三相交流电机变频调速控制器的设计

DSP项目设计题目：三相交流电机变频调速控制器的设计物联网工程学院自动化专业学号0704100211学生姓名汪建东指导教师方益民教授二〇一三年十一月1摘要本课题主要针对交流异步电机变频调速控制系统进行了研究和探讨，提出了相应的软、硬件设计方案，以TI公司的电机专用控制芯片DSPTMS320LF2407A为控制核心，采用V／F控制和空间电压矢量脉宽调制SVPWM)相结合的控制方法，实现了对交流异步电机变频调速控制。论文阐述了交流异步电机的数学模型和变频调速原理；设计了以DSP最小系统为核心的控制电路、变频主电路、信号采集电路等；在CCS集成开发环境下，采用C语言编程实现了上述的变频调速控制策略；同时为了实现该控制系统的灵活性，还采用VC++编写了上位机控制程序，使PC机通过串口对DSP进行控制，并将电机的运行状态在PC机上显示，还宽展了CAN总线，方便了电机的多机控制和远程控制。论文最后给出了实验结果和波形分析。结果表明了该变频调速控制系统具有良好的动静态调速性能，验证了系统设计的有效性和可行性关键词：DSPSVPWM交流异步电动机变频调速AbstractThemaintopicsforthespeedcontrolsystemofACasynchronousmotorarestudiedanddiscussed,madeofsoft,hardwaredesignplan,thespecializedmotorcontrolchipDSPofTMS320LF2407AcompanyTIasthecontrolcore,usingV/Fcontrolandspacevectorpulsewidthmodulation)controlmethodcombinedwithSVPWM,realizedthecontrolforACasynchronousmotorspeed.ThispaperdescribesthemathematicalmodelandtheprincipleofthefrequencyconversionspeedcontrolofACasynchronousmotor;theDSPminimumsystemasthecorecontrolcircuit,maincircuit,frequencysignalacquisitioncircuitdesign;intheintegrateddevelopmentenvironmentCCS,usingClanguageprogrammingofthevariablefrequencyspeedcontrolstrategyfortheabove;atthesametimeinordertorealizethecontrolsystemflexibility,itwaswrittenbyVC++PCcontrolprocedure,controlthroughtheDSPserialporttoPCmachine,andthemotorrunningstatemachineinthePCdisplay,butalsospreadtheCANbus,convenientformultimachinemotorcontrolandremotecontrol.Finally,theanalysisoftheexperimentalresultsandwaveformsaregiven.TheresultsshowedthattheVVVFcontrolsystemhasgooddynamicandstaticperformanceofspeedadjustment,verifytheeffectivenessandfeasibilityofthesystemdesignKeywords:DSP,frequencySVPWMACasynchronousmotor2目录第一章概述.....................................................................................................................31.1课题背景及其研究意义.............................................................................................31.2三相交流电机变频调速的当前情况和发展趋势.....................................................3第二章理论分析（TMS320LF2407DSP芯片概述及异步电机变频调速技术）.......52.1TMS320LF2407芯片介绍.......................................................................................52.2变频调速系统的控制方式……...............................................................................62.3交流异步电动机的PWM技术................................................................................8第三章硬件电路设计.......................................................................................................123.1系统硬件结构框图...................................................................................................123.2.各部分电路设计3.2.1逆变电路............................................................................................................123.2.2驱动电路…........................................................................................................133.2.3显示电路3.2.4参数保存电路...................................................................................................143.2.53.3V电源电路...................................................................................................22第四章软件设计............................................................................................................…..254.1系统程序框图...............................................................................................................254.2SPWM的实现..................................................................................................................274.3LCD1264显示..............................................................................................................284.4基于I2CEEPROM的参数保存..................................................................................30第五章调试体会及结论.....................................................................................................36附录1......................................................................................................................................373第一章概述1.1课题背景及其研究意义变频调速研究是当前电气传动研究中最为活跃、最有实际应用价值的工作。变频器产业的潜力非常巨大，它包括所有与变频器技术相关的产业，如电力电子器件的生产、驱动保护集成电路的制造、电气传动技术、系统控制技术和工业现场应用技术等。电力拖动系统传动效率高、操作简便、能实现自动控制和远距离控制，因而得到了越来越广泛地应用，特别是在现代工业企业中，几乎所有的生产机械都是由电动机来拖动的，例如，各种机床、风机、水泵，等等。可以毫不夸张地说，没有电力拖动技术，就没有现代工业。这样，电动机和电力拖动技术在国民经济中的重要作用就不言而喻了。交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。1.2三相交流电机变频调速的当前情况和发展趋势变频调速三相异步电动机已有近20年的研制开发、设计和生产史。近些年来，随着变频器研制开发技术的不断创新、迅速发展和完善，性价比趋于合理，变频调速技术被广泛采用。又因为变频调速笼型异步电动机其结构简单可靠、维修工作量小、节能、调速性能好等优点，较直流机调速更优越，广泛用于驱动各种石油、化工、起重运输、机械加工、造纸、纺织和冶金等行业的机械设备。截止到2000年，变频器供电的电动机占欧洲交流电机市场的30％，预计到2020年将提高到50％。试验研究表明，变频器供电的异步电动机，虽然有其显著不可比的优点，但也存在高次谐波大、损耗大，受到电压变化率dv／dt的冲击等问题。除了变频器本身在不断改进提高外，就目前情况而言，变频调速电动机在设计上如何适应变频器这一特点，多年来，尤其是20世纪90年代以来，国际上从事变频调速电动机研究的广大科技人员在广泛试验研究的基础上，通过优化设计、改进转子槽形、增强绝缘结构、研究新材料、采用绝缘轴承等一系列措施以适应变频器的特点，来提高变频调速电动机的性能、使用寿命和可靠性，效果显著。国内也有从事这方面的研究人员。但变频调速电动机生产企业多借鉴国外的研究成果，多在实践上下功夫，取得了可喜的效果。[3]20世纪50年代中期，晶闸管的研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。晶闸管具有体积小、重量轻、响应快、管压低等优点，从而使得交流电机调速技术有了飞跃发展，出现了交流异步电机调压调速、串级调速等调速系统。到20世纪70年代出现了变频调速技术，变频调速具有高效率、高精度和范围宽等特点，是目前运用最广泛且最具有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的种类也很多，从早期就提出的电压源型变频调速开始，相继发展了电流源型、