【導(dǎo)讀】本文分析了變頻器的工作原理和異步電機(jī)各種控制策略，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，減少逆變器輸出電流的諧波，降低轉(zhuǎn)矩脈動，提高電壓利用率。該變頻調(diào)速系統(tǒng)以。簡單、可靠性好、執(zhí)行效率高；分析了系統(tǒng)軟硬件干擾問題并進(jìn)行了抗干擾設(shè)計。硬件成本低，實(shí)時性高，有效改善了死區(qū)引起的電流畸變。

　　

【正文】 TL P 5 5 9 圖 (2)驅(qū)動信號的輸入 如圖 所示，由 DSP 產(chǎn)生的六路 PWM 信號要經(jīng)隔離后再輸入。在此系統(tǒng)中，最好的隔離元器件是光電耦合器，由于 PWM 波的頻率高，對光電耦合器的要求也較高，因此選用 TLP559 型光耦。中的 IGBT 功率開關(guān)在有效的低電平輸入時導(dǎo)通，當(dāng)輸入 信號為有效的高電平時， IGBT 關(guān)斷，此時輸入腳和供電電源的正極之間接一 個較大的上拉電阻，防止 DU/DT 的作用而產(chǎn)生誤動作。由于光耦 TLP559 的典型驅(qū)動工作電流 IF為 25MMA，為防止 DSP 的 PWM 輸出驅(qū)動能力不足，經(jīng) PNPA1015 型三極管倒向放大輸出電流，更穩(wěn)定的驅(qū)動光耦 TLP559 工作。 4． 3 控制電路 本系統(tǒng)的控制電路以 1MS320LF2407A 為核心芯片，結(jié)合了外圍接口電路和輔助硬件設(shè)備，是全數(shù)字化交流電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng) 的重要組成部分。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 23 頁 (1)時鐘和復(fù)位電路 TMS320LF2407A 的鎖相環(huán)功能用來從一個較低頻率的外部時鐘 獲得較高的內(nèi)部時鐘頻率。倍頻數(shù)可由軟件編程設(shè)定為 ～ 4 倍。本設(shè)計選用 8M 晶振器為外部時鐘輸入，晶振兩端分別連接到 TMS320LF2407A 芯片的 XTAL2 和 CLKIN 引腳，時鐘預(yù)定標(biāo)由其內(nèi)部鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)。 復(fù)位電路如圖 所示。圖中 RESET 接至 TMS320LF2407A 的復(fù)位引 腳 RS。TMS320LF2407A 芯片的 RS 引腳低電平有效， AN 為復(fù)位開關(guān)按鍵，該鍵被按下時RESET 引腳電平被拉低，系統(tǒng)被復(fù)位。 2 2 k1 u f+ 3 .3 vR E S E T3 . 3 v1 0 k 1 0 kV C C3 . 3 vT A S TE M D AE M D 0J T A G1357911132468121416T M 1T D 1T D 0T C R 圖 復(fù)位電路 圖 JTAG 方針接口電路 JTAG 仿真接口用來在線調(diào)試 DSP 硬件和軟件，其硬件連接如圖 所示。圖中TMS、 TDI、 TDO 等分別連接至 TMS320LF2407A 芯片的相應(yīng)位置即可。 (2)外部存儲器擴(kuò)展和 EEPROM TMS320LF2407A 芯片的 DS、 PS 引腳的作用分別是提供外部數(shù)據(jù)存儲器、外部 程序存儲器的選通信號。當(dāng)軟件執(zhí)行過程中的程 序地址為片外存儲器地址時， PS 引腳被系統(tǒng)拉低，選通外部程序存儲空間。本設(shè)計中 選用 CYPRESS 公司生產(chǎn)的 CY7C1021V33芯片進(jìn)行外部程序存儲空間擴(kuò)展。 CE 為 CY7C1021V33 芯片的選通信號，低電平有效。DSP 上的 PS 信號直接連接到 CE 引腳。當(dāng) PS 為低電平時，外部存儲器被選通，作為外部程序存儲器被使用。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 24 頁 A5A6A7OEB H EB L EI / O 16I / O 15I / O 14I / O 13V s sV c cI / O 12I / O 11I / O 10I / O 9NCA8A9A 10A 11NCA4A3A2A1A0CEI / O 1I / O 2I / O 3I / O 4V c cV s sI / O 5I / O 6I / O 7I / O 8WEA 15A 14A 13A 12NC4443424140393837363534333231302928272625242312345678910111213141516171819202122A4A3A2A1A0PSD0D1D2D3V c cV s sD4D5D6D7WEA 15A 14A 13A 12A5A6A7RDB H EB L ED 15D 14D 13D 12V s sV c cD 11D 10D9D8NCA8A9A 10A 11NCN 302C Y 7C 1021V 33V C CWPS C LS D AA0A1A2G N D87651234V C CI O P E O100IOPA7 （ 1）外部程序存儲器擴(kuò)展 （ 2） EEPROM 連接圖 圖 RAM 和 ROM 外部存儲器 由于變頻器具有修改參數(shù)的功能。并要按照要 求進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，所以需要將數(shù)據(jù)存入到 EEPROM 中，將參數(shù)保存下來，防止掉電后數(shù)據(jù)丟失。 在此選用容量為16K24LC65(MICROCHLP)作為 EEPROM。 IOPE0、 IOPA7 與 DSP 相應(yīng)的引腳連接，其電路圖如圖 所示 4． 4 檢測及保護(hù)電路 (1)電壓檢測及保護(hù) 我國電網(wǎng)電壓的線性度較差，電壓變化范圍大 ，會導(dǎo)致控制器直流回路的過壓或者欠壓。本設(shè)計中選用電壓互感器，直接在電壓 輸入的交流側(cè)取樣隔離，經(jīng)過整流濾波后直接送入 DSP 的 ADC 通道。對欠壓和過壓的保護(hù)則用軟件方法實(shí)現(xiàn) ，利用 DSP 的高精度和高速的運(yùn)算能力，設(shè)置過 (欠 )壓的閾值，直接對過 (欠 )壓實(shí)時檢測并進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。這種方法設(shè)計簡單，且節(jié)約成本。在本 設(shè)計中使用了兩個電壓互感器，根據(jù)二者的平均采樣值進(jìn)行保護(hù)，提高了保護(hù)的準(zhǔn)確性 。電路圖如圖 所示。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 25 頁 R210kR110kR4100kR31kC1100nE10ufA D C 6AB 圖 電壓檢測電路圖 (2)電流檢測及過電流保護(hù) 電流檢測的原理同電壓檢測，用電流互感器對 主電路回路上的電流進(jìn)行檢測，然后將其轉(zhuǎn)變成電壓信號，再經(jīng)過整流濾波輸入 DSP 的 ADC 通道，使用兩路電流信號的平均值與過電流閾值進(jìn)行比較，在超過閾值的情 況下進(jìn)行過電流保護(hù)。 (3)故障保護(hù)電路 具有內(nèi)置保護(hù)電路以避免因系統(tǒng)失控或過載而 損壞功率器件。如果模塊其中一種保護(hù)電路動作， IGBT 柵極驅(qū)動單元就會關(guān)斷電源，同時輸出一個故 障信號 ALM。故障輸出表現(xiàn)為集電極開路，同時在內(nèi)部流過一個有 限的最大吸收電流。也就是說如果發(fā)生故障，開路集電極器件即接通，故障輸出引腳從 控制電源正端吸收電流。 4． 5 輸入輸出電路 由于變頻器在實(shí)際使用對需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、 運(yùn)行調(diào)試，遠(yuǎn)程控制等，還要使用戶能夠了解變頻器的實(shí)時運(yùn)行情況，因此需要設(shè) 計控制方便的輸入工具及可視化的輸出界面。本系統(tǒng)共有 3 個輸入端。電位器、控制端子和鍵盤：一個輸 出端 ——液晶顯示器。下面將分別加以介紹。 (1)電位器調(diào)節(jié)端 該輸入端的功能是作為頻率源輸入之一，如圖 所示電位器兩端電壓經(jīng)電阻 R102和 R103 分壓后作為 DSP 的 AD 轉(zhuǎn)換 01 通道的輸入，輸入信號范圍： 0～ 。在軟件中設(shè)定輸入電壓值與頻率的線性關(guān)系，通過調(diào) 節(jié)電位器阻值即可方便的實(shí)現(xiàn)輸入頻率源的設(shè)置 。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 26 頁 1234R11 5 0R21 0 0R31 0 0R41 0 0C11 0 0 fC21 0 f1 2 VA D C I N 圖 電位器輸入端 (2)控制端予 該輸入端共有 8 個控制端子，分別經(jīng)光電隔離后連接至 DSP 的 08～ 15 號 ADC 通道。端子 L～ 4 分別實(shí)現(xiàn)啟動／停止、正轉(zhuǎn)，停止、反轉(zhuǎn)，停 止、寸動／停止功能。端子 5～ 8 用來設(shè)置 16 個 速度級數(shù)，通過對速度級數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào) 速。 (3)鍵盤 鍵盤共有上翻、下翻、參數(shù)設(shè)置鍵、確認(rèn)鍵、 啟動鍵及停車鍵共六個按鍵和一個電位器。電位器實(shí)現(xiàn)輸入頻率源的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)端 與 DSP 的 AD 轉(zhuǎn)換 00 通道相連，其調(diào)節(jié)原理與電位器輸入端相同。鍵盤按鍵與 DSP 的 I／ O 口相連，低電平有效。 1～ 4 號按鍵完成對變頻器參數(shù)的設(shè)置及修改，并可將其 保存在 EEPROM 中。 5 號按鍵為電機(jī)啟動按鍵， 6 號按鍵與 DSP 的復(fù)位端相連，按鍵按 F， DSP 復(fù)位，電機(jī)停車。 (4)液晶顯示器 液晶顯示器可以顯示變頻器運(yùn)行的頻率、電流 、電壓、運(yùn)行方向等參數(shù)及故障境況，可以使用戶了解變頻器的實(shí)時運(yùn)行情況。本系 統(tǒng)中選用中文液晶顯示模塊LCML6824ZK， ROM 內(nèi) 8192 個 16+16 點(diǎn)中文字型和 128 個 16+8 半寬的字母型號字型；內(nèi)含 CGRAM 提供 4 組軟件可編程的 1616 點(diǎn)陣造字功能。其電源操作范圍寬： ～，低功耗；與單片機(jī)接口界面靈活。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 27 頁 4． 6 通訊電路 通訊電路實(shí)現(xiàn) DSP 向單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。本電路選用 MICROCHIP 公司的PIC18F452 單片機(jī)，其基本性能如下： (1)高性能 RISC CPU：高達(dá) 2MB 的程序存儲器：高達(dá) 4KB 的數(shù)據(jù)存儲器；高達(dá)10MIPS 的執(zhí)行速度； DC～ 40MHZ 時鐘輸入； 4～ 10MHZ 帶 PLL 鎖相環(huán)有源晶振／時鐘輸入； 16 位寬指令 ， 8 位寬數(shù)據(jù)通道；帶優(yōu)先級的中斷： 88 單周期硬件乘法器。 (2)外圍功能模塊特性：最大拉電流 /灌電流可達(dá) 25MA； 40 個外部引腳， 33 個可配置 I/O 引腳； 3 個外部中斷； 3 個 16 位 、 1 個 8 位定時 /計數(shù)器； 2 種振蕩器時鐘選擇；含有 CCP 模塊和增強(qiáng)型 CCP 模塊 ， 2 種工作方式的主同步串行通信 MSSP；可尋址的USART 模塊； 8 通道， 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 (3)特殊的單片機(jī)特性：上電復(fù)位電路 POR、上電延時定時器 PWRT 和振蕩器起振定時器 OST：帶有片內(nèi) RC 振蕩器的監(jiān)視定時器 WDT； 可編程代碼保護(hù)功能；休眠省電模式 SLEEP；振蕩器工作方式的不同選擇，包括 4 鎖相環(huán) (主振蕩器 )和 2 路振蕩器(32KHZ)時鐘輸入；可進(jìn)行在線串行編程 ICSP。 (4)低功耗、高增強(qiáng)型的 FLASH 技術(shù)：全靜態(tài)設(shè)計； ～ 的寬范圍工作電壓。仿真器選用 MICROCHIP 公司的 MPLAB ICD2 仿真器及 MPLAB IDE 集成仿真軟件，編程語言使用 PIC 匯編語言。 在本系統(tǒng)中 DSP 處理的功能項(xiàng)及其參數(shù)值需要傳給單片機(jī) PIC18F452 以顯示當(dāng)前的功能項(xiàng)及參數(shù)值。因?yàn)?DSP 和 PIC 之間的通信距離較短，且對數(shù)據(jù)顯示的實(shí)時性 較強(qiáng)，所以它們之間的通信采用并口直接通信的 方式。并口通信通過 8 位數(shù)據(jù)位和 3 位控制位實(shí)現(xiàn)， DSP的 IOPBO～ 10PB7分別與 PIC單片機(jī)的 PDO～ PD7連接； DSP的 10PC3～I(xiàn)OPC5 分別與 PIC 單片機(jī)的 PE2～ PE0 口連接。 所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有三組：功能項(xiàng)代碼，參 數(shù)項(xiàng)高位，參數(shù)項(xiàng)低位。它們分組傳輸分別用 IOPC3， 4， 5 的三位區(qū)分并控制它們的傳輸。本程序中設(shè)定 控制位高有效。當(dāng)控制位為高電平時， DSP 傳輸相應(yīng)的項(xiàng)， PIC 根據(jù)控制位的高低判斷并接收相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過顯示器顯示出來。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 28 頁 5 變頻系統(tǒng)的軟件設(shè)計 5． 1 TMS320LF2407A 的編程 TI 公司提供了緊湊、高度集成的評估和軟件開發(fā) 平臺 ——CC2020，其用戶開發(fā)指南和豐富的范例程序?yàn)橛脩舾斓厥煜な褂眠@ 種控制器和完成控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)提供了方便。 DSP 通過仿真器上的 JTAG 接口與基于 WINDOWS 2020 或 WINDOWSNT的仿真調(diào)試軟件 CC2020 相連 。 CC2020 代碼編譯器不僅具有豐富的菜單和工具欄選項(xiàng) ，還有多種工作窗口可完成下載可執(zhí)行代碼，檢 查寄存器和程序數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容，執(zhí)行可執(zhí)行文件，設(shè)置斷點(diǎn)和單步操作等。 程序調(diào)試的簡單步驟概述如下： （ 1） 建一個新的工程； （ 2） 將所需要的文件添加到該工程中； （ 3）編譯連接和調(diào)試程序。 在編譯連接過程中如果出現(xiàn)錯誤，則系統(tǒng)會提 示該錯誤的類型和位置，用戶可根據(jù)該信息回到原程序中修改。如果編譯連接