基于DSP的交流变频调速系统的毕业论文

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徐 州 师 范 大 学 科 文 学 院

本科生毕业论文（设计）

论 文 题 姓 学 专 年 指 导 教

目： 基于DSP的交流变频调速系统的设计 名： 号： 业： 电气工程及其自动化 级： 师： 科文学院教务部印制

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摘 要

随着工农业生产的发展，人们对调速技术的要求也越来越高，而异步电动机

在调速方面一直处于性能不佳的状态。然而，变频技术的出现改善了交流电机的调速性能，同时无速度传感器和基于微处理器的数字调速系统也开始逐渐进入人们研究和讨论的范围。作为高新技术之一的变频技术是重要的节能和环保技术，在各种工业生产、交通运输和家用电器中应用十分广泛，变频器作为变频技术的产品，在我国工农业等各方面有着极其重要的地位。

本文以三相交流异步电动机为被控对象TMS320LF240X定为处理器，通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，电机变频调速的理论。介绍了SPWM控制技术的原理:包括单极性SPWM控制技术、双极性SPWM控制技术和SPWM的调制方式。给出了系统各部分硬件电路的工作原理、参数计算以及各部分器件的选取。系统硬件电路主要由主电路、系统保护电路和控制电路组成。主电路部分包括整流、滤波、逆变器，IPM驱动电路与吸收电路等;系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护等;控制电路包括DSP最小系统电路。最后叙述了具体使用DSP编写产生SPWM波形程序的步骤以及一些相关寄存器的设置。死区可以防止主电路桥臂短路现象的发生接着给出了SPWM波形的死区时间，这些波形说明电机可以稳定运行并实现变频调速。

关键词: DSP 智能功率模块 恒压频比控制 SPWM

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Abstract

Along with the development of agricultural production and technical requirements of speed, and more and more is also high in speed asynchronous motor is the poor performance of the state. However, the frequency conversion technology to improve the performance of ac motor speed, speed sensorless and microprocessor-based digital control system is also gradually began to enter the scope of study and discuss people. As one of the high-tech frequency conversion technology is an important energy saving and environment protection technology, in various industrial production, transportation and widely used in household appliances, inverter frequency conversion technology products, as in all aspects of our agriculture is very important position.

Taking three-phase ac induction motor is accused of TMS320LF240X as processor, through the SPWM control technology to realize constant pressure frequency ac motor control motor speed, the theory. Introduces the principle of SPWM control technology, including single polarity SPWM control technology, the dual polarity SPWM SPWM modulation and control technology. Given the parts hardware circuit principle, parameter calculation and each part of the device. The system hardware circuit consists mainly of main circuit, system protection circuit and control circuit. The main circuit includes rectifier, filtering, inverter, IPM drive circuit and absorbing circuit, etc. System protection circuit including over-voltage, protection, limited flow, fault protection; IPM Control circuit including DSP smallest system circuit. Finally describes specific use DSP write produce SPWM wave process steps and some relevant register setting. Then gives SPWM wave of dead zone, dead zone can prevent the main electric circuit of road arm, After gives different frequencies when the motor running voltage and current waveform, the line that the waveform can stable operation and motor inverter.

Keywords : DSP Intelligent power module Constant pressure frequency than control SPWM

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目 录

摘 要 ............................................................. I Abstract...........................................................II 1 绪论.............................................................. 1

1.1 电机变频调速发展现况和趋势 ................................... 1 1.2电力电子技术的发展现况和趋势 ................................. 2 1.3国内外交流调速现状 ........................................... 3

1.3.1国外现状 ................................................ 3 1.3.2国内现状 ................................................ 4 1.4本论文的研究内容 ............................................. 4

2交流电机变频调速原理............................................ 5

2.1三相交流电机的结构和工作原理 ................................. 5

2.1.1三相交流电机的结构 ...................................... 5 2.1.2三相交流电机的工作原理 .................................. 6 2.2交流电机的调速方式 ........................................... 8 2.3变频调速系统的Uf控制方式 ................................... 9 2.4 SPWM控制技术原理 .......................................... 11

2.4.1单极性SPWM控制技术 .................................... 12 2.4.2双极性SPWM控制技术 .................................... 14 2.4.3 SPWM的调制方式 ...................................... 14

3变频调速系统的硬件电路设计.................................... 17

3.1变频调速系统的总体设计 ...................................... 17 3.2主电路的设计 ................................................ 18

3.2.1整流电路 ............................................... 19 3.2.2滤波电路 ............................................... 20 3.2.4逆变电路 ............................................... 21 3.2.5以IPM为功率器件的驱动电路 ............................. 23 3.2.6吸收电路 ............................................... 24 3.3系统保护电路的设计 .......................................... 24 3.4控制电路的设计 .............................................. 29

4 变频调速系统的软件设计........................................32

4.1 DSP生成SPWM波形 ........................................... 32 4.2系统程序设计 ................................................ 34

5 全文总结.........................................................37 致 谢 .......................................................... 38 参考文献...........................................................39

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基于DSP交流变频调速系统的设计

1 绪论

1.1 电机变频调速发展现况和趋势

能源需求正极大地影响着全球经济发展。我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。九十年代我国高耗能产品的耗能量比发达国家高12-55%，能源综合利用效率仅为32%。 我国迫切需要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一。我国电机总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，占工业耗电量的80%，然而直到目前，我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机，可见我国在电机节能领域有非常大的潜力。电机节能技术最受瞩目的就是变频调速技术。但是，我国变频调速技术研究虽然非常活跃，然而产业化仍很不理想，外国产品几乎占据了我国变频调速技术市场的60%。 以下将着重介绍变频调速技术的最新发展概况。

1．永磁同步电动机及其控制系统的发展具有快速电流跟踪系统的变频装置、DSP信号处理器以及高性能钕铁硼永磁材料的发展，为各类永磁同步电动机及其控制系统的发展带来生机。 永磁同步无龄轮电动机及控制系统，是新一代的绿色电梯驱动装置。国外该类电梯专用变频装置有十分完善的软件支持，可接受任意位置传感器的反馈信号，具有自学习功能，自动识别电动机参数，在实现磁场定向伺服时，自动进行初始定位，具有和直流电动机一样优良的线性转矩控制特性。其体积小、效率高、功率因数高、振动小、噪声低，平层精度好，在高层建筑、无机房电梯和家庭小梯中都有很大的市场。

2.变频调速系统中PWM技术的发展PWM控制是变频调速系统的核心[1]，任何控法几乎都是以各种PWM控制方式实现。九十年代以来的产品，正弦形PWM（SPWM）调制方法已逐步为以下方式取代：快速电流跟踪PWM技术快速电流跟踪型PWM逆变器为电流控制型的电压源逆变器，一般采用滞环电流控制，使三相电流快速跟踪指令电流。该逆变器硬件简单，电流控制响应快，兼有电压和电流控制型逆变器的优点，普遍用于PMSM伺服系统和异步电动机矢量变换控制系统。磁链跟踪控制PWM技术这种方法把逆变器和电动机视为一体，以三相对称正弦波电压供电时交流电动机理想的圆形磁场为基准，用逆变器不同开关模式所产生的实际磁链矢

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