異步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計
景軍鋒1，康雪娟2
(1西安工程大學，陜西西安710048；2西安航空技術(shù)高等專科學校，陜西西安710077)
摘要：運用正弦脈寬調(diào)制(spwm)技術(shù)，以數(shù)字信號處理器(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)計了一種通用異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)。詳細介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，給出了硬件的設(shè)計方案。軟件控制程序主要由主程序和spwm中斷服務(wù)程序組成。實驗結(jié)果表明：該實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，輸出電流諧波失真小，有較強的實時性。
關(guān)鍵詞：tms320lf2407a；ipm；交流異步電機；spwm
中圖分類號：tm343 文獻標識碼：a 文章編號：1004—7018(2010)01—0057—04
0引言
pwm技術(shù)通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達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)簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著等突出優(yōu)點以及先進的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的單片機及數(shù)字信號處理器(dsp)，通過軟件編程生成pwm。而德州儀器的tms320lf2407控制器將實時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、程序存儲更大、a／d轉(zhuǎn)換速度更快等特點，對電機的數(shù)字化控制較為適用[2]。本文介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，用tms320lf2407a作為主控芯片，實現(xiàn)了異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)具有硬件電路簡單、軟件編制容易、控制精度和可靠性高、實時性強等優(yōu)點。
1系統(tǒng)總體硬件設(shè)計
整個系統(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公司的電動機控制專用芯片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，該信號經(jīng)34針的排線送至功率電路，用來驅(qū)動三相逆變器。兩個霍爾電流傳感器檢測交婆流異步電動機相電流的瞬時值，送入到dsp的a／d轉(zhuǎn)換模塊，光電脈沖編碼器(每轉(zhuǎn)輸出200個脈沖)檢測交流異步電動機的旋轉(zhuǎn)角位移以及轉(zhuǎn)子速度信號，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到異步電動機驅(qū)動的負載位置信息，由此可以對負載位置的進行控制。為了調(diào)試軟件的方便，還使用了具有上電、手動復及電源電壓監(jiān)控功能的復位芯片max825s。其電源部分由dc一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隔離光耦的輸出側(cè)供電外，還經(jīng)電源芯片tp$76833降壓后給整個板子提供3．3 v的電源。
1.2功率電路
功率電路的主要作用是在pwm信號的控制下對300 v直流輸人電壓進行逆變，逆變后的交流電壓用來驅(qū)動交流異步電動機。三相逆變器選用了日本互菱公司生產(chǎn)的第五代智能功率模塊ps21865.ps21865最突出的特點是p側(cè)的三只igbt晶體管使用自舉電路作為各自的驅(qū)動電源，從而可以只用一個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icbt晶體管的發(fā)射極互相隔離，兇而也可作為n側(cè)的三只igbt晶體管的控制電源[3-4]。整個功率電路只需一個控制電源，與以前需要四個隔離電源的智能功率模塊相比，功率電路的結(jié)構(gòu)簡化，體積也減小，可靠眭比以前有所提高.
在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)故障保護環(huán)節(jié)中，設(shè)置了主回路過壓、欠壓、過熱、過載、制動異常、光電編碼器反饋斷線等保護，故障信號由軟硬件配合檢測，一旦出現(xiàn)保護信號，通過軟件或硬件邏輯立即封鎖pwm驅(qū)動信號。
1.3電流檢測電路
電流檢測模塊是把三相定子電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進制代碼，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來檢測電流。la25一np是多量程的霍爾電流傳感器。本文所用電機的額定電流為5 a，因而電流擋選用25 a，la25 np后端采樣電阻為100 ω。采樣電阻可以由  來決定，其中vc為模塊電源電壓；vce為晶體管飽和壓降；is為 |
