【正文】 沈老師敏銳的洞察力、淵博的學識、高度的責任感令我深受裨益。本系統(tǒng)主電路的強電部分對控制電路還有一定程度的干擾，應(yīng)再研究變頻器的干擾抑制技術(shù)，以消除干擾。本系統(tǒng)是一個U/f控制方式的開環(huán)控制系統(tǒng)，它存在以下缺點:不能恰當調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)矩補償和適應(yīng)負載轉(zhuǎn)矩的變化。本文給出了以上各部分電路的工作原理、參數(shù)計算以及各部分器件的選取。3設(shè)計并實現(xiàn)了基于DSP控制的交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的整套硬件電路，包括主電路、系統(tǒng)保護電路和控制電路。2 PWM中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是:一、根據(jù)給定頻率完成頻率的調(diào)節(jié)控制。上位機軟件只需要實現(xiàn)對PC機串口的讀寫操作， 下位機控制程序主要由主程序和三個中斷服務(wù)子程序組成。死區(qū)配置寄存器 內(nèi)部總線脈沖模擬產(chǎn)生器對稱PWM不對稱PWM空間矢量PWM通用定時器1比較單元1比較單元2比較單元3 死區(qū)單元輸出邏輯 PWM1 D DTDH1 PWM2 DTDH2 PWM3 DTDH3 PWM4 DTDH4 PWM5 DTDH5 PWM6 DTDH6 PD PINT RS圖41PWM生成電路框圖比較匹配圖42對稱PWM波產(chǎn)生機理本系統(tǒng)的軟件主要有兩部分組成:一、上位機監(jiān)控程序。在這種計數(shù)方式下，計數(shù)器的值由初值開始向上跳增，當?shù)竭_T1PR值時，開始遞減跳變，直至計數(shù)器的值為零時又重新向上跳增，如此循環(huán)往復(fù)。e設(shè)置定時器工控制寄存器T1CON?？刂萍拇嫫鞯脑O(shè)置順序為:a設(shè)置定時周期寄存器T1PR。 圖310 CAN總線接口電路第四章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)控制能力的優(yōu)劣很大程度取決于軟件可靠性和通用性之外，滿足實時性的前提下，還要具有很好的實時性，控制軟件還應(yīng)具有靈活性。發(fā)送器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換成EIA/TIA232E電平。DSP最小系統(tǒng)框圖如圖38所示。(14)電源管理，具有3種低功耗模式，能獨立地將外圍器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。(10)16位串行外部設(shè)備接口SP工模塊。(6)可擴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。對外部時間進行定時捕獲的3個捕獲單元。 (2)基于TMS320C2XXDSP的內(nèi)核，保證了TMS320LF2407A芯片的代碼與TMS320系列DSP代碼兼容。如果先加主電源，則可能在保護功能還未起作用時，IPM已損壞。(5)抱警輸出功能在下橋臂側(cè)各種保護動作閉鎖期間，輸出報警信號，如控制輸入為ON狀態(tài)，即使閉鎖期已結(jié)束，報警輸出功能也不復(fù)位，等到控制輸入變?yōu)镺FF時，報警復(fù)位，保護動作解除。欠壓保護采用滯環(huán)控制方式，即當Vcc恢復(fù)至上限值時，且輸入信號為OFF，則解除報警。短路保護及過電流保護實際上均是對IGBT的集電極電流進行檢測，無論哪個IGBT發(fā)生異常都可保護，由于電流檢測內(nèi)置，故無需另加檢測元件。同時還具有防止誤動作閉鎖功能，在保護動作閉鎖期間，即使有控制信號輸入，IGBT也不工作。如果丁M模塊其中有一種保護電路動作，IGBT柵極驅(qū)動單元就會關(guān)斷電流，并輸出一個故障信號Fo。控制信號也是從主回路濾波電器兩端取出，經(jīng)電阻EZ2。 欠壓保護電壓:U1 =(110%} = 311(110%) = 280V ( 316） 過壓保護電壓。被測信號通過光電耦合獲得通路，而共模干擾由于不能形成回路而得到有效抑制。因為IGBT集射極耐壓及承受反壓的能力有限，而我國電網(wǎng)電壓的線性度較差，電壓會有一定的波動范圍，這會導致直流回路過壓或欠壓，因此應(yīng)設(shè)置直流電壓過壓、欠壓保護電路，如圖36所示。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。雖然在保護模塊中己經(jīng)設(shè)有過流、過熱等保護，但為了提高系統(tǒng)的可靠性及更好的保護IGBT管，我們?nèi)皂氃O(shè)置一套快速而準確的保護環(huán)節(jié)以防止各種故障。 (3) IPM的自保護功能 IPM內(nèi)部集成自保護功能，共有4路保護，分別是上橋臂三路保護UFO,VFO I WFO，下橋臂公用保護F。單位mAN端P端DC20kHzDC20kHz型號Typ. Max.Typ. Max.Typ. Max.Typ. Max.PM10RSH12018 2523 327 108 12表31控制端電流與開關(guān)頻率的關(guān)系故障信號F使用時必須注意，當TFO=)有效時，IPM會關(guān)斷開關(guān)并使輸入無效。保持電源平穩(wěn)，修正線路阻抗。驅(qū)動電源電壓在13. 5V16. 5V之間，IPM能夠正常工作。.IPM逆變驅(qū)動接口電路如圖34所示仁上橋臂只以U相為例。(4)IPM逆變器開關(guān)頻率的確定在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，采用SPWM逆變電路可以大大降低逆變電路輸出電壓的諧波，使逆變電路的輸出電流接近正弦波。續(xù)流二極管為 無功電流返回直流電源提供“通道”。 三相橋臂。以嚴密的時序邏輯監(jiān)控保護，可防止過電流、短路、過熱及欠電壓等故障發(fā)生。(1) IPM的主要特性采用低飽和壓降，高開關(guān)速度，內(nèi)設(shè)低損耗電流傳感器的IGBT功率器件。.IGBT是80年代出現(xiàn)的新一代復(fù)合型電力電子器件，它集合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，適合于高速、低功耗的場合，如電機控制，開關(guān)電源等。 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。在沒有加入濾波電容時，單相整流橋輸出平均直流電壓為: (35) 加上濾波電容后，的最高電壓可達交流線電壓的峰值: (36)假設(shè)輸入電壓的波動范圍為200V ~240V，當輸入電壓對應(yīng)240V的輸入，整流后的電壓為324V。根據(jù)上面計算的電壓和電流以及市場價格和供貨情況，實際選用的單相整流橋為10A, 1000V.在整流電路中輸出電壓是脈動的，另外，在逆變部分產(chǎn)生的脈動電流和負載變化也使得直流電壓產(chǎn)生脈動，為了將其中的交流成分盡可能的濾除掉，使之變成平滑的直流電，必須在其后加上一個低通濾波電路。小功率的，輸入電源多用220V，整流電路為單相全波整流橋。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。主電路原理圖如圖32所示，由整流電路、濾波電路、逆變電路(IPM)和IPM的吸收電路組成。 控制電路包括DSP最小系統(tǒng)電路、頻率輸入電路、光耦隔離電路等。過壓，欠壓保護是利用電阻分壓采集母線電壓，與規(guī)定值相比較。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.第三章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設(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 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PWMIO接口IO接口 圖31基于DSP的變頻調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計圖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。一般在改變調(diào)制頻率時保持三角載波頻率不變，因此提高了低頻時的載波比，在低頻工作時，逆變器輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可以隨著輸出頻率的降低而增加，相應(yīng)的減小了負載電機的轉(zhuǎn)矩與噪聲，改善了低頻時的工作特性。但是這種調(diào)制，在信號頻率較低時，載波的數(shù)量顯得稀疏，電流波形脈動大，諧波分量劇增，電動機的諧波損耗及脈動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。 （l)同步調(diào)制在改變正弦信號周期的同時成比例地改變載波周期，使載波周期與信號頻率的比值保持不變。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。顯然，它僅僅是通過電動機繞組濾波后的近似正弦波。盡管相電壓是雙極性的，但是合成后的線電壓脈沖系列與單極性相電壓合成的結(jié)果一樣都是單極性的。當A相調(diào)制波時，V1導通，V2關(guān)斷，使負載上的相電壓為UA=+U/z(假設(shè)交流電機定子繞組為星型聯(lián)接，其中性點0與整流器輸出端濾波電容器的中點0相連，那么當逆變器任一相導通時在電機繞組上所獲得的相電壓為U/2,當，V1關(guān)斷而V2導通，則UA=U/2 )所以A相電壓是以+U/2和U/2為幅值作正、負跳變的脈沖波形。而在另半個周期內(nèi)，兩個器件的工作情況正好相反。這時的調(diào)制情況是:當正弦調(diào)制波電壓高于三角載波電壓時，相應(yīng)比較器的輸出電壓為正電平，反之則為零電平。用一組等腰三角形波與一個正弦波進行比較，如圖27所示，其相交的時刻(即交點)來作為開關(guān)管“開”或“關(guān)”的時刻。如果把一個正弦半波分作n等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點與正弦波每一等分的中點相重合。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動勢必然減弱，導致轉(zhuǎn)矩T減小。低頻時，和都較小，定子阻抗壓降所占的分量就比較顯著，不能再忽略。這是恒壓頻比的控制方式。 由上式可見，如果定子每相電動勢的有效值不變，改變定子頻率時會出現(xiàn)下面兩種情況:如果大于電機的額定頻率廠N，那么氣隙磁通量中、就會小于額定氣隙磁通量中、?！c繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。對于低負載運行時間較多或起停運行較頻繁的場合， 缺點: 技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護檢修困難。:成比例變化，損耗基本沒有增加，是一種高效的調(diào)速方法。因此，當s增大時，電動機的損耗也將會增大。(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。 優(yōu)點: a具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好。其二是調(diào)節(jié)供電電源頻率，稱為變頻調(diào)速。若每相繞組有兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端相差600空間角，則產(chǎn)生兩對極，即p=2。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。 假設(shè)將定子繞組聯(lián)接成星形，并接在三相電源上，繞組中便通入三相對稱電流: iU (21)iv=Imsin(t1200) (22)Iw=Imsin(t+1200) (23) 三相電流共同產(chǎn)生的合成磁場將隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，即形成所謂的旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體，便在其中感應(yīng)出電動勢和電流，如圖22所示。 (b)線繞式 其轉(zhuǎn)子鐵心與鼠籠式相同，不同的是在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌置對稱的三相繞組。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。第二章 交流電機變頻調(diào)速原理定子是電動機的不動部分、它主要由鐵心、定子繞組和機座組成。本文在掌握交流電機變頻調(diào)速基本原理的基礎(chǔ)上，采用電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407A，運用變頻調(diào)速的價廠控制方式和SPWM控制算法，提出了交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，有速度傳感器，控