PWM控制直流电机

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1、摘要空间矢量脉宽调制(spacevectorpulsewidthmodulation)是已被应用于变频器、ups、无功补偿器等领域的新技术。近年来随着大型重工业行业的技术改造和更新工作的展开，对大功率、高质量变频器的需求与日俱增，这种情况在我国尤其突出。电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，为变频器技术日趋成熟准备了条件，先进的svpwm技术在此环境下应运而生。变频器的svpwm算法与其拓扑结构有着密切的联系，因此必须根据变频器拓扑结构的不同，选取相应的控制算法。本文从SVPWM算法的基本定义和产生原理入手对其进行了

2、的研究，并对算法进行了仿真。SVPWM算法实现容易，电压利用率比传统的SPWM控制方法提高15％左右，而且SVPWM比较适合于数字化控制系统，为以微控制器为核心的数字化控制系统提供了优良的选择方案，值得推广。该课题的主要工作包括：1）常见的PWM技术综述；2）电压型变流器的形式特点以及SVPWM原理和实现；3）电流型变流器的形式特点以及SVPWM原理和实现；4）仿真验证。关键字：电力电子技术，变频器，svpwm1.硬件设计1.1硬件结构框图1.2系统原理图及说明异步电机变频调速系统硬件框图如1.2所示。系统主要由主电路模

3、块和控制模块两部分组成。主电路采用交－直－交电压型逆变电路，主要由整流电路、滤波电路及智能功率逆变电路组成，逆变电路则由IPM模块来完成。控制电路以DSP为核心，完成SVPWM算法，实现人机交互功能，同时，DSP还监控整个系统的运行状态，当系统出现故障时，DSP封锁PWM输出信号，防止发生故障而烧坏器件，确保系统的安全运行。图1.2系统原理图本系统采用TMS320LF2812，它是TI公司专为工业控制和电机控制推出的系列产品。这款DSP将实时处理能力和控制器的外设功能集于一身。有如下特性：灵活的指令系统；高速的运算能力；

4、大容量的存储能力；有效的性能价格比。主要应用领域包括：工业电机驱动；逆变电源；功率转换器和控制器；汽车系统；仪表和压缩机电机控制；机器人和计算机数字控制机械。TMS320LF2812具有2个事件管理器；32位中央算术逻辑单元；32位累加器；16位×16位乘法器；3个比例移位器；间接寻址用的8个16位辅助寄存器和辅助算术单元；4级流水线操作；8级硬件操作；6个可屏蔽中断；544字的片内DARAM和2K字的片内SARAM；32K字片内FLASH程序存储器；64K程序存储空间；35.5K数据存储空间；I/0空间64K。此外还有

5、功能强大的外设：串行通信接口SCI；串行外围接口SPI；CAN总线控制器；事件管理器EV；A/D转换器；看门狗WD。TMS320LF2812芯片是通过3条总线实施指令读取、泽码、取操作数、执行指令等操作。TMS320LF2812中有两个事件管理器EVA和EVB，它们都有一特殊硬件—SVPWM状态机器件。因此2407A具有两个SVPWM状态机。本系统采用EVA，利用2407A内部自带的SVPWM状态机生成波形。1.3功率驱动电路本系统采用交－直－交电压型逆变电路，主电路的额定容量为200W，主要由整流电路、滤波电路及逆变电

6、路组成。选取整流桥为KBJ10A-10(即10A，1000V)，整流后的直流电压Udc=1.2Ul。主电路工作时，因为智能功率模块IPM的开关频率很高，开关动作时会在直流侧产生电流突变，由于主电路分别电感的存在，在IPM模块内部的IGBT的集电极和发射极以及直流母线上会出现浪涌电压，不但影响逆变器的工作，还会损坏IGBT，因此需要在逆变桥上加上一个吸收缓冲电路，图中的电容C2和电阻R2就是一个吸收缓冲电路。C2为无极性电容，R2为无感电阻，二者接线时应尽量靠近IPM的直流进线端，减少电感可能引起的震荡。逆变电路由智能功率

7、模块IPM来完成，这里选用三菱公司的智能功率模块IPM，选取额定电流20A、耐压600V的IPM模块:PM20CTM060。其内部结构如图0.1所示。IPM供电电压为四组+15V电源。它有过流、过热、欠压、短路四种保护。有故障时，IPM低电平输出电流为10mA，宽度为1.8ms的脉冲信号，由于其内部的保护并不是针对反复出现的故障，所以一旦输出故障信号FO，系统必须马上做出反应，停机检查，否则循环输出故障信号容易打坏模块。智能功率模块的选用，大大减少系统的体积，提高了系统的性能和可靠性。图0.1IPM内部结构图1.4SVP

8、WM驱动电路及保护电路以u相上桥臂为例，其驱动接口电路如图0.2所示，由于驱动电路控制电压是5V，而DSP输出的PWM脉冲电压幅值是3.3V，因此需要进行电平转换，本设计采用电平转换芯片74LVC4245实现从3.3V到5V的转换。光耦采用高速光耦芯片TLP521，在光耦的输入端接入限流电阻R7，防止电流过大烧坏光耦