(湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，長(zhǎng)沙4lOl51)

摘要：直流電機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因而在可控的電力拖動(dòng)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的PwM調(diào)速是大勢(shì)所趨，文中提出了一種采用基于數(shù)字處理芯片的數(shù)字控制系統(tǒng)來(lái)提高直流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能一

關(guān)鍵詞．直流申機(jī)；數(shù)字方法：PwM；控制系統(tǒng)

0         引  言

    電機(jī)闊速技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成了由無(wú)刷結(jié)構(gòu)代替有刷結(jié)構(gòu)、由數(shù)字控制代替模擬控制的局面。無(wú)刷直流電機(jī)具有能量密度高、效率高、動(dòng)態(tài)特性好、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且它具備直流電機(jī)那樣良好的調(diào)速特性和無(wú)機(jī)械式換向器，而且反饋裝置簡(jiǎn)單，輸出轉(zhuǎn)矩大，可以使電動(dòng)機(jī)和逆變器得到更充分的應(yīng)用，在伺服控制、家用電器、計(jì)算機(jī)外設(shè)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，在船艦推動(dòng)、電動(dòng)汽車以及工業(yè)拖動(dòng)中具有很好的應(yīng)用前景。

    1逆變器供電的無(wú)刷直流電機(jī)

    無(wú)刷直流電機(jī)由定子三相繞組、永磁轉(zhuǎn)子、逆變器位置傳感器及控制器等組成，采用稀土水磁瓦形磁鋼并合理設(shè)計(jì)磁路，幾j以得到近似方波或梯形波的氣隙磁場(chǎng)，定于二則由逆變器提供交流方波電流無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)采用電子換向器(逆變器)替代直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向器，實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變．逆變器采用IPM300cLVl20，其具有高集成度，小體積封裝的特點(diǎn)．該模塊內(nèi)部集成了6個(gè)IGBT單元，每個(gè)單元有四個(gè)引腳，分別是+15 V控制電源、電源地、信號(hào)輸入引腳、故障輸出引腳，各個(gè)單元的引腳都是相互獨(dú)立的，不能連結(jié)在一起，所以在應(yīng)用的過(guò)程中，必須使用6組獨(dú)立的電源來(lái)控制智能模塊。該模塊內(nèi)部還集成有故障檢測(cè)電路和保護(hù)電路，可以通過(guò)故障輸出引腳發(fā)送過(guò)溫、短路和欠電壓保護(hù)信號(hào)。值得一提的是模塊對(duì)電源的要求比較高，只能允許的波動(dòng)，即正常的工作電壓在13.5 v～16.5 v之問(wèn)，當(dāng)電源電壓低于13.5 V時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖電壓會(huì)下降，功率器件不可能飽和導(dǎo)通，也就是說(shuō)功率器件會(huì)工作在放大狀態(tài)，從而使功率器件的功耗過(guò)大導(dǎo)致器件燒毀。所以，模塊內(nèi)部集成了控制欠電壓檢測(cè)電路，當(dāng)電壓過(guò)低，時(shí)間超過(guò)時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷IGBT，并向外部電路反饋一個(gè)故障信號(hào)。硬件互鎖電路是DsP控制板中的一個(gè)重要部分，其作用是防止斷電或者上電的瞬間，不確定的脈沖信號(hào)導(dǎo)致IcBT模塊上下橋臂直通，造成短路，同時(shí)還可通過(guò)電容和電阻的配合給出了硬件死區(qū)，時(shí)間為8μs。大于IPM模塊要求的最小死區(qū)時(shí)間，在工程應(yīng)用中能夠很好的滿足要求，保證lGBT模塊的止。常觸發(fā)[1-2]。此外，當(dāng)IGBT模塊過(guò)溫，欠壓或者過(guò)流的時(shí)候都會(huì)有一個(gè)10 ms左在時(shí)間的出錯(cuò)保護(hù)信號(hào)送給硬件互鎖電路，可以直接封鎖6路脈沖輸出，保護(hù)模塊的安仝。

    為保護(hù)IPM模塊工作在較高開(kāi)關(guān)頻率時(shí)的安全，并保證系統(tǒng)在高頻電磁干擾時(shí)的正常通訊，必須對(duì)IPM實(shí)施保護(hù)措施，設(shè)計(jì)時(shí)宅要從以下幾個(gè)方面人手：

    (1)減小母線電路的寄牛電感以降低IPM在關(guān)斷時(shí)的過(guò)電壓(2)IGBT兼有MosFET和cTR的優(yōu)點(diǎn)，具有導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小、工作頻率較高、耐壓高、承受工作電流大等優(yōu)點(diǎn)，在大功率電力電子器件的應(yīng)用中，IPM模塊已取代MosFET和GTR成為應(yīng)用的主流。在引用1PM模塊時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

    ①i相逆變器的每個(gè)TPM模塊都必須采用獨(dú)立的隔離電源給其內(nèi)部控制和驅(qū)動(dòng)電路供電，且該隔離電源的耦合電容必須小于100pF，耦合電容過(guò)大會(huì)造成IGBT的誤觸發(fā)；

    ②在將模塊的控制引腳連接至電路板時(shí)，要通過(guò)反接插座進(jìn)行連接，可以保證焊接時(shí)不會(huì)高溫?fù)p壞模塊。

    ③IPM接11電路必須采用光隔，光隔輸出腳和IIJM引之間的走線應(yīng)盡量短，并且應(yīng)采用具有高共模抑制比(cMR)的高速光隔。

    2雙DSP的數(shù)字化控制方案

    整個(gè)控制器包括：雙DsP處理器模塊、A／D采樣模塊、數(shù)摒存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊、液晶顯示模塊、咂陣鍵盤輸入模塊、通信模塊等。其中檢測(cè)子系統(tǒng)是由數(shù)字信號(hào)處理器DsP及其外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的[3]。硬件部分主要選用了DsP處理器TMs320F2407實(shí)現(xiàn)與外電路的交涉，如發(fā)出PwM控制信號(hào)、發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)、監(jiān)視開(kāi)關(guān)量信號(hào)、檢測(cè)各種保護(hù)與故障信號(hào)、整個(gè)DsP電路板同步工作脈沖的生成以及與上位機(jī)之問(wèn)的串行通訊等，另外加了一片高精度浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片TMs320vc33，專門用于實(shí)現(xiàn)大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，如生成PwM脈寬數(shù)據(jù)等。同時(shí)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAx125完成檢測(cè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理，可編程邏輯器件cPLD主要用于產(chǎn)生控制系統(tǒng)的譯碼信號(hào)、開(kāi)關(guān)量輸入輸出的緩沖和鎖存．并協(xié)調(diào)各子模塊之間的邏輯關(guān)系，本文選擇c PLD Is—PIsIlol。并且其余外圍器件全部選用高速器件，這種做法的好處是省略r接口電路的設(shè)計(jì)，提高了控制器的可靠性[4-5]。

    控制器的程序分為兩大部分，主程序(包括TMs320心407和TMs320vc33)和中斷程序模塊，中斷程序主要由四個(gè)中斷服務(wù)子程序組成，包括母線A相電壓過(guò)零中斷服務(wù)子程序，定時(shí)器巾斷服務(wù)子程序，A／D采樣中斷服務(wù)子程序，串口通信中斷予程序。