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摘要：电动机是应用十分广泛的电气设备的之一，所以电机的运动和控制与企业的产品质量和效益密切相关，交流变频调速技术是电力电子技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物，对于交流变频调速技术的优点是节电和调速性，TMS320LF2407A是专门为电机控制设计的单片DSP控制器，具有很强的高速运算处理的能力，还在片内集成了丰富的机电控制外围部件，例如事件管理器、PWM产生电路、ADC转换模块等，这样可以实现交流电机变频调速控制。设计中采用的是恒压频比控制法实现调速，算法十分简单，控制比较灵活，非常实用。
关键词：交流电动机；变频；控制系统；设计
一、交流电动机变频控制系统的现状
随着我国经济的快速增长，冶金、电力、化工、供水、造纸、建材和农业等发展十分迅速，这使得我国电动机制造业得到挑战和机遇，所以研制开发变频调速电动机系统，对我国经济建设发展具有重要的意义，变频调速电动机主要是指适应于变频器供电下的高效电动机，在二十世纪末期人们主要研究变频器的拓扑结构及控制算法，并且取得很大的进步，使得电动机传动的动态性能和调速精度得到很大的提高，但是在变频器供电下电动机的效率、功率因数和功率密度等稳态性能没有被重视，更没有被研究。尤其是高压大容量的电动机传动系统中出现的低效率和低功率因素的问题，对于不同的控制方法，电动机在效率、功率因数及温升等性能都有很大的区别，提高变频调速系统的稳态性能，可以起到节能作用，还可以提高电动机运行的可靠性，所以应充分考虑电动机在变频调速系统的设计问题。
对于早期的交流变频调速系统一般是电力电子变换器与电动机的组合，但是两者之间比不是很协调，为了可以使得电力电子、电动机及控制达到统一，从而实现系统的优化，为了到达电力电子控制电源下的电动机设计，建立电动机及系统的高频模型，认识电磁空间结构与控制时间上的互补关系等，所以应了解电动机与电力电子控制集成系统的基本特征，实现沉浸、交互、控制的目的。这种设计方式主要是从过去分离的、独立设计和制造的部件可以沉浸到其他部件中，最终做到整体设计、同步制作。
二、交流电动机变频控制系统的设计标准
对于变频调速系统中，由于供电电源为非正弦波，在电动机设计中应以基波为标准的基本公式应有所改变，对于尺寸设计公式应注意谐波的影响，对于变频调速电动机性能方面来说异步电动机的电磁负荷分配趋于合理，异步电动机的耗能很少，所以异步电动机的功率密度设计要求跟高，从控制角度来说电动机的功率设计要求也很高，电动机的功率密度设计比较低，对于变频调速系统是同时存在的，所以电动机的设计和分析要符合实际运行。
对于变频调速电动机实际上是一个系统问题，所以应充分的考虑到电动机与电力电子变频器及控制方法，电动机的设计主要是运行区域的优化设计，电动机的运行要有高效率和高功率，电动机内部空间磁场分布应与电流时间波形进行适应以便于减小谐波分量，变频调速电动机系统具有可靠性高、容错力高。变频调速电动机系统有异步电动机、同步电动机、永磁电动机和直流电动机，对于变频调速电动机主要是指异步电动机。
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三、交流电动机变频控制系统的总体设计方案
对于电动机以三相交流异步为控制对象，以TMS320LF2407A为处理器，进行设计整套系统其中DSP从键盘采集需要的频率和转向信号，就会产生三相六路SPWM信号，然后通过光耦隔离传给驱动电路，驱动电路再控制逆变桥IPM的导通与关断，如果出现故障，就要关掉DSP的SPWM输出，并关断主电路。在显示器中会显示出相应的频率、转速、转向灯信号。
1.系统硬件电路
对于系统硬件电路由变频主电路、功率驱动电路、光耦隔离电路、保护电路、DSP最小系统、键盘输入和液晶显示等电路组成。
（1）变频主电路
对于变频主动路是由整流、滤波、逆变电路组成，其中整流电路是由单相不可控整流桥将电源的单相交流全波整流成直流。整流电路输出的电压是脉动的主流电压，所以需要滤波，滤波电容可以滤除电压纹波，在整流电路与逆变器间起到去耦的作用，可以给感性负载的电动机提供无功功率，逆变电路把整流后的直流电再逆变成频率、幅值均可调节的交流电。
（2）功率驱动电路
智能功率模块主要是将大功率的开关器件和驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内的一种电力集成电路，主要采用低饱和压降，高开关速度，内设低损耗电流传感器的绝缘栅双级晶体管功率器件，所设计系统的功率开关主要采用的是以IGBT为核心的智能功率模块，使用单电源逻辑电压输入优化的栅极驱动，采用严密的时序逻辑监控保护，这样可以有效的防止过电流、短路、过热、欠电压等故障，智能功率模块中有保护功能，起到了保护电路的作用。
（3）光耦隔离电路
在设计的时候选择TLP559光电耦合器，并使光耦与IPM控制端子间的布线最短，布线阻抗最小，TLP559为发光二极管驱动方式，所以采用光耦阴极接限流电阻的驱动电路形式。
（4）系统保护电路
其中逆变桥3个上桥臂都有保护信号输出，3个下桥臂只有一个保护信号输出，再不出现故障的时候输出高电平，光电耦合器就不会导通，连接到四输入与门的输入端为高电平，当有一个桥臂有故障的时候，输出的是低电平，这时候光电耦合器是导通的，与门的输入信号就会变低进入到DSP的故障，在程序中封锁6路SPWM的输出信号，这样起到了保护的作用。
2.系统软件设计
系统采用正弦脉宽调制法，主要思想就是输出的脉冲宽度按正弦规律变化，可以有效的抑制输出电压中的低次谐波分量，电机在正弦的交变电压下，而且转矩脉动很小，这样就有效的扩大交流电机的调速范围。
3.控制电路设计
（1）速度设定
带你级参考速度通过外部电位器进行调控，这一信号主要通过A/D转换为数字量送入芯片中，并且与测速电路测得电机实际转速进行比较，并且通过PI进行调节。
（2）过流保护
在进行保护过流是十分重要的，定子电流通过0.06Ω的电阻转化为电压信号并送入比较器，并且与设定的最大电流参考值进行比较，当超过这一数值的时候就是过流，触发FLTA端口，并封锁RE端口的PWM信号智能保护模块。
（3）测速电路
这一实验使用的是电机自带测速发电机，每转有八个脉冲信号，通过计算这脉冲信号频率并除以八就可以实现转速频率计算。
结语：
变频调速电动机系统随着电力电子技术的快速发展而发展，并且应用于不同领域，而且在国际上已经形成很大的应用规模，我国也在中小型电动机行业快速发展，交流变频调速电动机系统被广泛的应用在数控机床、工业机器人、各种自动机械设备、纺织、印刷、轻工系统的各种柔性生产线航空航天、船舶等领域使用广泛，设计一种基于DSP TMS320LF2407A和智能功率模块PD10CSJ060的交流电机变频调速系统。此系统具有结构简单、调节精度高、性价比高、实时性好等特点，是一种经济实用的变频调速系统。
参考文献
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论文作者:郭钊
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/6
标签：电动机论文; 电路论文; 系统论文; 变频调速论文; 功率论文; 信号论文; 电机论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;