基于TMS320LF2407的变频技术研究.pdfVIP

应用天地 基于 T M S320 L F2407的变频技术研究 ■ 黄石理工大学 胡 学 芝 介绍基于TMS320LF2407控制的数字变频调速系统，采用 SPWM技术，将三相 380 V、频率为 50 Hz的 交流电变为输出为 220 V频率可变的交流电源。正常工作时，若负载发生变化，该变频器具有 自动调节 摘 要 输 出电压和频率使其维持不变的功能，系统输 出频率为 100~400 Hz。其功率因数 COS 可达 0．85，稳态 电压变化不大于士2％，稳态频率变化不大于±1 。输 出电压的总谐波畸变率 THD~5 ，单次谐波畸 变率≤3％ ，整机效 率大于 85％。 关键词 SPWM 变频器 逆变器 谐波畸变率 TMS320LF2407 常见的 AC／DC／AC变频器，是对输出部分进行变频 、 变压调节 ，而且在多种逆变控制技术 中，应用最广泛的一 种逆变控制技术是正弦脉宽调制(SPWM)技术 。在变 频调速系统中，应用 DSP作为控制芯片以实现数字化控 制，它既提高了系统可靠性 ，又使系统的控制精度高、实时 性强、硬件简单、软件编程容易，是变频调速系统中最有发 展 前 景 的 研 究 方 向 之 一。本 文 介 绍 了 基 于 DSP TMS320LF2407A并使用 SPWM 控制技术的全数字单相 变频器的设计及实现方法，最后给出了实验波形。 1 TMS320LF2407A芯片简介 TMS320LF2407A是 TI公司专为电机控制而设计的 单片 DSP控制器。它具有高性能的 C2XI P内核，采用改 进的哈佛结构，四级流水线操作 ，它不仅具备强大高速的 运算能力，而且内部集成了丰富的电机控制外围部件 ，如 事件管理器 EVA、EVB各包括 3个独立的双向定时器；支 持产生可编程的死区控制 PWM 输出；4个捕获 口中的 2 个可直接连接来 自光电编码器的正交编码脉冲 ；2个独立 的 10位 8路 A／D转换器可同时并行完成两个模拟输入 的转换 ；片内的串行通信接 口可用于与上位机通信；片内 串行外设口用于与外设 之间通信；40个可独立编程的复 用 I／O口可以选配成键盘输入和示波器显示的输入／输出 口。这些为实现交流电机变频调速控制提供 了极大的便 利 。 2 系统总体方案及硬件电路 图 1 为 系 统 硬 件 框 图。 在 本 系 统 中，以 TMS320LF2407A为主要控制芯 片，逆变器采用 SPWM 调制控制方式实现变频控制算法，系统硬件 由主电路、显 示电路、键盘输入电路以及检测与保护电路等组成。DSP 首先从键盘采集需要的频率信号，接着通过运算产生相应 的 SPWM 信号 ，通过光耦传给驱动电路再控制逆变桥中 的功率管导通与关断 ，同时采集主电路中的有关信号并判 断有无故障输出。若有故障则关断 DSP的 SPWM 输出， 从而关断主电路。 2．1 主电路组成 图 2为系统的主 电路 ，由整 流电路 、滤波 电路 和逆变 电路 3部分组成。整流电路为三相不可控整流桥，由它将 380 V、50 Hz交流电整流变换成脉动直流电。电路 中采 用滤波电容进行滤波，滤去电压纹波，同时滤波电容还在 整流电路与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰。整 流后的直流电压平均值为 U。一1．35U。≈1．4U。一540 V。 U 为交流侧电压有效值 。考虑到输入三相电有 10 的波 动 ，所以 U。一500～560 V。主电路 图中的功率器件 G1、 G2、G3、G4表示是 IGBT器件 ，其型号是 MG50Q2YS40， 耐压值为 1 200 V，控制电压为±20 V，电流为 50 A。RI 图 I 系统硬件框图 为限 流 电 阻，防止 冲击 电流对 IGBT 的损 害。 U 、L3为共模 滤波器， HL1、HL2为电流霍尔 元件，其作用为检 测主 电路的 电流值，作 为保 护电路的输入 信号；另 外还 用 到 电压霍 尔元 件 ，检测电压值 ，作为保 护电路的输入信号和电 ?．． ?一 ? 一，m值}m、 ：?? l1? 允 k。 。 q +? 5 9 维普资讯 压反馈信号，组成电压负反馈。采用 SPWM 技术控制的 4个 IGBT进行逆变 ，输 出的交流 电经过变压器变压后 ，再 用 LC滤波器进行滤波 ，输出 220 V频率可变的交流电。 比正弦波频率高很多，所以将三角载波 “。的一个周期内的 正弦调制波 看作不变，这样在一个三角波周期 ，只需在 B点取样一次，便可使生成的 SPWM 脉冲中点与对应三 图 2 系统主 电路 2．2 驱动与保护电路 图 3为驱动电路原理。本系统逆变电路功率器件采 用 IGBT芯片，因此驱动电路选用 4片三菱公司生产的驱 动模块 M57962I