基于DSP的通用变频器技术

从霍尔电流传感器输出的Ui=2.5±△V，此电压先后施加到由TLC2274构成的两个减法电路上，第一路以Ui减去传感器采样结果的中值参考电压Uref（2.5V），然后再线性放大到A/D采样所要求的电压范围；第二路则相反，再中值参考电压Uref减去传感器输出电压Ui，同样也线性放大到合适的电压范围。Z1、Z2为两个3.3V的稳压二极管，对运放输出电压起到限幅作用。当Ui值>Uref时，Uo1输出为正电压，且电压范围是0-3.3V，而由于二极管D2的存在使得电流不能注入到运放中，故而第二路运放不能输出负电压，而是钳位在0V；当Ui值Uref时，Uo2输出为正电压。现样由于二极管D1在存在使得第一路运放不能输出负电压，也是钳位在0V。在一个正弦波周期内的某一时刻只会有一路信号输出，这比常规方法采样窗口要宽一倍，从而提高了采样精度。

　　由于电机启动时的电流非常大或因控制回路、驱动电路等误动作，造成输出电路短路等故障，导致过大的电流流过IGBT，且电流变化非常快，元件承受高电压、大电流，因此需要一种能快速检测出过大电流的电路。可以采用2SD315A自身检测和检测直流母线的双重检测以及在故障发生时，采用软、硬件同时封锁的方法。直流母线电压的变化，对整个逆变系统有较大的影响。当母线电压过低，电网输出不能达到系统要求时，需要尽快切断电源，防止对电机或者逆变系统造成破坏；相反，母线电压过高，很容易使功率驱动管烧毁。为有效地保护功率IGBT和直流滤波电容，系统设计了母线电压过欠压保护电路，故障检测原理如图4所示。图中6N138为一个线性光电隔离器，输出电压信号与母线电压成正比，当通过光电隔离器件后，可以直接供给DSP控制系统进行采样。同时，将输出Vlimit信号送至DSP，触发中断保护。

图4 故障检测原理图

　　1.3 系统控制算法软件实现

　　DSP数字控制能够实现较之模拟控制更为高级而且复杂的控制策略，与模拟控制电路相比较，数字控制电路拥有更多的优点。由数字PID代替传统的模拟PID具有设计周期短、灵活多变易的控制策略和电磁干扰小等优点。数字控制系统主程序图如图5所示，主程序模块主要功能是完成系统的初始化，PLL时钟的设定：DSP工作频率设为20 MHz；输入输出端口初始化。事件管理器初始化；定时器1、2、3的设定、全比较PWM单元设定、死区单元设定；QEP工作方式设定。中断管理初始化：中断除复位、NMI位，只允许PDPINT、中断3。PDPINT是功率设备保护中断，中断3用于系统完成控制算法。

图5 数字控制系统主程序图

　　2 实验结果及分析

　　试验条件：输入电压是三相交流380 V±15%，电机型号为Y160L-4，额定功率为15 kW，额定电压为380 V（Y型），额定电流为30 A，额定转速为1 440 rp。

　　为了验证数字控制用于调速的变频器的可行性，设计了基于TMS320F2812的试验机。系统输入电压为交流380 V，测量仪器为Agilent54622A示波器，高压探头衰减系数100：1，频率设定值为变频器液晶面板显示值。A、B两点的电压波形如图6、图7所示。以实验结果可以看出，设计方案具有一定的可行性。采用基于高速DSP的SPWM方式控制的逆变器，其输出的波形具有较好的正弦波，谐波优化程度高，大大减少了谐波损耗，提高了电压的利用率，增加了系统运转的平稳性。但由于没有结合波形控制技术，在带整流负载时的输出波形有一定的畸变。

图6 20.001HZ时A、B线电压波形

图7 14.99HZ时A、B线电压波形

　　数字控制变频器相对模拟控制变频器具有不可比拟的优势，如减少了体积和重量，提高了控制精度，方便维修升级。随着控制理论与实施手段不断完善以及DSP价格不断降低，数字控制变频器将成为重要的研究方向。