基于DSP的交流变频器性能提升的研究

摘要

在全球经济的迅猛发展中，能源需求量超过能源供应量的现象越来越普遍。在我国，由于生产技术上的不完善，在电能的应用过程中很大一部分电能不能被充分的利用，造成了能源的浪费。而交流电动机的耗能在整个国家的电能消耗上占有很大比重。针对交流电动机电能利用率低的这一特性，研发出可以对其进行调速和节能的变频器。利用变频器对交流电动机进行调速，从而达到良好的节能效果。变频器是利用内部电力半导体器件 IGBT（半导体绝缘栅双极型晶体管）的开断，来把工频电源调整为需要的电压和频率的一种控制设备。在家电、机床等领域得到了大面积的推广和使用。
　　本研究中的变频器采用了交-直-交的变频方式。通过整流电路将工频交流电源转变成直流电源，再把直流电转变成电压和频率都可控的交流电，输出给交流电动机。变频器有整流、直流、逆变和控制四个工作过程。完成上述的操作之后，利用外部的控制电路对变频器的输出进行调节，从而得到交流电动机工作所需的频率。
　　本文首先分析了当前我国交流电机的应用情况，描绘了变频器在工艺和节能方面的前景。然后介绍了变频器设计中重要的PWM的控制技术，以及通过 DSP芯片 TMS320F2810实现 SVPWM的方法，找到了电压矢量和磁链矢量之间的关系。再详细地对交流电动机的机械特性进行研究，分析了矢量控制的理论方法，推导出了坐标变换的矩阵方程。之后对变频器的功率电路和控制电路进行了整体的设计，并对电路中的主要元器件进行选择；最后主要叙述了 DSP的结构与算法，利用坐标转换完成数据的规格化处理，通过输出的波形图和温升测试作为对比，验证方案的可行性。