【正文】 在劉老師身上，我不僅學(xué)到了正確的科研方法及豐富的知識，也學(xué)會了做人的道理。從論文的選題、研究方案的制定、直至論文的撰寫，均得到了劉老師的親切關(guān)懷與悉心指導(dǎo)，花費(fèi)了她大量的時(shí)間與精力。本系統(tǒng)的人機(jī)接口還不是很完善，有待進(jìn)一步改進(jìn)。因此可以將系統(tǒng)改進(jìn)成閉環(huán)系統(tǒng)，對電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測及處理，提高其控制精度。無法準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。U/f控制方式的變頻調(diào)速系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路比較簡單，電機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性能/價(jià)格比比較高。4設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制軟件，控制軟件采用控制方式和SPWM控制算法編寫了匯編語言程序?？刂齐娐钒―SP最小系統(tǒng)電路入電路和。主電路部分包括整流、濾波、逆變器(IPM) , IPM驅(qū)動(dòng)電路與吸收電路。 2系統(tǒng)的研究了交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理以及交流電機(jī)變頻調(diào)速的原理，其中變頻調(diào)速原理包括交流電機(jī)的調(diào)速方式、變頻調(diào)速的L方控制方式和SPWM控制技術(shù)原理。其程序流程如圖45所示:故障中斷服務(wù)程序主要任務(wù)是:當(dāng)TMS320LF2407的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳接收到過流、欠壓、過熱、短路等故障信號時(shí)，產(chǎn)生中斷，立刻封鎖PWM輸出，斷開主電路并顯示相應(yīng)的故障，避免系統(tǒng)和IPM功率模塊燒壞。1串口通信中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是:一、接收上位機(jī)發(fā)送的參數(shù)給定信息。主程序主要負(fù)責(zé)DSP初始化、串口接收發(fā)送、循環(huán)等待等，其程序流程如圖43所示。下位機(jī)主要負(fù)責(zé)串口通信、空間矢量算法的計(jì)算、PWM輸出、電壓電流采集、故障監(jiān)控等。二、下位機(jī)控制程序。系統(tǒng)中考慮到所用功率器件的開通和關(guān)斷時(shí)間(，只要在每個(gè)脈沖周期根據(jù)在線計(jì)算改寫比較寄存器CMPR的值，就可實(shí)時(shí)地改變PWM脈沖的占空比。在計(jì)數(shù)器跳變的過程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器CMPRxCx =1, 2 ,的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與任一比較寄存器的值相等，則對應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，如圖442所示，在一個(gè)周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉(zhuǎn)。TMS320LF2407A的定時(shí)器有4種工作方式，當(dāng)以如圖42所示的持續(xù)向上/下計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，將產(chǎn)生對稱的PWMl波輸出。f在每個(gè)采樣周期重寫CMPRx (x=1. 2, 3)。d設(shè)置比較控制寄存器GOMCON。b設(shè)置死區(qū)時(shí)間控制寄存器DB TCON。為了得到期望中的理想波形輸出，不但要求有正確的算法，正確地設(shè)置控制寄存器同樣也是極其關(guān)鍵的。本系統(tǒng)軟件采用了自上而下、從整體到局部的設(shè)計(jì)思想，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，使程序思路清晰，可讀性強(qiáng)。圖310是CAN總線接口電路。這樣就可以實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信。接收器將EIA/T工A232E標(biāo)準(zhǔn)的輸入電平轉(zhuǎn)換成5VTTL/CMOS電平。JTAG接口 程序電源監(jiān)控DSPTMS320LF2407A數(shù)據(jù)時(shí)鐘EEPROM復(fù)位電平變換圖 38 DSP外圍接口電路設(shè)計(jì)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。它主要包括:電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、仿真接頭、擴(kuò)展SRAM等。 DSP（TMS320LF2407A)的最小系統(tǒng)電路DSP最小系統(tǒng)是指既沒有輸入通道，也沒有輸出通道，同時(shí)也不與其它系統(tǒng)進(jìn)行通信的DSP系統(tǒng)。(13) 5個(gè)外部中斷，其中2個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)，1個(gè)復(fù)位中斷和兩個(gè)可屏蔽中斷。 (11)看門狗定時(shí)器模塊基于鎖相環(huán)PLL的時(shí)鐘發(fā)生器。(9)串行通信接口SC工模塊。(7) 10位AD轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ns, 8個(gè)或16個(gè)多路復(fù)用的通道，可選擇由兩個(gè)事件管理器或軟件觸發(fā)。時(shí)間管理器模塊適用于控制交流異步電動(dòng)機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、多級電機(jī)和逆變器。片內(nèi)光電編碼器電路。防止擊穿故障的可編程的PWM死區(qū)控制。 (3)片內(nèi)高達(dá)32K字的Flash程序存儲器，高達(dá)2. 5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM,544字雙端口DARAM, 2K字的SARAM。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(shí)時(shí)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。由于IPM大多工作在PWM信號控制的高頻開關(guān)狀態(tài)，且電流較大，溫度上升較快，即使有過熱保護(hù)功能，但急劇的溫度上升對IGBT的安全不利。電源上電時(shí)應(yīng)先接通控制電源Ucc，然后再加主電源。 注意:IPM內(nèi)含的保護(hù)并不是對付反復(fù)出現(xiàn)的故障，因此，不要加有長期超過最大額定值的負(fù)載。當(dāng)溫度降至復(fù)位溫度，且輸入信號為OFF，則解除報(bào)警。(4)管殼及管芯溫度過熱保護(hù)采用與IGBT續(xù)流二極管管芯裝在同一陶瓷基板上的測溫元件檢測基板溫度，同時(shí)采用與IGBT管芯在一起的測溫元件測IGBT管芯溫度。如果毛刺干擾時(shí)間小于規(guī)定的時(shí)間則不會出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作。（3)控制電源欠電壓保護(hù)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。輸出短路保護(hù)故障。（2)短路保護(hù)功能過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，短路保護(hù)將聯(lián)動(dòng)，能抑制因負(fù)載短路及橋臂短路產(chǎn)生的峰值電流。由于有toff 這么長時(shí)間的保護(hù)動(dòng)作延時(shí)瞬間過電流及噪聲不會導(dǎo)致誤動(dòng)作。以下介紹各個(gè)保護(hù)功能的工作情況 欠壓驅(qū)動(dòng) 過濾 短路溫度控制過溫 圖37 IPM內(nèi)部保護(hù)電路 (1)過電流保護(hù)功能通過檢測IGBT集電極電流進(jìn)行過電流保護(hù)，如果集電極電流超過允許值(OC)，且持續(xù)時(shí)間大于toff，則軟關(guān)斷IGBT。 IPM故障保護(hù)電路護(hù)M有內(nèi)置保護(hù)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(hù)功能的框圖如圖37所示。 R4分壓和光耦隔離后送入比較電路，兩者共用一個(gè)光電隔離器。工作原理與過壓、欠壓保護(hù)才目類似。U2=(1+10%}=311(1+10%)=342V (317)此電路是用來防止在開啟主回路時(shí)，由于儲能電容大，加之在接入電源時(shí)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。(2)保護(hù)點(diǎn)參數(shù)選擇，設(shè)置電網(wǎng)電壓士10%為允許的電壓變化范圍。注意在這里的隔離光耦是工作在線性工作區(qū)內(nèi)。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“模擬地”與“數(shù)字地”斷開。直流電壓保護(hù)信號取自主回路濾波電容器兩端，經(jīng)電阻R1,R4分壓和光耦隔離后送入控制電路。 圖34 IPM接口電路 圖35系統(tǒng)的保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路系統(tǒng)中設(shè)置了直流電壓過壓、欠壓保護(hù)電路。這就要求我們在設(shè)計(jì)保護(hù)電路的同時(shí)應(yīng)該考慮抗干擾問題。電路如圖35所示。在此，針對這些問題，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)過壓、欠壓保護(hù)、限流起動(dòng)、工頻故障保護(hù)等電路。 開關(guān)過電壓是IGBT在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的過電壓，也叫瞬態(tài)過電壓，消除這種電壓尖峰的電路叫吸收電路。每個(gè)保護(hù)都包括過溫、過流、欠壓、短路保護(hù)。低速光耦可用于故障輸出端。在F結(jié)束后，自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)使輸入有效。 在PWM信號輸入端必須用高速光耦進(jìn)行隔離，一般取光耦的開關(guān)速度 、共模抑制比CMR ，通常的型號有:HCPL4504, TLP559, 6N136，并且在光耦輸出端接一個(gè)退耦電容。(2)控制信號輸入控制電路電流與開關(guān)頻率有關(guān)、見表31，因此控制端加一個(gè)上拉電阻。典型的工作電壓一般取15V.制作驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，應(yīng)盡量降低紋波電壓，還要使電源的附加噪聲降到最小。若電源電壓高于16. 5V，則IGBT因驅(qū)動(dòng)電源電壓過高，保護(hù)性能得不到充分的保證，高于20V時(shí)IGB T管的柵極會損壞，因此絕對不能加如此高的電壓。上橋臂每相各用一組電源，下橋臂三相共用一組。（1）驅(qū)動(dòng)電源當(dāng)控制信號(柵極驅(qū)動(dòng))與主電流共用一個(gè)電流路徑時(shí)，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。因此，必須全面衡量后再確定采用IPM的逆變電路的開關(guān)頻率。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(shí)間的限制。在這交替導(dǎo)通和截止的換相過程中，也不時(shí)地需要續(xù)流二極管提供通路。當(dāng)頻率下降、電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電流將通過續(xù)流二極管返回直流回路。(2) IPM的選取IGBT正反向峰值電壓為: (39) IGBT電壓定額為: (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: (311)IGBT電流定額為: = = (312) 式中:—安全裕量 —考慮電機(jī)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(dòng)機(jī)的繞組是電感性的，其電流具有無功分量。內(nèi)含續(xù)流二極管。只要有一個(gè)保護(hù)電路起作用，IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路即關(guān)閉，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)故障信號，可送至DSP進(jìn)行相應(yīng)處理。帶RC信號干擾抑制和電源干擾抑制。采用單電源邏輯電壓輸入優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)，實(shí)行RTC(實(shí)時(shí)邏輯柵區(qū))控制模式。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。目前的IPM一般采用IGBT作為大功率開關(guān)器件。IGB T具有耐壓高、電流大、開關(guān)頻率高、導(dǎo)通電阻小、控制功率小等特點(diǎn)。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) 。由于濾波電容的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，如果濾波電容沒有快速放電的回路，其放電時(shí)間往往長達(dá)數(shù)分鐘。并聯(lián)在電容兩端的為均衡電阻，由于電容的各個(gè)參數(shù)不是完全相同，此均衡電阻使串聯(lián)的電容分壓相同，同時(shí)在電源關(guān)斷時(shí)，給電容提供一個(gè)放電回路，此電阻阻值選用47。那么每一個(gè)周期，電容吸收的能量為: (37)式中為電機(jī)輸出功率，為峰值電壓，為最小交流輸入電壓。因而，中間直流電路電容器的電容量必須較大，起到儲能作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲能電容器。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。整流二極管的計(jì)算，通過二極管的峰值電流: (31) 流過二極管電流的有效值: (32) 二極管電流定額:= (33)考慮濾波電容的充電電流影響，要有更大的電流裕量，選用整流二極管的電壓定額: (34) 選用1000V。大功率的，一般用三相380V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。發(fā)光二極管DS1用來顯示濾波電容兩端的電量。由于功率器件開關(guān)頻率過高，會產(chǎn)生電壓尖脈沖，因此需要吸收電路來消除該尖峰。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。光耦隔離電路是為了把DSP輸出的弱電信號和主電路的強(qiáng)電信號進(jìn)行可靠隔離。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