系統(tǒng)保護(hù) 電路和控制電路 。電動勢的方向可由右手定則確定。 2 無轉(zhuǎn)差損耗，效率高。 從上述比較可以看出，與變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速相比，變頻調(diào)速可在寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，并可獲得很好的起動和運行特性，是一種效率比較高的調(diào)速方法。 n f1N f1Nf2f3f4 nIN f2 f3 f4 0 T 圖 24基頻以下調(diào)速時的機(jī)械特性 n f4 f4f3f2f1N f3 f2 恒 P f1N 0 T 圖 25基頻以上調(diào)速時的機(jī)械特性 (2)基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從 Nf1 往上增高，但電壓 1U 卻不能超過額定電壓 NU1 , 最多只能保持 1U = NU1 、。只要正 弦調(diào)制波的最大澎氏于三角載波的由圖 29（ A)的調(diào)制結(jié)果必然形成圖 29(B)所示的等幅不等寬而且兩側(cè)窄中間寬的 SPWM 脈寬調(diào)制波形。圖中給出了載波在不同頻率時的 SPWM電流波形，基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 15 頁 共 43 頁 15 可見載波頻率越高，諧波波幅越小， SPWM 波形越好。但是由于載波比隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，逆變器輸出電壓的波形其相位也會發(fā)生變化，很難保持三相輸出的對稱關(guān)系，因此會引起電動機(jī)的工作不穩(wěn)定。主電路采用典型的交一直一交電壓源型通 用變頻器結(jié)構(gòu)，輸入功率級采用單相橋式不可控整流電路 RB1，整流輸出經(jīng)中間環(huán)節(jié)大電容 (由 C1 到C4 電容組成 )濾波，獲得平滑的直流電壓。又設(shè)電源功率因數(shù)為 ，那么每一個周期， 電容吸收的能量為 : )(21 2m in2 UUCnfPE pkmO U T ??? (37) 式中 OUTP 為電機(jī)輸出功率， pkU 為峰值電壓， minU 為最小交流輸入電壓。帶 RC 信號干擾抑制和電源干擾抑制。 驅(qū)動電源 當(dāng)控制信號 (柵極驅(qū)動 )與主電流共用一個電流路徑時，由于主回路有很高的di/dt，至使在具有寄生電感的功率回路產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而導(dǎo)致可能感應(yīng)到柵極把本來截止的 IGBT 導(dǎo)通。如果其中有一種保護(hù)電路動作， IGBT 柵極驅(qū)動單元就 會關(guān)斷電流并輸出一個故障信號，各個保護(hù)功能的工作情況將在保護(hù)電路中進(jìn)行介紹。 (1)工作原理 在過 (欠 )壓保護(hù)中，當(dāng)采樣電壓高 (低 )于保護(hù)參考點 V2 (V1)，則 OVH(OVL)輸出低電平，與其它故障信號相與后送入 DSP的 /PDPINTA中斷 a，當(dāng) DSP的 }PDPINTA管腳接收到低電平信號， DSP 將做出相應(yīng)的中斷處理，立即封鎖 PWM 輸出及停止運行。如果集電極電流超過容許值，則立即關(guān)斷 IGBT。因此，散熱器的設(shè)計務(wù)必有充足的裕量保證管芯結(jié)基于 DSP 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 第 29 頁 共 43 頁 29 溫在額定值以內(nèi)。 (10) 16 位串行外部設(shè)備接口 SP 工模塊。接收器的典型臨界值是 ，典型磁滯是 。 (6)可擴(kuò)展的外部存儲器總共 192K 字的空間，分別為 64K 程序存儲空間 64K數(shù)據(jù)存儲空間、 64K 字的 I/0 空間。輸出故障信號 F 后，應(yīng)立即送入控制處理器 DSP 的中斷口/PDPINTA 產(chǎn)生中斷，停止運行并封鎖送到 IPM 的輸入信號，在排除了故障之后再啟動運行。并輸出過流保護(hù)故障。光電 耦 合器是用來抑制輸入信號的共模干擾。因而在 F 輸出時系統(tǒng)必須在 內(nèi)使 PWM 信號無效，等故障排除后方可重新有效。諧波的減少取決于逆變電路功率元件的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率則受器件開關(guān)時間的限制。該電流傳感器是射極分流式采樣，電阻上流過的電流很小，且與開關(guān)流過的大電流成確定比例關(guān)系，從而可代替一般要外接的電流互感器，如霍爾電流傳感器等檢測元件。這里采用常用的電容濾波電路，在整流輸出端并入大電容，整流輸出直流電壓含有很多偶次諧波，頻率越高，電容容抗越小，分流作用越大，諧波被濾除的就越多，輸出電壓的平均值就越大。最小系統(tǒng)由 DSP 本身和外擴(kuò)的數(shù)據(jù) SRAM,程序 SRAM、復(fù)位電路、晶振、譯碼電路、電源轉(zhuǎn)換電路和仿真接口 JTAG 電路組成， 仿真接口 JTAG 電路是為了實現(xiàn)在線仿真，同時在調(diào)試過程裝載數(shù)據(jù)代碼和程序代碼 。而且，此時載波的邊頻帶靠近信號波，容易干擾基波頻域。 綜上所述，雙極性調(diào)制的工作特點 :逆變橋在工作時，同一橋臂的兩個逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，而流過負(fù)載 Z 的電流是按線電壓規(guī)律變化的交變電流，如圖 211 所示。正弦波大于三角波時，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通 。在恒壓頻比的條件下改變頻率 f 時，我們能證明 :機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖 24 所示，當(dāng)轉(zhuǎn)矩 T 增大到最大值后，特性曲線就折回來了。 優(yōu)點 : 效率高，調(diào)速過程中無附加損耗。三是改變電機(jī)定子繞組的極數(shù)，稱為變極調(diào)速?；h(huán)對軸也是絕緣的，滑環(huán)通過電刷將轉(zhuǎn)子繞組的三個首端引到機(jī)座上的接線盒里，以便在轉(zhuǎn)子電路中串入附加電阻，用來改善電動機(jī)的起動和調(diào)速性能。 3)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè) 落后。 國內(nèi)外交流調(diào)速現(xiàn)狀 國外現(xiàn)狀 在大功率交一交變頻調(diào)速技術(shù)方面，法國阿爾斯通己能提供單機(jī)容量達(dá) 3 萬的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。直接轉(zhuǎn)矩的智能控制 PWM 技術(shù)常規(guī)的直接轉(zhuǎn)矩 PWM 技術(shù)無法區(qū)別轉(zhuǎn)矩、磁鏈的非常大的偏差和相對小的偏差，這將造成 電機(jī) 啟動期間系統(tǒng)的停滯。九十年代我國高耗能產(chǎn)品的耗能量比發(fā)達(dá)國家高 1255%，能源綜合利用效率僅為 32%。本科生畢業(yè)論文 存檔日期： 存檔編號： 徐 州 師 范 大 學(xué) 科 文 學(xué) 院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 論 文 題 目： 基于 DSP 的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動化 年 級： 指 導(dǎo) 教 師： 科文學(xué)院教務(wù)部印制 本科生畢業(yè)論文 第 I 頁 共 43 頁 I 摘 要 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人們對調(diào)速技術(shù)的要求也越來越高，而異步電動機(jī)在調(diào)速方面一直處于性能不佳的狀態(tài)。 我國迫切需要提高能源利用效率。而采用智能控制中的模糊控制，可以通過定子磁鏈的空間位置，由一系列偏差的正大，正 小等模糊語言，根據(jù)模糊規(guī)則推出逆變器的開關(guān)模式，使系統(tǒng)性能改善。在大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利 ABB 公司提供了單機(jī)容量為 6 萬的設(shè)備用于抽水蓄能電站。 4)產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平不高。 三相交流電機(jī)的工作原理 交流電動機(jī)是利用載流導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力的原理制成的。 (1)變極調(diào)速 :變極調(diào)速一般是通過改變定子繞組的接線方式來改變電動機(jī)的定子繞組極對數(shù)，從而達(dá)到調(diào)速的目的。應(yīng)用范圍廣，可用于籠型交流電動機(jī)。如果電動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速 n 下都具有額定電流，則電機(jī) 都能在溫升允許條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩 T 基本上隨磁通變化，由于在基頻以下調(diào)速時磁通恒定，所以轉(zhuǎn)矩 T 也恒定。當(dāng)正弦波小于三角載波時，使相應(yīng)的開關(guān)器件截止。 V1 Z V2 圖 211雙極性調(diào)制工作特點 SPWM 的調(diào)制方式 SPWM 波畢竟不是真正的正弦波，它仍然含有高次 諧波的成分，因此盡量采取措施減少它。為了克服這個缺點，必須在低頻時提高載波比，這就是異步調(diào)制方式。頻率輸入電路可以設(shè)置系統(tǒng)要輸出的SPWM波的頻率 。濾波電容除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器 之間起去耦 作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負(fù)載的電動機(jī)提供必要的無功功率。同時飽合壓降和開關(guān)速度之間的關(guān)系達(dá)到最優(yōu)化，具有足夠的安全工作區(qū)，能很好地滿足由控制 IC 給出的保護(hù)范圍。 盡管智能功率模塊 IPM的開關(guān)頻率可達(dá) 10 20kHz，但在確定逆變電路開關(guān)頻率時，除了應(yīng)使逆變電路輸出接近正弦波，還要考慮器件的開關(guān)損耗，以保證變頻調(diào)速系統(tǒng)具有較高的效率。低速光 耦 可用于故障輸出端。利用光電 耦 合器 把 各 種 模 擬 負(fù) 載 與 數(shù) 字 信 號 源 隔 離 開 來 ， 也 就 是 把 “ 模 擬 圖 36過壓、欠 壓保護(hù)電路 地”與“數(shù)字地 ” 斷開。由于有 toff 這么長時間的保護(hù)動作延時瞬間過電流及噪聲不會導(dǎo)致誤動作。電源上電時應(yīng)先接通控制電源 Ucc，然后再加主電源。 (7) 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時間為 375ns, 8 個或 16 個多路復(fù)用的通道，可選擇由兩個事件管理器或軟件觸發(fā)。發(fā)送器將TTL。 (9)串行通信接