单位文秘网 2022-02-26 08:12:07 点击: 次
[摘要] 本文选取LF2407A为控制芯片,以数字脉宽调制方法为基础,将系统控制中的SVPWM空间矢量调制算法通过DSP编程来实现,最终完成以SVPWM空间矢量调制技术为核心的三相交流调速系统。
[关键词] SVPWM交流调速系统设计
交流电动机的变频调速系统是各种调速系统中最为优越的一种电力拖动系统,它和其它的调速系统相比,具有良好的调速性能和节能效果。随着新型电力电子器件的不断出现,脉宽调制技术(PWM)和正弦脉宽调制技术(SPWM)在交流调速系统中已经得到越来越多的应用。虽然传统交流调速系统中的数字脉宽调制方法多采用规则采样技术,即求取三角载波与所希望的调制函数相比较的直接数学方程式,PWM信号可以通过计算这个数学方程式来获得。这种数字脉宽调制方法仅是对模拟自然采样的三角波——正弦波SPWM方法的近似。但常规的SPWM不能充分利用馈电给逆变器的直流电压,调节过程中依然会有某些高次谐波分量,从而引起电机发热、转矩脉动和系统振荡等。目前电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)以其物理概念清晰,算法简单,易于实现的特点,在中小功率调速系统中得到了广泛的应用 。
一、SVPWM的基本原理及组成
图1 典型的三相电压源变换器结构
图2基本矢量Vref及在α-β平面上的投影
如图1所示,在电压型逆变器电路中, 当上桥臂开关管导通时相应的下桥臂开关管截止,上桥臂开关管截止时相应的下桥臂开关管导通。设当上桥臂开关管导通时对应的开关变量为1,关断时为0。电压型逆变器六个开关管共有八种工作状态,产生八个电压矢量,其中只有六个有效的电压矢量。通过三相/两相变换,可将相应于表1的八种组合的相电压映射到 平面,得到六个非零电压矢量(V1-V6)和两个零电压矢量(V0、V7)。非零电压矢量构成正六边形的轴线,其夹角是6Oo,两个零电压矢量位于坐标原点。图2给出了基本电压矢量和所需的电机电压矢量Vref,在α-β平面的投影。SVPWM方法的目的是通过与六个开关管的八种开关状态相应的基本电压矢量来逼近电机所需要的电压欠量Vref。
二、基于DSP的SVPWM调速系统的设计
1.硬件设计
针对SVPWM控制系统的特性,研制了基于DSP的三相交流电机SVPWM调速控制系统。采用的控制系统主要由DSP接口电路、功率驱动电路、三相逆变电路、逻辑控制电路及保护电路等组成。电流信号由DSP的A/D转换接口输入。DSP根据控制指令、参考速度指令及反馈转速输出SVPWM脉冲信号,驱动IGBT构成的桥式逆变电路控制电机。功率驱动电路采用光偶驱动并加硬件互锁,在硬件上防止上下桥臂发生直通现象。
三相逆变电路采用由IGBT构成的三相全桥电路。为减少由于IGBT在开关过程中对其他管子的干扰,在电路中加入缓冲电路,以使IGBT的开关强度降低。同时在软件中降低PWM的开关频率,增加死区宽度。实验证明,在220V交流输入时,电路能可靠地工作。采用过压、欠压及过流保护电路:过压、欠压保护电路采取在220V交流输入端的分压电路,经整流后接人比较器LM393,当有过压或欠压发生时,LM393输出低电平,当DSP检测到XINT1引脚为低电平时,则产生外部中断,在中断程序中判断来到的过、欠压信号是否为真的发生过压或欠压。如果DSP判断系统真的发生过、欠压,则DSP封锁PWM输出,否则DSP正常输出PWM。过流保护电路检测采样电阻的电压大小,当有过流发生时,LM393输出一低电平,DSP产生一个PDPINT的中断,并封锁PWM的输出。
2.软件设计
整个控制系统软件由主程序、服务子程序和中断子程序组成。主程序完成芯片初始化、变量的初始化等。服务子程序完成A/D转换、键盘扫描、SVPWM算法等。
本文根据SVPWM算法处理的周期,确定使用LF2407A事件管理器中的定时器1作为SVPWM算法处理的时基,同时SVPWM算法处理程序置于该定时器的下溢中断服务程序之中。由于定时器1的下溢中断处于第2级可屏蔽中断源INT2中,设置中断屏蔽寄存器IMR为010(二进制数),且以LF2407A的40M主频为计数时钟,通过定时器1的时钟控制寄存器T1CON将定时器的工作模式设定为对称模式,其周期寄存器T1PR值为3333。通过以上设定可初步完成6K的SVPWM采样频率配置。
实验证明系统在施加恒负载的情况下,电机启动电流波形稳定。电机从0加速到稳定的1500r/min和从0加速到稳定的2000r/min分别用时7.1s和8.6s。启动过程的相电流波形显示出对系统施加恒负载时,系统具有良好的控制能力,启动时间较空载启动时间稍短。
通过本文設计的硬件电路控制系统成功地完成了三相电动机SVPWM矢量控制。运用SVPWM调制方法能够较好地减小励磁电流中的谐波分量,同时增大逆变器的电压输出能力。
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