基于DSP的交流变频器的研究与实现

摘要

我国是一个能耗大国，随着国家经济的快速发展，我国能源紧缺的现象越来越严重，在电能方面，电力供应不足已经影响到人们的日常生活，但是同时我国又是一个低能源利用率的国家，很大一部分电能被浪费。交流电动机耗能在电能消耗中占有很大比重，通过变频器控制交流电动机具有较大的节能潜力。 本文正是基于我国目前的情况设计了一种基于DSP控制的交流变频器。设计的变频器采用交-直-交变频方式，首先将交流电整流滤波变成直流电，通过TMS320LF2407A输出SVPWM波控制三相桥式IGBT逆变电路，将直流电逆变成频率和幅值可变的交流电。在对电动机的转速、转矩控制中，采用双闭环矢量控制方法，这种方法通过坐标变换，将电动机的定子电流分解成为励磁分量和转矩分量并分别进行控制；同时，变频器通过转速反馈和电流反馈形成双闭环PI调节系统。应用这种变频控制方法，可以使交流电动机具有更准确的转速调节性能和较强的抗干扰能力。 本文首先分析了我国目前的交流电机应用现状，明确了变频器在节能和工艺控制方面的广阔前景，然后重点介绍了变频器的设计。其中，第一章主要分析了交流变频器的发展现状与简要工作原理；第二章论述了变频器设计中最重要的硬件与算法发展，文中重点论述了SVPWM技术以及应用TMS320LF2407A硬件实现SVPWM的方法。第三章详细地研究了交流电动机的变频控制理论，重点分析了矢量控制的基本思路并推导了坐标变换的矩阵方程式；第四章对变频器硬件电路作了详细设计，并分块讲述了各单元的电路与元器件的选择；第五章主要描述了变频器的软件设计，包括软件结构与算法，以及软件抗干扰技术；最后应用Matlab/Simulink对系统进行了仿真与分析。 论文最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步的研究提出了自己的看法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的题目及来源

1.2课题研究背景

1.2.1电力电子器件的发展

1.2.2矢量控制技术的产生

1.2.3数字处理器的发展

1.3课题研究的目的及意义

1.3.1变频器与节能

1.3.2变频器与工艺控制

1.3.3前景广阔的中国变频器市场

1.4交流变频器的简要工作原理

1.5课题研究的现状及方案的选择

1.5.1变频器研究现状

1.5.2方案选择

第2章PWM控制与DSP简介

2.1 PWM技术在变频控制中的应用

2.1.1 SPWM技术

2.1.2 SVPWM技术

2.2TMS320LF2407A简介

2.2.1 TMS320LF2407A特性

2.2.2TMS320LF2407A事件管理器模块

第3章交流电动机的变频矢量控制

3.1三相异步电动机的机械特性

3.1.1三相异步电动机的转矩

3.1.2三相异步电动机的机械特性

3.2三相异步电动机的VVVF控制

3.3三相异步电动机的矢量控制

3.3.1产生旋转磁场的三种方法

3.3.2矢量控制的基本思想

3.3.3矢量控制的坐标变换

第4章变频器硬件电路的设计

4.1变频器的硬件组成

4.2功率电路的设计

4.2.1整流电路

4.2.2逆变电路

4.2.3光耦驱动电路

4.3控制电路的设计

4.3.1 LCM显示电路

4.3.2按键扫描电路

4.3.3片外存储器

4.3.4采样电路

4.3.5 DSP存储与仿真接口电路

4.4电源设计

4.4.1功率电路电源

4.4.2 DSP控制电路电源

第5章软件结构与算法

5.1变频器控制系统

5.1.1变频器控制系统原理

5.1.2 DSP编程结构

5.2规格化处理

5.2.1电流规格化处理

5.2.2 sinθ和cosθ的计算与规格化处理

5.3转子磁链位置计算

5.4 PI控制算法

5.4.1 PI控制原理

5.4.2数字PI调节算法

5.4.3数字PI控制器的参数选择

5.4.4采样周期的选择

5.5 SVPWM的实现方法

5.5.1通过软件实现电压空间矢量PWM的编程方法

5.5.2 t0、t1、t2的确定

5.6软件抗干扰技术

5.6.1 DSP软件抗干扰技术

5.6.2数字滤波抗干扰技术

5.7系统仿真

5.7.1 MATLAB／SIMULINK电力系统模块库的运行机理和应用

5.7.2异步电动机矢量控制系统建模

5.7.3异步电动机矢量控制系统仿真

5.7.4仿真结果与分析

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢

附 录：T255温度与电阻对应关系