基于dsp的交流變頻調速系統的畢業設計-預覽頁

　

【正文】 兩端的圓環及風扇也一并鑄成。滑環對軸也是絕緣的，滑環通過電刷將轉子繞組的三個首端引到機座上的接線盒里，以便在轉子電路中串入附加電阻，用來改善電動機的起動和調速性能。轉子導體電流與旋轉磁場相互作用便產生電磁力F 施加于導體上。如果將聯接三相電源的三相繞組端子中的任意兩相對調，就可改變轉子的旋轉方向。二者相差的程度用轉差率來表示: (25)一般交流電動機在額定負載時的轉差率約為1%9%。(1)變極調速:變極調速一般是通過改變定子繞組的接線方式來改變電動機的定子繞組極對數，從而達到調速的目的。c接線簡單、控制方便，易維修、價格低。ω—電機旋轉磁場的速度。 (3)變頻調速:變頻調速是通過改變電動機定子電源的頻率，來實現調速的方法即調節來調速。應用范圍廣，可用于籠型交流電動機。電機定子繞組的反電動勢是定子繞組切割旋轉磁場磁力線的結果，本質上是定子繞組的自感電動勢。—定子每相繞組串聯匝數。(1)基頻以下調速 由式(28)可知，要保持中不變，當頻率關從額定值向下調節時，必同時降低使常數，即采用電動勢與頻率之比恒定的控制方式。如果電動機在不同轉速n下都具有額定電流，則電機都能在溫升允許條件下長期運行，這時轉矩T基本上隨磁通變化，由于在基頻以下調速時磁通恒定，所以轉矩T也恒定。由式(28)可知，這將迫使磁通隨頻率升高而降低，相當于直流電機弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得圖25所示的交流電動機變頻調速控制特性。SPWM波形如圖26所示。當正弦波小于三角載波時，使相應的開關器件截止。負半周用同樣的方法調制后再倒相而成。雙極性調制技術與單極性相同，只是功率開關器件通斷情況不一樣。由和相減，可得逆變器輸出的線電壓波形。 V1 Z V2 圖210雙極性調制工作特點 SPWM的調制方式SPWM波畢竟不是真正的正弦波，它仍然含有高次諧波的成分，因此盡量采取措施減少它。因此希望提高載波頻率來減小諧波。在一個調制信號周期內所包含的三角載波的個數稱為載波頻率比。而且，為了雙極性調制時每相波形正負波形對稱，上述倍數必須是奇數，這樣在信號波處，載波的正負半周恰好分布在處的左右兩側。為了克服這個缺點，必須在低頻時提高載波比，這就是異步調制方式。 （3）分段同步調制為了克服同步調制和異步調制的缺點，可以將他們結合起來，組成分段同步調制方式。IPM逆變電路對該直流電壓進行斬波，形成電壓和頻率均可調的三相交流電，提供給電機。IPM故障保護是IPM內部集成的各種保護功能，包括過電流保護功能、短路保護功能、控制電源欠電壓保護和管殼及管芯溫度過熱保護。頻率輸入電路可以設置系統要輸出的SPWM波的頻率。逆變部分通過功率器件IGBT的導通和關斷，輸出交變的脈沖電壓序列。圖32主電路原理圖 下面詳細介紹各個部分電路及元件參數(被控電動機參數為:△聯接，額定功率為= 60W,額定電壓=220V,額定電流=,額定頻率= 50Hz，額定轉速n=1400r/min.)整流電路由4個整流二極管組成單相不可控整流橋，它們將電源的單相交流全波整流成直流。本設計采用的是單相整流橋。濾波電容除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器之間起去耦作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負載的電動機提供必要的無功功率。考慮到紋波的需要，最小的交流輸入電壓應該在200V以上，所以有: (38)濾波電容理論上講越大越好，實際中考慮價格我們選擇4個450伏330叮的電解電容，分別兩個并聯后再2個串聯，最后等效為一個耐壓900伏330叮的電容。又由于濾波電容上的電壓較高，如電荷不放完，將對人身安全構成威脅。而智能功率模塊仁IPM)是將大功率開關器件和驅動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內，是電力集成電路PIC的一種。同時飽合壓降和開關速度之間的關系達到最優化，具有足夠的安全工作區，能很好地滿足由控制IC給出的保護范圍。IPM內置各種保護功能。內置驅動電路、保護電路和報警輸出電路。IGBT (Q1~Q6)進行逆變的基本工作過程:同一橋臂的兩個逆變管，處于不停的交替導通和截止的狀態。盡管智能功率模塊IPM的開關頻率可達10 20kHz，但在確定逆變電路開關頻率時，除了應使逆變電路輸出接近正弦波，還要考慮器件的開關損耗，以保證變頻調速系統具有較高的效率。因此IPM驅動電源需要采用四組隔離電源。若電源電壓低于13. 5V, IGBT驅動電源電壓不足，這時控制信號為無效操作。上拉電阻應盡可能小以避免高阻抗IPM拾取噪聲，但又要足夠可靠地控制IPM。等故障排除后方可重新有效。如果其中有一種保護電路動作，IGBT柵極驅動單元就會關斷電流并輸出一個故障信號，各個保護功能的工作情況將在保護電路中進行介紹。所有的保護電路的故障信號輸出相與，所得的信號送入DSP的PDPINTA中斷口，當DSP的PDPINTA管腳接收到低電平信號，DSP將做出相應的中斷處理，立即封鎖PWM輸出及停止運行。以下將分別介紹各個保護裝置。光電耦合器是用來抑制輸入信號的共模干擾。 圖36過壓、欠壓保護電路 (1)工作原理在過(欠)壓保護中，當采樣電壓高(低)于保護參考點V2 (V1)，則OVH(OVL)輸出低電平，與其它故障信號相與后送入DSP的/PDPINTA中斷a，當DSP的}PDPINTA管腳接收到低電平信號，DSP將做出相應的中斷處理，立即封鎖PWM輸出及停止運行。因此為了保護整流橋，在主電路上串接入限流電阻R1，當濾波電容上的電壓達到電機正常運行的65%時，電壓繼電器常開觸頭閉合，將電阻y短路，結束限流起動過程，進入正常運行狀態。當采樣信號高于參考電壓，則運放輸出高電平，三極管Q1導通，電壓繼電器動作，其常開觸點閉合，將R1短路。并輸出過流保護故障。如果集電極電流超過容許值，則立即關斷IGBT。當控制電源電壓小于允許的下限電壓時，則IGBT關斷，輸出故障信號。當檢測出溫度超越保護溫度值(OT)，過熱保護動作，IGBT被軟關斷。輸出故障信號F后，應立即送入控制處理器DSP的中斷口/PDPINTA產生中斷，停止運行并封鎖送到IPM的輸入信號，在排除了故障之后再啟動運行。TMS320LF2407A是TI公司面向電機控制推出的一款定點型DSP處理器，其特點可歸結如下: (1)采用高性能靜態CMOS技術，使得供電電壓降為3. 3V，減小了處理器的功耗。 (4) SCI/SPI引導ROM. (5)兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個管理器模塊包括:兩個16位通用定時器，8個16位的脈寬調制PWM通道，可以實現三相反相控制、PWM的中心或邊緣校正、當外部引腳PDPINTX出現低電平時快速關閉PWM通道。16通道的同步A/D轉換器。(8)，即控制器局域網模塊。(12)高達41個可單獨編程或復用的通用輸入輸出引腳。DSP最小系統的設計是DSP硬件設計中的最基本，也是最重要的一步。MAX232是雙路驅動/接收器，內部包括電容型的電壓生成器，可以將5V電源轉換成符合EIA/T工A232E的電壓等級。 圖39串口電路圖2. CAN總線接口UC5350是CAN協議控制器和物理總線的接口，對總線提供不同的發送能力和對CAN控制器提供不同的接收能力，完全和IS011898標準兼容，并具有對電池和地的短路保護功能。 DSP生成SPWM波形(1)控制寄存器設置控制寄存器是指為產生SPWM波而需要設置的事件管理器(EUA)中的特殊功能寄存器。c初始化GMPRx Cx=1, 2, 3)。（2) DSP生成SPWM波的基本設計思想利用TMS320LF2407A生成SPWM波的基本設計思想是利用DSP的事件管理器(EUA)中的3個比較單元、通用定時器么死區發生單元以及輸出邏輯來生成三相六路SPWM波，經6個復用的IO引腳輸出，EVA內部PWM生成電路框圖如圖441所示。從圖442還可以看出插入死區時間后波形的變化情況，死區的寬度從{012}s可調。上位機負責電機參數的設定、電機及IPM運行狀態的顯示。中斷服務子程序包括:串口通信中斷服務程序、PWM中斷服務程序、故障中斷服務程序。故障中斷服務程序流程如圖45所示:圖4一5串口通信中斷程序流程PWM中斷開始 根據當前頻率和v/f圖計算UDSP初始化開串行中斷Q格式轉換上位機參數設定參數正確？否？否？ 否計算角度和扇區 IPM自舉充電 是判斷有效矢量開定時器中斷計算有效矢量作用時間 t1tm程序后臺等待SPWM的產生 否有中斷否否？頻率變化 執行中斷服務程序 是頻率調節 是返回中斷返回 圖43主程序流程圖 圖44 PWM中斷服務程序流程故障中斷封鎖PWM輸出故障信息送串口顯示停機圖45故障中斷程序第五章 結論 本文在學習和研究了大量技術資料的基礎上，以三相交流異步電動機為被控對象，以TMS320LF2407A (16位定點DSP芯片)為處理器，采用智能功率模塊PM10RSH120，通過SPWM控制技術對交流電機實現恒壓頻比控制，設計了基于DSP的交流電機變頻調速系統，做了以下工作:1分析和總結了電機調速、電力電子技術和國內外交流調速的發展現況和趨勢。系統保護電路包括過壓、欠壓保護、限流啟動、IPM故障保護和泵升控制電路。5通過實驗表明:整個系統運行穩定，可以實現頻率范圍60Hz，步進為1Hz的變頻調速。轉速極低時，由于轉矩不足而無法克服較大的靜摩擦力。致　　謝本課題是在老師的悉心指導下完成的，在課題的研究過程中，沈老師傾注了大量的心血，他兢兢業業的工作作風、科學嚴謹的治學態度和寬以待人的優秀品質給我留下非常深刻的印象。在此特向劉老師表示深深的感謝！在課題的研究期間得到了師兄妹們的大量幫助，在此向他們表示衷心的感謝！參考文獻 [1]陳伯時 [M].北京:機械工業出版社，1997[2] Vector Modulation and Over modulation with an 8bit Microcontroller[J].microcontroller :645.[3]吳守箴 [M].北京:機械工業出版社,2003[4]江思敏 DSP硬件開發教程[M].北京:機械T業出版社，2003[5]王兆安 [M]. 北京:機械工業出版社，2001[6]李志民 [M].北京:機械工業出版社，2001[7][M].北京: 機械工業出版社，1999[8]王兆安，[J]北京：機械工業出版社，2000,123～154.[9].Ferdinand Power Inductor and Transformer Design[J]. lnternational,January/February l979:4552.[10].Metzm M,Roux J,Doua S B, ZUSPWM lnverters Switching Limits andOperating Area[J].IEEE Porcedeings B,1992,139(2):8695.