075kw異步電機變頻調(diào)速實驗裝置的設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 10:53 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 V，內(nèi)部有6個IGBT管，組成三相橋臂，同時集成了IGBT驅(qū)動電路。DSP輸出的信號經(jīng)過高速光耦隔離后可以直接輸入給IPM。IPM內(nèi)部集成過電流和欠電壓保護電路。使用IPM極大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，滿足了教學(xué)實驗裝置的要求。實驗裝置電源箱輸出可調(diào)的0220V交流電給主電路供電，同時輸出穩(wěn)定的24V直流電用于控制電路。這些電源之間相互隔離，互不干擾，又有保險措施防止短路、過流等故障，提高了實驗裝置的安全性。實驗裝置還提供豐富的開放性接口，包括串行通訊接口，CAN通信接口和JTAG接口。實驗裝置還提供電壓和電流測試儀器，使實驗更加直觀。圖31系統(tǒng)總體圖本系統(tǒng)采用交－直－交電壓型逆變電路，主要由整流電路、濾波電路及逆變電路組成。選取整流橋為KBJ10A10(即10A，1000V)，整流后的直流電壓。由于輸入的電源是單相220V交流電，所以整流電路采用電容濾波的不可控整流電路。主電路工作時，因為智能功率模塊IPM的開關(guān)頻率很高，開關(guān)動作時會在直流側(cè)產(chǎn)生電流突變，由于主電路分別電感的存在，在IPM模塊內(nèi)部的IGBT的集電極和發(fā)射極以及直流母線上會出現(xiàn)浪涌電壓，不但影響逆變器的工作，還會損壞IGBT，因此需要在逆變橋上加上一個吸收緩沖電路。雖然三菱的PS21865采用了高低壓IC驅(qū)動方案，6路PWM控制信號可以直接與 DSP 連接， 但是由于 DSP 控制板和 IPM 高低壓 IC 供電是使用不同的獨立電源（即兩個電源不共地），同時 IPM 是強電控制而 DSP 是弱電系統(tǒng)，所以本系統(tǒng)中采用高速光耦將 DSP 控制板與 IPM 隔離，采用IPM專用高速光耦HCPL4504。這種光耦擁有高達15kv/us共模傳輸速率。圖 32 就是本系統(tǒng)光電耦合隔離電路原理圖。圖32光耦隔離電路使用電流型霍爾傳感器進行對線電流進行測量，選擇型號為HBCLSP型霍爾電流傳感器。該型霍爾傳感器額定電流6A，線圈匝數(shù)比為1:600，副邊測量電阻阻值為200歐姆。，設(shè)截止頻率為300Hz，電阻的計算公式如式（31）所示。 （31）圖33 霍爾電流檢測電路當(dāng)IPM的FO引腳輸出低電平脈沖，經(jīng)光電耦合后把DSP的PDPINTA引腳也拉為低電平，此時所有的PWM輸出管腳都呈高阻狀態(tài)。同樣，它與DSP的接口電路也需要進行電平轉(zhuǎn)換，這里采用電阻分壓的方式，具體接口電路如Error! Reference source not 。防當(dāng)故障信號輸出時，繼電器觸點打開，切斷電路，防止故障循環(huán)輸出，達到保護電路和電機的目的。圖34故障保護電路由于功率板中主要芯片需要額外供電，主要有直流+15V,15V,5V以及+。本電路采用7815和7915三端穩(wěn)壓管輸出所需的直流+15V,15V。具體電路如圖35所示。采用LM2575穩(wěn)壓管產(chǎn)生所需5V直流電源，采用TPS73HD318產(chǎn)生++。具體電路如圖36所示。IPM智能逆變器采用單電源供電，電源電路如圖37所示。圖35 15V電路圖36 DSP供電電源電路圖37 IPM電源供電模塊 正交脈沖編碼電路光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換裝置將輸出軸的角度變化轉(zhuǎn)化為脈沖信號的傳感器，也是母親應(yīng)用最多的角度傳感器，主要由光柵盤和光電檢測電路組成。在電機控制系統(tǒng)中，光電編碼器通常和電機同軸安裝，當(dāng)電動機運行時光柵盤與電動機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過光源和光敏二極管等原件組成的檢測裝置輸出脈沖信號可反應(yīng)轉(zhuǎn)角變化，而脈沖的頻率反映了電動機的轉(zhuǎn)速。并且，為了便于判別旋轉(zhuǎn)方向，編碼器均提供一組相位相差90度的輸出脈沖，根據(jù)兩路輸出脈沖的相位可確定電機的旋轉(zhuǎn)方向。4系統(tǒng)軟件設(shè)計 TMS320F2812簡介TMS320C2000系列DSP芯片是TI面向工業(yè)控制推出的數(shù)字信號處理器，既具備數(shù)字信號器的強大運算能力，又像單片機一樣在片內(nèi)集成豐富的外設(shè)與控制模塊，又被稱作數(shù)字信號控制器。DSP的主要特點：A. 快速的指令周期，支持在一個周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法；B. 采用改進的哈弗總線結(jié)構(gòu)，可同時完成獲取指令和數(shù)據(jù)讀取操作；C. 快速中斷處理和硬件I/O支持，保證了實時相應(yīng)能力；D. 專用尋址單元，具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；E. 采用流水線操作；F. 片內(nèi)集成了豐富的外設(shè)模塊，簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計。系統(tǒng)軟件由主程序、中斷程序和子程序組成。其中，主程序包括系統(tǒng)初始化和主循環(huán)等待。子程序包括電機運行頻率和指令給定子程序。中斷程序包括SVPWM波形的生成和功率驅(qū)動保護中斷程序。系統(tǒng)主程序流程圖如Error! Reference source not 。利用DSP定時器的下溢功能產(chǎn)生中斷，即進入子程序計算出下一個PWM周期的三個比較寄存器的比較值。程序可以實現(xiàn)調(diào)制波頻率1050Hz的變頻功能，其中載波頻率和采樣頻率可以根據(jù)實際情況由軟件進行設(shè)置。對于主程序流程，首先是系統(tǒng)的初始化，初始化系統(tǒng)控制，初始化PIE控制器，初始化PIE中斷矢量等。然后初始化定時器1：使能定時器1的周期中斷，復(fù)位定時器1的周期中斷標(biāo)志。緊接著使能T1下溢中斷，INT2開中斷。最后對系統(tǒng)其他參數(shù)初始化。開始系統(tǒng)初始化初始化定時器T1使能T1下溢中斷，INT2開中斷初始化系統(tǒng)其他參數(shù)模塊等待中斷 圖41主程序流程圖對于中斷服務(wù)程序，首先是保存現(xiàn)場并且清除中斷標(biāo)志位，然后執(zhí)行V/F模塊，系統(tǒng)根據(jù)給定的V/F控制方程得到相對應(yīng)的電壓，然后執(zhí)行SVPWM計算模塊，得到Ta、Tb和Tc三個值，送入比寄存器。最后清除中斷，然后返回。更新PWMDAC模塊是為了對產(chǎn)生的SVPWM波的電壓電流等變量用示波器進行測量觀察。中斷服務(wù)程序保存現(xiàn)場并清除中斷標(biāo)志位執(zhí)行V/F模塊執(zhí)行SVPWM計算模塊更新PWMDAC清除中斷返回圖42中斷服務(wù)程序 SVPWM技術(shù)的DSP實現(xiàn)方法利用TI公司的TMS320F2812能夠很容易地實現(xiàn)電壓空間矢量PWM的控制。實現(xiàn)的方法有硬件法和軟件法。這里主要介紹軟件法生成SVPWM的編程方法。對每一個電壓空間矢量PWM波的零矢量分割方法不同以及對非零矢量的選擇不同，會產(chǎn)生多樣的電壓空間矢量PWM波。選擇的原則是：盡可能使功率開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)最少；任意一次電壓空間矢量的變化只有一次橋臂的開關(guān)動作；編程容易。目前應(yīng)用最多的是7段式電壓空間矢量PWM波。特點是：每相每個PWM波輸出只使功率開關(guān)管開關(guān)一次，電動機的正反轉(zhuǎn)只與扇區(qū)順序有關(guān)。正轉(zhuǎn)時，扇區(qū)的順序是0123450；反轉(zhuǎn)時，扇區(qū)的順序是：5432105。為了產(chǎn)生7段式電壓空間矢量PWM波形，設(shè)計了一個DSP控制程序。在該程序中，調(diào)制波頻率由外部輸入，程序中采樣頻率和載波頻率都是10kHz，可以實現(xiàn)1050Hz變頻功能。程序由主程序和中斷服務(wù)程序組成。主程序的工作是初始化，根據(jù)U/f曲線確定參考電壓的幅值。中斷服務(wù)程序的工作是在每一個PWM周期里，計算出下一個PWM周期的3個比較寄存器的比較值，送入到比較寄存器中。，編程語言使用C語言。C語言是一種非常使用的編程語言，可讀性強，編程容易，調(diào)試簡單。該程序的編寫采用定義結(jié)構(gòu)體變量的方法，這樣編寫程序，使程序更具有可讀性，按住Ctrl鍵，鼠標(biāo)單擊結(jié)構(gòu)體名稱，可以對結(jié)構(gòu)體成員進行查看
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