基于DSP的交流電動機SPWM調速系統的設計

　　摘要：應用正弦脈寬調制(SPWM)技術，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速控制系統。并在文章中簡述該控制系統的硬件和軟件實現方案。由實驗結果可知，該設計簡化控制了電路，增強了控制策略的靈活性，提高了控制精度，使交流電動機調速控制系統更加通用化、標準化和智能化。

　　引言

　　在電動機控制領域中，交流電動機以其高性能、高可靠性和良好的環境適應性等特點已經得到越來越廣泛的應用。采用可調速的交流電動機設計方案，每年至少能節省20%-30%的電能。本文主要應用正弦脈寬調制(SPWM)技術，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速控制系統。該設計簡化了控制電路，增強了控制策略的靈活性，提高了控制精度，使交流電動機調速控制系統更加通用化、標準化和智能化。

　　恒壓頻比控制的SPWM變頻系統的分析

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

　　交流電動機的調速方式

　　交流電機的轉速公式為：
       

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

　　(1)在電機中旋轉磁場的同步轉速n₀恒定時，調節轉差率s，此方式稱為變轉差率調速;該方式是一種較耗能、低效率的調速方法。

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

　　(3)調節供電電源頻率f，此方式稱為變頻調速;是一種效率比較高的調速方法。

　　該設計采用第3種方法。
　　變頻調速系統的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匝數，Φ為每極氣隙磁通量。

　　在電動機調速時，當每極磁通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節供電電源頻率f₁來改變電壓U的值，從而改變轉速N。如何才能實現變頻的同時變電壓，主要采用的是正弦波脈寬調制(SPWM)方法.

　　SPWM調制技術原理

　　SPWM(正弦脈寬調制波)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律完全符合正弦的變化規律。產生原理是采用一組等腰三角形波信號(載波)與正弦波信號(調制波)通過比較器進行比較，其交點時刻作為開關管的導通和關閉時刻，當調制波(正弦波)大于載波(三角波)時，逆變橋的開關管導通;反之，則關斷，逆變器就產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生不同的輸出電壓，從而改變電動機的轉速。