基于CPLD的無刷直流電動機軟起動方法
豐利軍，李槐樹，孟光偉
(海軍工程大學(xué)，湖北武漢430033)
摘要：介紹了一種基于CPLD芯片的無刷直流電動機軟起動控制方法，對采用PWM波來減小起動沖擊電流進行了分析與設(shè)計。實驗結(jié)果證明，采用CPLD芯片控制，既簡單可靠，又有較強的實用性。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；復(fù)雜可編程邏輯控制器件；軟起動
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)01—0006—02
0引言
目前，無刷直流電動機的控制系統(tǒng)主要采用DSP芯片來實現(xiàn)。但對于礦山、機械、艦船上常用的風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機等輔機來說，在日常運行中，并不需要有調(diào)速要求，僅僅要求電動機能平滑起動，并帶動負載正常運行即可[1]。
本文采用CPLD便可實現(xiàn)無刷直流電動機的軟起動過程，能夠有效降低電機起動時的沖擊電流和轉(zhuǎn)矩脈動，確保電網(wǎng)和生產(chǎn)機械的安全穩(wěn)定運行。
1采用PWM波軟起動的原理
在傳統(tǒng)的由直流母線電壓依次導(dǎo)通各開關(guān)管的基礎(chǔ)上，給各開關(guān)管驅(qū)動信號加上占空比逐漸增大的PWM波，以減小起動過程中的過大沖擊電流。
設(shè)穩(wěn)態(tài)時IGBT開關(guān)頻率為f，電機轉(zhuǎn)速為n。，電機極對數(shù)為P，直流母線電壓為Us，在一個周期內(nèi)，每個IGBT開通時間為  ，將其分為m等份，則  ，取其為CPLD工作的時鐘周期，起始占空比為D 1。如圖1所示，在t�！玹 1區(qū)間內(nèi)，由三相無刷直流電動機數(shù)學(xué)模型可知： 而剛起動時反電勢(2k。ω)很小，可忽略�？捎嬎愕茫�
其中：  在t 1～t 2區(qū)間內(nèi)主回路處于放電狀態(tài)，計算得： 此后，重復(fù)上述過程，當占空比增加至D。時，計算得：
imaxn>imax(n-1)。假設(shè)此時電機轉(zhuǎn)速為n1，反電勢不可忽略，不考慮換相過程的影響，則：
起動過程中，IGBT開關(guān)頻率為圖11-----m越大,f2越高，則imaxn．越小，即對抑制起動電流有利，同時較高的開關(guān)頻率降低了電流的波動。
D n越大，則i maxn也越大，而D 1通常取百分之10～百分之20(空載)，由圖  ，Dn由占空比增長率k決定，t n由起動總時間決定。 為此，在起動總時間、軟起動****允許電流確定之后，應(yīng)當增大m，減小D1，增大k。
2控制系統(tǒng)設(shè)計
2．1軟件系統(tǒng)設(shè)計
對于本系統(tǒng)，采用Ahera公司****開發(fā)的Quar-tusⅡ設(shè)計軟件。cPLD使用硬件描述語言(VeilogHDL)進行器件編程。
CPLD控制原理是：控制器上電后，CPLD根據(jù)三個霍爾位置信號，產(chǎn)生相應(yīng)的六個輸出信號；與此同時，產(chǎn)生占空比逐漸增大的矩形波PwM信號(占空比增加至1的總時間因各電機負載情況不同而異)，將兩組信號分別進行邏輯與操作，再由芯片輸出作為六只IGBT的驅(qū)動觸發(fā)信號。如圖2 |
