若不是因为其相濡以沫,变幻莫测,进退两难,
忽远忽近,惨淡经营,山穷水尽,柳暗花明,又怎能称之为爱。

基于TMS320F28335控制的高性能变频调速系统(二)

1. 系统方案

本设计的三相PWM变频器系统实验平台的硬件由两大部分组成,分别是主电路部分和控制电路部分。如图1所示。

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图1 系统实验平台结构图

系统主电路部分主要由网侧滤波电感、三相整流桥、直流储能电容、三相逆变桥和异步电机组成。

控制电路部分以TMS320F28335 为核心,辅以电流、电压、速度检测和PWM 驱动等模块电路。

1) 主电路

采用三相整流桥和逆变桥,可实现双侧的PWM控制,实现电机的四象限运行,能量回馈,达到节约能源,减少谐波污染的目的。主电路结构图如图2所示。

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图2 主电路结构图

2)控制电路部分

硬件控制电路以TI公司高性能的32位浮点DSP控制芯片TMS320F28335为核心,辅以电流、电压、速度检测和PWM 驱动等功能电路。控制系统结构图如图3所示。

TMS320F28335的时钟频率高达150MHz,并且具备浮点运算单元(FPU),68K的RAM和512K的Flash,在运算速度和运算精度上完全可以满足高性能双PWM变频控制系统的需要。此外,TMS320F28335还具有丰富的片内外设单元,最高支持18路PWM信号输出,具有2个正交编码单元(eQEP)、6个捕获单元(eCAP),支持CAN、SCI、SPI、I2C通讯[42],通过数模转换单元(ADC)可以实现电机电流信号、直流母线电压信号的A/D转换,通过正交编码单元(eQEP)实现电机速度的检测和电机的旋转方向,通过脉冲调制模块(ePWM)生成12路PWM驱动信号,正好可满足两电平系统所需的全部12路PWM信号。采用互补输出模式,在DSP内加入死区延时,保证主电路的可靠工作。

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图3 控制系统结构图

目前应用在变频器上的PWM调制方法可以分为两类:基于载波的SPWM调制方法和空间矢量脉宽调制(SVPWM)。SPWM算法,就是利用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波相交生成的,来等效正弦波形。SVPWM算法,就是用逆变器每个开关周期内输出的三相脉冲电压合成电压矢量,与期望输出的三相正弦波电压合成的空间矢量(参考矢量)等效。SVPWM算法的直流母线利用率较高,但是SPWM算法注入三次谐波以后也可以到达的相同直流母线利用率。

控制系统采用VF控制策略,调制波部分采用SVPWM调制方式。

在异步电动机的调速系统中,变压变频调速系统(Variable Voltage ariable Frequency System)是控制性能最好,效率最高的调速系统.VF控制是指在调速过程中保持电压和频率的比值不变,即在改变电源频率的同时,保证电机的定子磁通恒定.由于其具有软、硬件实现简单、性价比合理等优点,而在交流调速中得到了广泛应用。

SPWM和SVPWM并不是两种孤立的调制方法,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,只不过从实现方法上来看,SPWM算法更适合于硬件电路实现,而SVPWM算法更适合于数字化控制系统。因此,SVPWM算法目前广泛的应用于数字控制的电压源型逆变器中。本设计中,采用SVPWM调制方法,同时,为了消除偶次谐波,采用小矢量对称的开关顺序。

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