《毕业设计（论文）基于DSP的通用变频器硬件设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于DSP的通用变频器硬件设计（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、北华大学毕业设计（论文）摘要近年来，交流电机变频调速及其相关技术的研究已成为现代电气传动领域的一个重要课题，并且随着新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展，交流变频调速技术还将会取得巨大进步。在交流变频调速领域中，脉宽调制技术作为一项关键技术，在变频调速技术的发展中得到重要应用，而恒压频比控制(U/F=C)是通用变频器中应用最广泛的一种控制方式。本文以三相交流异步电动机为被控对象，以TMS320LF2407A单片机(16位定点DSP芯片)作为处理器，采用智能功率模块PM10CSJ060，通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，设计了基于DSP的通用变频调速系统。全文
2、分别介绍了课题的研究背景和意义以及国内外变频调速发展的情况，以及三相交流电动机的结构及工作原理和SPWM控制技术，然后给出了系统各部分硬件电路的工作原理、参数计算以及各部分器件的选取。接着介绍了TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A的一些特点和内部资源以及SPWM波形原理和控制算法，最后给出了系统的总体程序流程图。关键词：DSP；变频调速；智能功率模块；恒压频比控制；SPWMAbstractIn recent years, AC Motor Frequency Control and related technology research has become a modern ele
3、ctric drive an important subject areas, and with the new power electronic devices and the introduction of the microprocessor and the exchange of theoretical development of motor control, AC frequency converter Technology will also be made tremendous progress. In exchange in the field of Frequency Co
4、ntrol, PWM technology as a key technology in the VVVF technology are important in the development of applications, and the constant pressure than the frequency control (U/F = C) is the application of the most common frequency converter A wide range of control. In this paper, three-phase AC induction
5、 motor to object to TMS320LF2407A SCM (16 fixed-point DSP chips) as a processor, a smart power module PM10CSJ060, through SPWM AC motor control technology to achieve constant pressure than the frequency control, design The DSP-based Universal Frequency Control System. They described the issue as wel
6、l as research background and significance of the development of domestic and international Frequency Control, the combination of the three-phase AC motor structure and working principle and SPWM control technology, and then presented different parts of the system hardware circuit works, and calculat
7、ed parameters Select all parts of the device. Then on TIs DSP chips TMS320LF2407A of some of the features and internal resources and SPWM wave principle and control algorithms, the system is given the overall process flow chart.Key Words：Digital Signal Processor；VariableFrequency Speed Regulating；IP
8、M；constant U/F；SPWM 2 目录摘要1Abstract2引言11 绪论21.1 本课题的研究背景和研究意义21.2 交流变频调速技术发展概况及其运用21.2.1 电力电子技术的发展31.2.2 控制策略和控制理论的不断发展31.2.3 全数字化高性能微处理器运用于电机控制41.2.4 目前变频技术的发展趋势、展望51.3 本论文的研究内容62 异步电机变频调速的基本理论72.1 三相交流电机的结构和工作原理72.2 交流电机的调速方式112.3 变频调速系统的U/f控制方式122.4 正弦脉宽调制(SPWM)控制理论152.4.1 单极性SPWM控制技术162.4.2 双极性S
9、PWM控制技术182.4.3 SPWM的调制方式203 通用变频器的硬件电路设计233.1 通用变频器的总体设计233.2 主电路的设计243.2.1 整流电路253.2.2 滤波电路263.2.3 电源指示273.2.4 逆变电路273.2.5 以IPM为功率器件的驱动电路313.3 系统保护电路的设计333.3.1 过压、欠压保护电路343.3.2 限流启动电路363.3.3 IPM故障保护电路373.3.4 泵升控制电路383.4 控制电路的设计393.4.1 DSP(TMS320LF2407A)的最小系统电路393.4.2 频率信号输入电路443.4.3 光耦隔离电路454 通用变频调
10、速系统的软件设计464.1 TMS320LF240xA芯片特点概述464.2 TMS320LF2407A的事件管理器(EV)474.3 SPWM波形生成原理与控制算法504.4 DSP生成SPWM波形54结论61附录A基于DSP的通用变频器硬件设计原理图62参 考 文 献63致谢65北华大学毕业设计（论文）引言电机变频调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。它的市场异常庞大，据报道，世界上大约有100亿以上各种电机在工作，近年来，我国空调一年的产量已经超过1000万台，仅此一项市场已非常庞大；另外，其应用面极其广泛，例如机床、电动工具、电力机车、机器人、
11、家用电器、计算机的驱动器、汽车、船舶、轧钢、造纸和纺织行业等等。而交流异步电机由于结构简单，使用与维护方便，运行可靠、价格低廉，并具有比较满意的运行特性和比较高的效率，在传动领域具有重要的地位。交流变频调速技术的优越性主要体现在两个方面：一是节电显著；二是卓越的调速性能。通过利用全控型电力电子器件的导通和关断，将直流电压变成一定波形的电压脉冲序列，实现变频器输出电压的调节。PWM方式能够及时、准确地实现变压变频要求，可以抑制逆变输出电压、电流的谐波分量，降低电机转矩脉动。目前实际工程中主要采用正弦PWM调制方式，就是所谓的SPWM技术。TMS320LF2407A是德州仪器公司专门为电机控制开发
12、的一款定点式数字信号处理芯片，运用SPWM技术和DSP技术就可以完成了交一直一交电压源型通用变频器的硬件设计和系统搭建。1 绪论1.1 本课题的研究背景和研究意义随着世界经济的不断发展，科学技术不断提高，环保和能源问题日趋成为人们争论的主题。充分有效地利用能源已成为紧迫的问题，为了寻求高效可用的能源，各个国家都投入了大量人力财力，进行不懈的努力。就目前而言，电能是全世界消耗最多的能源之一，同时也是浪费最多的能源之一，为解决能源问题必须先从电能着手，其中起代表性的就是电机的控制。电机是一种将电能转换成机械能的设备，它的用途非常广泛，在现代社会生活中随处可见电机的身影，在发达国家中生产的总电能有一
13、半以上是用于电机的能量转换，这些电机传动系统当中90%左右的是交流异步电机。在国内，电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%。并且使用中的电机绝大部分还是中小型异步电机，加之设备的陈旧、管理、控制技术跟不上，所浪费的电能甚多。能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都起着极为重要的作用。在高速增民的经济环境下，我国能源工业而临着经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响，我国能源利用效率比发达国家低很多。为此，国家十五计划中，在电机系统节能方而投入的资金高达500亿元左右，由此可见，在我国异步电机的
14、变频调速系统将有巨大的市场潜能。在电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术迅速发展的今天，电气传动技术正面临着一场历史性的革命。经过了十多年的发展，近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。在交流电机调速系统中，效率最高、性能最佳的是变频调速系统，因此，对变频调速的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，值得强调的是，这里的“变频器产业”应该是变频器技术产业，或者是inverter technology产业。正如IT产业不仅限于PC一样，变频器技术产业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生产、电气传动与系统控制技术、工业
15、应用等。1.2 交流变频调速技术发展概况及其运用近年来，交流调速在国内外发展十分迅速，打破了过去直流拖动在调速领域中的统治地位，交流调速拖动已进入了与直流拖动相媲美、相竞争、相抗衡的时代，并有取而代之的趋势，这是现代电力拖动发展的主要特征。其主要原因有：电力电子技术的不断更新、控制策略和电机控制理论的不断完善、以及全数字化高性能高速度的微处理器不断发展等。1.2.1 电力电子技术的发展由于交流电机的诸多优点和运用广泛，其调速系统早就得到人们的关注，早期的交流电机调速方法，如用绕线式异步电机转子串电阻调速、鼠笼式异步电机变极调速、在定子绕组串电抗器调速等都存在效率低，不经济等缺点。交流变频调速的优越性旱在20世纪20年代就已被人们所认识，但受到元器件的限制，当时只能用闸流管构成逆变器，由于投资大，效率低，体积大而未能推广。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，变频调速具有效率高、精度高和范围宽等特点，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，从早期提出的电压源型变频调速开始，相继发展了电流源型，脉宽调制等各种变频调速控
