基于DSP的交流電動機SPWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

　　摘要：應(yīng)用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)，通過U/f控制方法，給出一種基于TMS320LF2407A DSP的交流電動機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。并在文章中簡述該控制系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)方案。由實驗結(jié)果可知，該設(shè)計簡化控制了電路，增強了控制策略的靈活性，提高了控制精度，使交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)更加通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化。

　　引言

　　在電動機控制領(lǐng)域中，交流電動機以其高性能、高可靠性和良好的環(huán)境適應(yīng)性等特點已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用可調(diào)速的交流電動機設(shè)計方案，每年至少能節(jié)省20%-30%的電能。本文主要應(yīng)用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)，通過U/f控制方法，給出了一種基于TMS320LF2407A DSP的交流電動機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該設(shè)計簡化了控制電路，增強了控制策略的靈活性，提高了控制精度，使交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)更加通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化。

　　恒壓頻比控制的SPWM變頻系統(tǒng)的分析

　　主電路中逆變電路的設(shè)計是本設(shè)計的重點也是難點部分，該逆變電路是采用SPWM方式進(jìn)行控制的。

　　交流電動機的調(diào)速方式

　　交流電機的轉(zhuǎn)速公式為：
       

　　式中p是電動機磁極對數(shù)，f是電源頻率;s是轉(zhuǎn)差率。由公式可知交流電機調(diào)速方法主要有三種：

　　(1)在電機中旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n₀恒定時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s，此方式稱為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速;該方式是一種較耗能、低效率的調(diào)速方法。

　　(2)改變電機定子繞組的極數(shù)，此方式稱為變極調(diào)速。該方式不能獲得平滑調(diào)速，調(diào)速范圍相當(dāng)有限。

　　(3)調(diào)節(jié)供電電源頻率f，此方式稱為變頻調(diào)速;是一種效率比較高的調(diào)速方法。

　　該設(shè)計采用第3種方法。
　　變頻調(diào)速系統(tǒng)的U/f控制方式
　　交流電動機定子電壓為
       

　　f₁為定子頻率，N為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)，Φ為每極氣隙磁通量。

　　在電動機調(diào)速時，當(dāng)每極磁通Φ在合適的范圍時總是希望其保持不變，通過改變定子頻率即調(diào)節(jié)供電電源頻率f₁來改變電壓U的值，從而改變轉(zhuǎn)速N。如何才能實現(xiàn)變頻的同時變電壓，主要采用的是正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)方法.

　　SPWM調(diào)制技術(shù)原理

　　SPWM(正弦脈寬調(diào)制波)是將正弦波變成寬度漸變的脈沖波，其中的脈沖波的寬度變化規(guī)律完全符合正弦的變化規(guī)律。產(chǎn)生原理是采用一組等腰三角形波信號(載波)與正弦波信號(調(diào)制波)通過比較器進(jìn)行比較，其交點時刻作為開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)閉時刻，當(dāng)調(diào)制波(正弦波)大于載波(三角波)時，逆變橋的開關(guān)管導(dǎo)通;反之，則關(guān)斷，逆變器就產(chǎn)生一組等幅不等寬的脈沖序列，如圖1所示。通過控制輸入頻率來產(chǎn)生不同的輸出電壓，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。