異步電動機調速控制系統設計

    景軍鋒¹，康雪娟²

(1西安工程大學，陜西西安710048；2西安航空技術高等專科學校，陜西西安710077)

    摘要：運用正弦脈寬調制(spwm)技術，以數字信號處理器(dsp)芯片tms320lf2407為核心，輔以智能功率模塊ipm和其它外部器件，設計了一種通用異步電動機變頻調速系統。詳細介紹了系統的硬件設計，給出了硬件的設計方案。軟件控制程序主要由主程序和spwm中斷服務程序組成。實驗結果表明：該實驗裝置結構簡單，控制精度高，輸出電流諧波失真小，有較強的實時性。

    關鍵詞：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電路構成的變頻調速系統以其結構簡單、運行可靠、節能效果顯著等突出優點以及先進的igbt技術而得到廣泛應用。現代pwm生成電路大多采用具有高速輸出口hso的單片機及數字信號處理器(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功能集于一身，具有處理性能更快(30 mips)、外設集成度更高、程序存儲更大、a／d轉換速度更快等特點，對電機的數字化控制較為適用^[2]。本文介紹了系統總體設計方案，用tms320lf2407a作為主控芯片，實現了異步電動機變頻調速系統。實驗結果表明，該控制系統具有硬件電路簡單、軟件編制容易、控制精度和可靠性高、實時性強等優點。

1系統總體硬件設計

整個系統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。其主要作用是產生spwm信號，該信號經34針的排線送至功率電路，用來驅動三相逆變器。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轉換模塊，光電脈沖編碼器(每轉輸出200個脈沖)檢測交流異步電動機的旋轉角位移以及轉子速度信號，經光耦隔離后接人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。為了調試軟件的方便，還使用了具有上電、手動復及電源電壓監控功能的復位芯片max825s。其電源部分由dc一dc電源模塊24 v轉5 v以及ac—dc電源模塊220 v轉±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供電外，還經電源芯片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動交流異步電動機。三相逆變器選用了日本互菱公司生產的第五代智能功率模塊ps21865.ps21865最突出的特點是p側的三只igbt晶體管使用自舉電路作為各自的驅動電源，從而可以只用一個15 v電源作為p側的三只igbt晶體管的控制電源。由于該15 v電源與p側的三只icbt晶體管的發射極互相隔離，兇而也可作為n側的三只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，功率電路的結構簡化，體積也減小，可靠眭比以前有所提高.

    在變頻調速控制系統故障保護環節中，設置了主回路過壓、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，一旦出現保護信號，通過軟件或硬件邏輯立即封鎖pwm驅動信號。

1.3電流檢測電路

    電流檢測模塊是把三相定子電流轉換成相應的二進制代碼，以方便處理。系統采用萊姆公司生產的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