異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
景軍鋒1，康雪娟2
(1西安工程大學(xué)，陜西西安710048；2．西安航空技術(shù)高等�？茖W(xué)校，陜西西安710077)
摘要：運(yùn)用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)，以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片TMS320LF2407為核心，輔以智能功率模塊IPM和其它外部器件，設(shè)計(jì)了一種通用異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，給出了硬件的設(shè)計(jì)方案。軟件控制程序主要由主程序和SPWM中斷服務(wù)程序組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，輸出電流諧波失真小，有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。
關(guān)鍵詞：TMS320LF2407A；IPM；交流異步電機(jī)；SPWM
中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7018(2010)01-0057-04
0引言
PWM技術(shù)通過(guò)控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達(dá)到變壓和變頻的目的[1]。PWM控制技術(shù)分成四類，即等脈寬PWM法、正弦波PWM法(SPWM)、磁鏈跟蹤PWM法(SVPWM)和電流跟蹤PWM法等。集成SPWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、節(jié)能效果顯著等突出優(yōu)點(diǎn)以及先進(jìn)的IGBT技術(shù)而得到廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)代PWM生成電路大多采用具有高速輸出口HSO的單片機(jī)及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，通過(guò)軟件編程生成PWM。而德州儀器的TMS320LF2407控制器將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，具有處理性能更快(30 MIPS)、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)更大、A／D轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)，對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制較為適用[2]。本文介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，用TMS320LF2407A作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制
系統(tǒng)具有硬件電路簡(jiǎn)單、軟件編制容易、控制精度和可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
1系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)硬件電路由控制電路、功率電路以及操作面板三部分組成。系統(tǒng)的硬件功能框圖如圖1所示。
1.1控制電路
控制電路以TI公司的電動(dòng)機(jī)控制專用芯片TMS320LF2407A DSP芯片為核心，配以少量的74系列芯片和可編程邏輯器件。其主要作用是產(chǎn)生SPWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)34針的排線送至功率電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相逆變器。兩個(gè)霍爾電流傳感器檢測(cè)交流異步電動(dòng)機(jī)相電流的瞬時(shí)值，送人到DSP的AZD轉(zhuǎn)換模塊，光電脈沖編碼器(每轉(zhuǎn)輸出200個(gè)脈沖)檢測(cè)交流異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角位移以及轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，經(jīng)光耦隔離后接人DSP的捕獲單元，采用編碼
器的目的是檢測(cè)到異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載位置信息，由此可以對(duì)負(fù)載位置的進(jìn)行控制。為了調(diào)試軟件的方便，還使用了具有上電、手動(dòng)復(fù)位及電源電壓監(jiān)控功能的復(fù)位芯片MAX825S。其電源部分由Dc—Dc電源模塊24 V轉(zhuǎn)5 V以及Ac—Dc電源模塊220 V轉(zhuǎn)±15 V組成，其中5 V電源除了給板子上的5 V芯片和光電編碼器信號(hào)隔離光耦的輸出側(cè)供電外，還經(jīng)電源芯片TPS76833降匪后給整個(gè)板子提供3．3 V的電源。
1．2功率電路
功率電路的主要作用是在PwM信號(hào)的控制下對(duì)300 V直流輸入電壓進(jìn)行逆變，逆變后的交流電壓用來(lái)驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)。三相逆變器選用了日本三菱公司生產(chǎn)的第五代智能功率模塊PS21865。PS21865最突出的特點(diǎn)是P側(cè)的三只IGBT晶體管使用自舉電路作為各自的驅(qū)動(dòng)電源，從而可以只用一個(gè)15 V電源作為P側(cè)的三只IGBT晶體管的控制電源。由于該15 V電源與P側(cè)的三只TGBT晶體管的發(fā)射極互相隔離，因而也可作為N側(cè)的三只IGBT晶體管的控制電源[3-4]。整個(gè)功率電路只需一個(gè)控制電源，與以前需要四個(gè)隔離電源的智能功率模塊相比，功率電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，體積也減小，可靠性比以前有所提高。
在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)故障保護(hù)環(huán)節(jié)中，設(shè)置了主回路過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)載、制動(dòng)異常、光電編碼器反饋斷線等保護(hù)，故障信號(hào)由軟硬件配合檢測(cè)，一旦出現(xiàn)保護(hù)信號(hào)，通過(guò)軟件或硬件邏輯立即封鎖PwM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
1．3電流檢測(cè)電路
電流檢測(cè)模塊是把三相定子電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，以方便處理。系統(tǒng)采用萊姆公司生產(chǎn)的LEM霍爾電流傳感器模塊LA25-NP來(lái)檢測(cè)電流。LA25-NP是多量程的霍爾電流傳感器 [5].本文所用電機(jī)的額定電流為5 A，因而電流擋選用25A，LA25-NP后端采樣電阻為100Ω。采樣電阻可以由 
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