基于DSP的异步交流电机变频调速控制系统研究(2)

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电机被分为交流电机和直流电机两大种类。直流电机凭借其便于控制和控制精度较高的特点，在很长的一段时间内被人们广泛应用，使人们认为直流电机难以被其他电机所取代。但随着电力电子技术的蓬勃发展、各种新型控制器件以及先进控制方法在电机调速系统中的应用，使交流电机的控制精度得到了极大的提高;另外，由于交流电机，尤其是笼型式异步电机具有制造成本低廉、结构简单而且牢固、运行方便并且可靠、环境适应的能力强和高转速等优点，交流电机逐渐取代过去的直流电机，并且在调速传动领域占主导的地位。

在另一方面，伴随着世界的经济不断快速发展，科学技术能力的不断提高，环保和能源日趋成为人们讨论的主题。如何的充分有效地利用能源已迫在眉睫。就目前形势而言，电能是全球消耗的最多的能源之一，同时它也是浪费的最多的能源之一，解决能源的问题必须先从电能开始着手，其中最具代表性的就是电机的控制。发达国家所生产的总电能其中有一半以上是投入电机能量的转换，这些电机传动系统其中90%左右使用的是交流异步电机。我国电机大部分还是中小型异步电机，而且设备的陈旧，管理、控制技术差，所浪费的电能很多。所以，电机的变频调速控制逐步引起人们的重视，同时对变频调速驱动系统提出了高效率、高精度、多功能、小型化、低成本等相应的要求。

1.2 本课题的主要内容源'自:优尔-'论~文'网·www.youerw.com

本课题是综合国内外电机变频调速的技术发展状况，基于交流电机变频调速基本原理，在其基础上，设计了一套基于DSP芯片TMS320LF24O7A和电压空间矢量SVPWM的交流异步电机变频调速系统的软硬件解决方案。

课题的主要内容包括：

(1)深入研究异步电机的数学模型和VVVF控制、电压空间矢量等变频调速控制方法。

(2)深入研究TMS320LF2407A电机控制专用DSP芯片的结构、工作原理以及DSP最小系统的设计方法。

(3)设计一台小功率异步电机变频装置。该系统主要由主电路、系统保护电路、控制回路和采样回路组成。

(4)利用MATLAB的软件的Simulink仿真模块进行建模和仿真

2 变频调速的基本原理

交流异步电动机的转速可用下式表示: (2-1)

其中：n为电动机转速(r/min);p为电动机磁极对数;f为电源频率;s为转差率。由式(2-1)可见，影响电动机转速的因素有:电动机的磁极对数p，转差率s和电源频率f。其中最理想的方法就是通过改变电源频率来实现交流异步电机调速，这就是所谓的变频调速。

2.1电压空间矢量（SVPWM）控制原理

从电动机的角度看,其关键就是电机如何获得圆磁场。具体地说,它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准,由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆,在追踪的过程中,逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。

2.1.1 电压空间矢量的三相功率逆变器

如图2-1所示是一种典型的三相电压型逆变器的结构。图中Va,Vb和Vc是逆变器的电压输出，Ql~Q6是其6个功率管，它们分别被a、a’、b、b’、c和c’这6个控制信号所控制。当逆变桥上半部分的一个功率管开通时(即a、b或c为1时)，其下半部分相对的功率管被关闭(即a’、b’或c’为0)。Ql，Q3和Q5这三个功率管的开关状态，即a、b或c为0或1的状态，将决定Va、Vb和Vc三相输出电压的波形情况。