基于DSP控制的多相交流电机变频调速系统

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1、第3期电源学报No.32011年5月JournalofPowerSupplyMay.2011基于DSP控制的多相交流电机变频调速系统1112吴伟亮，葛宝明，孙东森，毕大强(1.北京交通大学电气工程学院，北京100044；2.清华大学电机系电力系统国家重点实验室，北京100084)摘要：多相电机调速系统可以将传统三相电机的控制方法和极相调制模式结合起来，使电机转矩/转速范围得到扩展。为此，以9绕组极相调制感应电机为对象，建立了其数学模型，研究了其极相变换控制。以TMS320LF2407A为处理器，用XC95288XL扩展

2、PWM信号通道，构建了极相调制感应电机控制系统，实验结果验证了该系统。关键词：变频调速；感应电机；变极；极相调制中图分类号：TM344.1文献标志码：A文章编号：CN12-1420（2011）03-0038-051引言数学模型，研究了其极相变换控制。以TMS320LF2407A为处理器，用XC95288XL扩展随着各种变换电路的出现以及功率变换技术PWM信号通道，构建了PPM感应电机控制系统，进的发展，使得由多相功率变换器和多相电机组成的行了实验验证。多相电机调速系统的实现和应用成为可能。多相电机调速系统具有比三相电机

3、调速系统更优越的性2PPM感应电机数学模型能，它可以用低压功率器件实现大功率，从而避免[1]功率器件串联带来的静态、动态均压问题；可以减对于一个9绕组结构的PPM感应电机，定子小转矩脉动的幅值、增加脉动的频率，从而改善系和转子的激磁电感矩阵为：统的动、静特性；可以采用相冗余概念来改善驱动系统的可靠性。经过专门设计，多相电机调速系统[1，2]还可以实现极相调制控制(PPM)，扩展转矩/转速范围。随着电机相数增加，PWM驱动信号会成倍增加，目前一些常用的电机专用控制芯片，如TMS320LF2407A及TMS320F2812

4、，至多能提供16（1）路PWM信号。文献[3]和[4]采用一种PWMIP核的多路PWM发生器设计方法，需要利用FPGA中多个寄存器，没有充分利用DSP中的PWM产生单元，实现复杂。本文以9绕组PPM感应电机为对象，建立了其收稿日期：2011-03-26（2）基金项目：电力系统国家重点实验室开放课题（SKLD09KZ10）作者简介：吴伟亮(1987-)，男，硕士研究生，主要研究方向为电机及其控制。葛宝明(1971-)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方（3）向为电力电子与电力传动。第3期吴伟亮，等：基于DSP控制的多

5、相交流电机变频调速系统39定转子的漏感矩阵为：1TdL（θm）转矩方程Te=II（9）2dθm（4）dωm运动方程Te=TL+J（10）dt其中l为电机铁心的有效长度，r为电机定子的式中：Te为电磁转矩；TL为负载转矩；J为机电内半径，μ0为真空磁导率，g为气隙长度，lδs为定子系统的转动惯量；ωm为机械角速度。绕组的漏感，lδr为转子绕组的漏感。定、转子电感矩阵为：3PPM感应电机控制系统（5）定子侧对转子侧的互感Lsr为图1为PPM感应电机开环控制系统，以DSP为核心，通过EVA和EVB同步工作，产生9路独立的PW

6、M信号，通过CPLD得到18路PWM，经过光耦隔离和功率驱动电路后，控制9相逆变桥开关管的导通与关断。（6）本文采用开环V/f控制算法实现PPM感应电机的变频调速，并完成变极切换过程。变频器输出的供电电压为：（11）式中θm为定、转子对应相绕组之间的机械角度T差。转子侧对定子侧的互感为Lrs=Lsr。Us=RsIs+dψs/dt电压方程（7）Ur=RrIr+dψs/dtψs=LsIs+LsrIr式中：Um为电源电压幅值；f为电压频率；λ为磁链方程（8）ψr=LrsIs+LrIr变极系数。当λ=0时，电机工作在3相12极

7、工况，图1PPM感应电机开环控制系统40电源学报总第35期产生互差120°的3相电流，形成12极旋转磁场；当k=1时，产生9相SPWM信号,PPM感应电机工作在λ=1时，电机工作在9相4极工况，产生9相互差9相4极；当k=3时，产生3相SPWM信号，PPM感40°的相电流，形成4极磁场；当0<λ<1时，电机工应电机工作在3相12极。作在过渡过程，此时电机电压为两者的综合，4极磁系统程序由主程序和定时器下溢中断子程序场和12极磁场共存，在供电频率相同时，4极磁场组成。定时器下溢中断子程序根据V/f曲线计算调旋转速度是12

8、极磁场的3倍。制度m、各相电压相位角、各相导通时间，并给出T1CMP~T3CMP，CMPR1~CMPR6这9个寄存器赋4系统主电路及驱动实现值。如图1所示，系统硬件电路由变频主电路、功6仿真与实验结果率驱动电路、光耦隔离电路、保护电路、DSP控制电路和CPLD扩展电路组成。实验用9绕组PPM感应电机参数为：PN=5.5主电路包括整