【正文】 及外圍的驅(qū)動和保護電路 .甚至有的還把隔離光耦也集成于一體，極大地簡化了變頻器的開發(fā)，一經(jīng)投入市場便引起了廣泛的關(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)時間可達 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。 變頻調(diào)速相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 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 70%的電機拖動系統(tǒng)卻只相當于國外 20 世紀 50 年代的技術(shù)水平，電能浪費十分嚴重。同時據(jù)國家權(quán)威部門統(tǒng)計，目前我國電動機的總裝機容量己逾 3億千瓦，年耗電量約占全國總發(fā)電量的 65%。有資料顯示， 1997 年全國現(xiàn)有設(shè)備需要進行調(diào)速改造的變頻器市場大約有 1500 億元人民幣。變頻器己逐步應(yīng)用到了國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，促進了節(jié)能改造，在相當程度上提高了我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的電氣傳動水平。 到目前為止，隨著一些新的交流電機變頻調(diào)速理論的誕生和現(xiàn)代電力電子技 術(shù)，以及高速數(shù)字信號處理器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在國外它已經(jīng)逐步主導了電氣傳動領(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。 交流電動機尤其是鼠籠式異步電動機具有，結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，制造方便，價格低廉，運行可靠，不需要經(jīng)常維修（即便維修也非常簡單），對環(huán)境要求不高等優(yōu)點；進一步推動了交流電氣傳動時代的來臨。 這種情況直到 20 世紀中葉，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(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 世紀上半葉，高性能的轉(zhuǎn)速可調(diào)傳動系統(tǒng)幾乎完全被直流電動機所壟斷；而與此同時約占電氣傳動總?cè)萘?80％以上的交流電動機卻只能在定轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)中才可以得到應(yīng)用。直流電動機在額定轉(zhuǎn)速以下運行時，只要保持勵磁電流恒定，通過調(diào)節(jié)電樞電壓的方法便可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上時，只要保持電樞電壓恒定， 就可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)恒功率調(diào)速。電動機按照供電電源的不同，分 為直流電動機和交流電動機。控制系統(tǒng)的軟件部分，以 TMS320LF2407A DSP 為核心設(shè)計了感應(yīng)電機變壓變頻控制系統(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，運行穩(wěn)定， 抗干擾能力強，電機運行噪音小，不失為一套具有先進型、新穎性、實用性的控制系統(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 實現(xiàn) SPWM 的方法。同時，它能提高電機的工作效率，改善電機的工作性能以及減小工作時產(chǎn)生的噪音 ,控制軟硬件實現(xiàn)簡單，性能價格比合理等優(yōu)點，在實際中得到了廣泛應(yīng)用。 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題目： 基于 DSP 的交流電機 VVVF 控制器的設(shè)計 院 （系）： 電子信息工程學院 專 業(yè)： 自動化 基于 DSP 的交流電機 VVVF 控制器的設(shè)計 摘要 隨著半導體業(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)進步。 其中以功率逆變器驅(qū)動的可調(diào)速交流電機的使用能很方便的實現(xiàn)對電機的工作頻率、電壓及電流大小的調(diào)節(jié)。 本文介紹了基于 DSP 的異步電機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究和實現(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 交流電機調(diào)速的發(fā)展及現(xiàn)狀 電動機作為主要的動力設(shè)備廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及社會生活等各個方面，其耗電約占總發(fā)電量的 60％～ 70％，當之無愧的成為用電量最多的電氣設(shè)備。由這兩種電動機作為動力源的傳動系統(tǒng)，先后于 19 世紀晚期誕生。這相對于交流電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和控制而言無疑是非常簡單易行的。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法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。同時由于直流電動本身結(jié)構(gòu)上存在換向器和電刷這一致命弱點，從而為直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用帶來了一系列限制： （ 1）機械式換向器表面線速度及換向電壓、電流均存在一個允許極限值，限制了電機的轉(zhuǎn)速和功率，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)中某些特定場合下的工作要求； （ 2）為了使機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，這將增大電動機的轉(zhuǎn)動慣量，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，又增加了維護成本； （ 4）在易燃、易爆的生產(chǎn)場合，以及多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場合，均不能或不宜使用直流電機。到目前為止，人們已經(jīng)提出了種類繁多的交流異步電 動機調(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)子電動機串級調(diào)速和雙饋電機調(diào)速，變極對數(shù)調(diào)速和變頻調(diào)速。在國內(nèi)，變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過十多年的應(yīng)用和推廣，已經(jīng)有了一定的發(fā)展。但是 就總體而言，推進的力度還不夠，變頻器應(yīng)有的潛能還遠沒有充分發(fā)揮出來。但是到 20xx 年為止，實施改造的卻不足 30%，與國家“電機系統(tǒng)節(jié)能計劃”投資 500 億元進行發(fā)展的要求相距甚遠。這其中， ～ 220kw 的中小型異步電動機又約占全部電機設(shè)備的 80％。雖然目前，國內(nèi)對變頻調(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，市場大部分還被國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、低壓交流電機傳動控制系統(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)達到了 150A。 IPM 模塊與 IGBT 相比較而言，主要有以下優(yōu)點： （ 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)動電路也緊靠IGBT，驅(qū)動延時?。凰?以它的開關(guān)速度更快，驅(qū)動電流更小，控制驅(qū)動電路也更 為簡單。 （ 3） IPM 內(nèi)部集成了過電流保護和驅(qū)動電源欠壓保護，能對功率芯片給予足夠的保護；所以使用更加安全，故障率更低。 （ 5） IPM 的售價已經(jīng)逐漸接近 IGBT，并考慮到外圍電路的開發(fā)費用；所以它的綜合開發(fā)成本相對較低，具有很好的經(jīng)濟性。與此同時， 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 60年代至今，變頻調(diào)速控制理論主要經(jīng)歷了三個階段。因為其中每一類調(diào)速控制理論都有很大的應(yīng)用市場，所以時至今日，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 70年代，既可以用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速，也可以用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速。在低速時，需要在恒壓頻比控制的基礎(chǔ)之上增加低頻段的電壓補償機制，以提高電機的低速控制性能。所以這一類控制方式一般比較適合應(yīng)用在風機和水泵等 設(shè)備的調(diào)速場合。它是基于 1971 年德國學者 等人首先提出“感應(yīng)電機磁場定向控制原理”，以及之后的矢量系“坐標變換”原理，經(jīng)過不斷改進和完善逐步發(fā)展而來的。具體方法是，通過坐標變換，將交流電動機的數(shù)學模型進行解耦處理；從而如同像直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，實現(xiàn)了對交流電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩分別獨立控制，形成了一類高性能的交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)。近年來，圍繞著矢量變換 控制的缺陷，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、非線性和對電機參數(shù)變化敏感等問題，國內(nèi)、外學者進行了大量的理論研究和應(yīng)用探索。這種控制理論于 1977 年，首先由美國學者 在 IEEE 雜志上首先提出，并且于 1985 年由德國魯爾大學 Depenbrock 教授首先取得了實際應(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，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的 BangBang 控制產(chǎn)生 PWM 控制信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，并且不存在超調(diào)，是一種具有較高動態(tài)響應(yīng)的交流調(diào)速技術(shù)。因而這種控制系統(tǒng)還處于實驗室樣機研究階段，沒有真正實現(xiàn)產(chǎn)品化。但是國內(nèi)在這一領(lǐng)域的理論及實用化研