基于TMS320F2812三相異步電動(dòng)機(jī)變頻控制實(shí)現(xiàn)研究

孫廣全(中油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司 遼寧盤錦 124010)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)現(xiàn)代加工工藝提出的要求越來(lái)越高，使得很多機(jī)械設(shè)備在實(shí)現(xiàn)其控制精度的不斷提高。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制也需要更進(jìn)一步的發(fā)展來(lái)適應(yīng)更高的要求。目前，應(yīng)用十分廣泛的電機(jī)就是三相交流異步電機(jī)。三相交流異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的主要方法就是變頻調(diào)速，其變頻器主要是采用DSP技術(shù)的控制單元，TMS320F2812系列芯片是最近幾年開(kāi)發(fā)專用電氣控制的DSP芯片，TMS320F2812芯片的EV模塊的控制功能十分強(qiáng)大，非常適合應(yīng)用于電機(jī)控制和運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域。

一、變頻控制原理

基于TMS320F2812的三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速裝置有三個(gè)部分，即為主電路、控制電路和采樣電路。在變頻主電路中，工頻三相交流電源在通過(guò)全整流電路之后，會(huì)經(jīng)過(guò)濾波而傳送到逆變器中，然后再通過(guò)控制逆變器來(lái)產(chǎn)生三相電源。而該逆變器采用7MBP100RA060型的智能電力模塊，不但工作特性十分好，而且功能也比較齊全。該逆變器比較完整，包括制動(dòng)單元在內(nèi)，還有七個(gè)IGBT與七個(gè)快速功率二極管，一個(gè)IGBT作為開(kāi)關(guān)管用于動(dòng)力制動(dòng)。另外，還有六個(gè)回饋二極管與IGBT并聯(lián)而組成的三相橋臂。除此之外，還有對(duì)異常情況進(jìn)行檢測(cè)的相關(guān)單元、各種IGBT的驅(qū)動(dòng)電路等。如果檢測(cè)到異常信號(hào)，IPM模塊的FN信號(hào)就可以在進(jìn)行光耦隔離之后，被送至DSP的PDPINT中，也就是功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳，以提供相應(yīng)保護(hù)[1]。

二、控制電路原理與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1.SVPWM控制電路原理

在空間矢量WM中，三相逆變橋的上橋臂有3個(gè)開(kāi)關(guān)管，一般都會(huì)根據(jù)其不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的脈沖序列輸出，然后在電機(jī)定子繞組內(nèi)實(shí)現(xiàn)三相正弦交流電流的生成，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)和交流電機(jī)的控制。

2.TMS320F2812的SVPWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)

最近，T1公司推出的TMS320F2812是一款性能比較高的DSP，專門用于數(shù)字電機(jī)控制之中。TMS320F2812具有微控制器外設(shè)模塊，而且比較豐富，使得控制系統(tǒng)應(yīng)用可以通過(guò)理想的解決方案來(lái)處理其中存在的問(wèn)題。TMS320F2812的EV模塊，也就是事件管理器，具有內(nèi)置硬件電路，而該內(nèi)置硬件電路則是由對(duì)稱空間矢量WM波形產(chǎn)生，空間矢量波形操作非常簡(jiǎn)單[2]。

三、采樣電路的實(shí)現(xiàn)

1.光電編碼器信號(hào)的輸入

在速度反饋信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中，速度檢測(cè)器件為增量式光電編碼器，這種器件可以將兩個(gè)相位相差九十度的方波脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出，然后在經(jīng)過(guò)施密特電路整形之后，輸出的兩路脈沖信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)光耦而被送入到TMS320F2812的QEP中，也就是正交編碼脈沖單元，在經(jīng)過(guò)內(nèi)部四倍變頻后，要使用TMS320F2812中的通用定時(shí)器T3對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，再采用T/M法來(lái)進(jìn)行計(jì)算得到速度反饋值。

2.電壓電流檢測(cè)

在對(duì)電壓電流進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先要對(duì)輸出的A和B兩相電流進(jìn)行檢測(cè)，在這個(gè)過(guò)程中，所采用的儀器應(yīng)該是次平衡式霍爾傳感器，然后再通過(guò)TMS320F2812自身具備的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)A和B兩相定子電流進(jìn)行采樣，以得到實(shí)時(shí)的定子電流信息[3]。

3.光電隔離電路

對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行傳送時(shí)，一般都會(huì)通過(guò)光耦來(lái)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇使用TLP759光電耦合器，并且要使得該光電耦合器和IPM控制端之間的布線距離最短。

四、軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，其程序可以由主程序、顯示中斷子程序、SVWM中斷子程序、故障檢測(cè)與報(bào)警中斷子程序等。其中主程序要將初始化工作完成，也就是要實(shí)現(xiàn)WM初始化、Tiner初始化、中斷初始化、GPIO初始化、PIE向量表及其控制寄存器的初始化等等。另外，通用定時(shí)器T1有定時(shí)周期寄存器，簡(jiǎn)稱為TIPR。完成初始化工作之后，還需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)置,程序中有給定的電壓值以及頻率，SVWM中斷子程序必須根據(jù)這兩個(gè)值對(duì)T1和T2進(jìn)行計(jì)算,然后再對(duì)全比較寄存器進(jìn)行設(shè)置，如CMPR1、CMPR2和CMPR3，從而為下一個(gè)調(diào)制周期做好準(zhǔn)備工作。顯示子程序完成實(shí)時(shí)更新、故障檢測(cè)、報(bào)警中斷等都會(huì)通過(guò)定時(shí)器T0中斷來(lái)進(jìn)行,程序在進(jìn)入T0中斷之后首先會(huì)對(duì)故障進(jìn)行判斷，一旦確定故障存在，將會(huì)馬上啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，然后再進(jìn)行顯示更新。

結(jié)束語(yǔ)

TMS320F2812具有高速的運(yùn)算性能，而基于TMS320F2812的三相異步電動(dòng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)則充分利用了該性能，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)基本邏輯的控制。同時(shí)，利用TMS320F2812的事件管理器 EV模塊有效地實(shí)現(xiàn)了空間矢量WM波形和變頻控制。根據(jù)實(shí)踐證明，基于TMS320F2812的三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以在各種負(fù)載下發(fā)揮較佳的調(diào)速性能。

[1]趙振，李紅梅，王曉晨.基于TMS320F2812及IPM的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J].微電機(jī)，2008(8)：15-16.

[2]劉繼廣，王海浩.基于TMS320F2812三相異步電動(dòng)機(jī)變頻控制實(shí)現(xiàn)分析[J].裝備制造技術(shù)，2008(5):26-27.

[3]張薔，等.基于TMS320C2812的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].節(jié)能，2005，(7):15-18.