【正文】 約晚二年，由于 IPM 內(nèi)包含了 IGBT 芯片及外圍的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路 .甚至有的還把隔離光耦也集成于一體，極大地簡(jiǎn)化了變頻器的開發(fā)，一經(jīng)投入市場(chǎng)便引起了廣泛的關(guān)注。 目前，采用溝槽技術(shù)和 FS技術(shù)（ FZ晶片）等方法大幅度降低了集電極與發(fā)射極之間的飽和電壓 Vce（ sat)的第五代 IGBT 也已問(wèn)世。其內(nèi)含的并聯(lián)于集電極與發(fā)射極之間的超高速二極管 Trr 響應(yīng)時(shí)間可達(dá) 150ns。后面兩種功率器件，集 GTR 的低飽和電壓特性和 MOSFET 的高頻開關(guān)特性于一體，是目前通用變頻器中應(yīng)用最為廣泛的主流功率器件。 電力電子技術(shù) 變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。但是由于變頻節(jié)能技術(shù)的滯后，我國(guó) 70%的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)卻只相當(dāng)于國(guó)外 20 世紀(jì) 50 年代的技術(shù)水平，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重。同時(shí)據(jù)國(guó)家權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)電動(dòng)機(jī)的總裝機(jī)容量己逾 3億千瓦，年耗電量約占全國(guó)總發(fā)電量的 65%。有資料顯示， 1997 年全國(guó)現(xiàn)有設(shè)備需要進(jìn)行調(diào)速改造的變頻器市場(chǎng)大約有 1500 億元人民幣。變頻器己逐步應(yīng)用到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，促進(jìn)了節(jié)能改造，在相當(dāng)程度上提高了我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的電氣傳動(dòng)水平。 到目前為止，隨著一些新的交流電機(jī)變頻調(diào)速理論的誕生和現(xiàn)代電力電子技術(shù)，以及高速數(shù)字信號(hào)處理器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)外它已經(jīng)逐步主導(dǎo)了電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，并且已經(jīng)開始向更高性能、更大容量以及 智能化的方向發(fā)展。 交流電動(dòng)機(jī)尤其是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)具有， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，制造方便，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠，不需要經(jīng)常維修（即便維修也非常簡(jiǎn)單），對(duì)環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)；進(jìn)一步推動(dòng)了交流電氣傳動(dòng)時(shí)代的來(lái)臨。 這種情況直到 20 世紀(jì)中葉，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)，逐漸催生了高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)之后，這一分工格局才被打破。因此在 20 世紀(jì)上半葉，高性能的轉(zhuǎn)速可調(diào)傳動(dòng)系統(tǒng)幾乎完全被直流電動(dòng)機(jī)所壟斷；而與此同時(shí)約占電氣傳動(dòng)總?cè)萘?80％以上的交流電動(dòng)機(jī)卻只能在定轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)中才可以得到應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，只要保持勵(lì)磁電流恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓的方法便可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，只要保持電樞電壓恒定， 就可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。電動(dòng)機(jī)按照供電電源的不同，分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。控 制系統(tǒng)的軟件部分，以 TMS320LF2407A DSP 為核心設(shè)計(jì)了感應(yīng)電機(jī)變壓變頻控制系統(tǒng) ,給出了硬件結(jié)構(gòu)及軟件流程圖 .經(jīng)實(shí)踐證明，基于 DSP芯片的 VVVF 控制變頻調(diào)速系統(tǒng)性能優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，電機(jī)運(yùn)行噪音小，不失為一套具有先進(jìn)型、新穎性、實(shí)用性的控制系統(tǒng)。 變壓變頻控制原理 , 闡述了正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）的基本原理，給出了 DSP 實(shí)現(xiàn) SPWM 的方法。同時(shí)，它能提高電機(jī)的工作效率，改善電機(jī)的工作性能以及減小工作時(shí)產(chǎn)生的噪音 ,控制軟硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比合理等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目： 基于 DSP 的交流電機(jī) VVVF 控制器的設(shè)計(jì) 院 （系）： 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 070408 學(xué) 生： 白玉龍 學(xué) 號(hào)： 070408101 指導(dǎo)教師： 郎寶華 2020年 6月 基于 DSP 的交流電機(jī) VVVF 控制器的設(shè)計(jì) 摘要 隨著半導(dǎo)體業(yè)的快速發(fā)展，新的電力電子器件和微處理器的推出以及交流電機(jī)控制理論的發(fā)展， 交流變頻調(diào)速技術(shù)取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步。 其中以功率逆變器驅(qū)動(dòng)的可調(diào)速交流電機(jī)的使用能很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的工作頻率、電壓及電流大小的調(diào)節(jié)。 本文介紹了基于 DSP 的異步電機(jī)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)。本文給出了變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方案該變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路包括主電路和功率電路等。 關(guān)鍵詞 :變頻調(diào)速，數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)，智能功率模塊 (IPM),SPWM Based on DSP ac motor VVVF the controller design Abstract With the rapid development of semiconductor industry, new power electronic devices and microprocessor launch and the development of ac motor control theory, variable frequency adjustinf technique made great progress of technology. Among them with power inverter driving adjustable speed ac motor use can easily achieve the working frequency of motor voltage and current size, the regulation. At the same time, it can improve the work efficiency, improve motor performance and reduce its work work makes noise, control hardware and software implementation is simple and reasonable cost performance advantages in practice, and can be widely used. This paper introduces the induction motor based on DSP ac inverter speed regulation system research and implementation. Variable pressure frequency conversion control principle, this paper expounds the sine pulsewidth modulation (SPWM) are given the basic principle, method of realizing SPWM DSP. This paper gives the variable frequency speed regulation system control scheme of the variable frequency speed regulation system hardware circuit including main circuit and power circuit, etc. Control system of software ponents to TMS320LF2407A DSP core design the induction motor with variable pressure, frequency conversion control system is hardware structure and software flow chart. Is proved by practice, based on DSP control variable frequency speed regulation system of VVVF excellent performance, stable operation, strong antijamming capability, motor operating noise is small, can yet be regarded as a set of novelty, practicability reinvests, with the control system. Keywords: frequency conversion, digital signal processor (DSP), Intelligent Power Module (IPM), SPWM 1 概述 發(fā)展及現(xiàn)狀 電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及社會(huì)生活等各個(gè)方面，其耗電約占總發(fā)電量的 60％～ 70％，當(dāng)之無(wú)愧的成為用電量最多的電氣設(shè)備。由這兩種電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的傳動(dòng)系統(tǒng)，先后于 19 世紀(jì)晚期誕生。這相對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和控制而言無(wú)疑是非常簡(jiǎn)單易行 的。在此期間，雖然交流調(diào)速技術(shù)也有了一定的發(fā)展，但是其控制性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。同時(shí)由于直流電動(dòng)本身結(jié)構(gòu)上存在換向器和電刷這一致命弱點(diǎn)，從而為直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)了一系列限 制： （ 1）機(jī)械式換向器表面線速度及換向電壓、電流均存在一個(gè)允許極限值，限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)中某些特定場(chǎng)合下的工作要求； （ 2）為了使機(jī)械式的換向器能夠可靠工作，需要增大電樞和換向器的直徑，這將增大電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而不利于其應(yīng)用于要求具有快速響應(yīng)特性的生產(chǎn)中； （ 3）機(jī)械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷需要定期更換，既影響了生產(chǎn)效率，又增加了維護(hù)成本； （ 4）在易燃、易爆的生產(chǎn)場(chǎng)合，以及多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場(chǎng)合，均不能或不宜使用直流電機(jī)。到目前為止，人們已經(jīng)提出了種類繁多的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，常見的主要有：變壓調(diào)速，轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電機(jī)調(diào)速，變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變頻調(diào)速。在國(guó)內(nèi)，變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的應(yīng)用和推廣，已經(jīng)有了一定的發(fā)展。但是就總體而言，推進(jìn)的力度還不夠，變頻器應(yīng)有的潛能還遠(yuǎn)沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。但是到 2020 年為止，實(shí)施改造的卻不足 30%，與國(guó)家“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能計(jì)劃”投資 500 億元進(jìn)行發(fā)展的要求相距甚遠(yuǎn)。這其中， ～ 220kw 的中小型異步電動(dòng)機(jī)又約占全部電機(jī)設(shè)備的 80％。雖然目前，國(guó)內(nèi)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究已經(jīng)非?；钴S，但是在產(chǎn)業(yè)化方面的發(fā)展還不是很順利，市場(chǎng)大部分還被國(guó)外公司或合資公司所占據(jù)，本土企業(yè)一般只在變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)等低端產(chǎn)品方面有所發(fā)展。在中、 低壓交流電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用最多的功率器件有 GTO、 GTR、 IGBT 以及智能模塊 IPM。其中 IGBT 的集射極電壓 Vce（ sat）可以小于 3V,頻率可以達(dá)到 20KHZ。 1992 年前后， IGBT 開始在通用變頻器中得到廣泛應(yīng)用，并逐步向損耗更低 ,開關(guān)速度更快、電壓更高 ,容量更大的方向發(fā)展。這一代 IGBT 的應(yīng)用使變頻器的性能有了很大的提高。目前，額定耐壓值為 1200V 的大封裝 IPM 模塊額定電流已經(jīng)可以達(dá)到 800A，額定耐壓值為 600V的超小型封裝 IPM 模塊額定電流也已經(jīng)達(dá)到了 150A。 IPM 模塊與 IGBT 相比較而言，主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （ l） IPM 模塊內(nèi)部往往集成了最新的高速型 IGBT 芯片，并且驅(qū)動(dòng)電路也緊靠IGBT，驅(qū)動(dòng)延時(shí)??；所以它的開關(guān)速度更快，驅(qū)動(dòng)電流更小，控制驅(qū)動(dòng)電路也更為簡(jiǎn)單。 （ 3） IPM 內(nèi)部集成了過(guò)電流保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)，能對(duì)功率芯片給予足夠的保護(hù)；所以使用更加安全，故障率更低。 （ 5） IPM 的售價(jià)已經(jīng)逐漸接近 IGBT，并考慮到外圍電路的開發(fā)費(fèi)用；所以它的綜合開發(fā)成本相對(duì)較低，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。與此同時(shí)， IPM 智能模塊也在不斷向更高的水平發(fā)展。 變頻控制理論 從 20 世紀(jì) 60 年代至今，變頻調(diào)速控制理論主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。因?yàn)槠渲忻恳活愓{(diào)速控制理論都有很大的應(yīng)用市場(chǎng)，所以時(shí)至今日，逐漸形成了三類控制原理并存的局面。該理論產(chǎn)生于 20世紀(jì) 70年代，既可以用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速，也可以用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速。在低速時(shí)，需要在恒 壓頻比控制的基礎(chǔ)之上增加低頻段的電壓補(bǔ)償機(jī)制，以提高電機(jī)的低速控制性能。所以這一類控制方式一般比較適合應(yīng)用在風(fēng)機(jī)和水泵等設(shè)備的調(diào)速場(chǎng)合。它是基于 1971 年德國(guó)學(xué)者 等人首先提出“感應(yīng)電機(jī)磁場(chǎng)定向控制原理”，以及之后的矢量系“坐標(biāo)變換”原理，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和完善逐步發(fā)展而來(lái)的。具體方法是，通過(guò)坐標(biāo)變換，將交流電動(dòng)機(jī)的數(shù) 學(xué)模型進(jìn)行解耦處理；從而如同像直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩分別獨(dú)立控制，形成了一類高性能的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。近年來(lái)，圍繞著矢量變換 控制的缺陷，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非線性和對(duì)電機(jī)參數(shù)變化敏感等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者進(jìn)行了大量的理論研究和應(yīng)用探索。這種控制理論于 1977 年，首先由美國(guó)學(xué)者 在 IEEE 雜志上首先提出，并且 于 1985 年由德國(guó)魯爾大學(xué) Depenbrock 教授首先取得了實(shí)際應(yīng)用的成功，接著在 1987 年又將其推廣到了弱磁調(diào)速范圍。直接轉(zhuǎn)矩控制用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的 BangBang 控制產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)