基于DSP的交流电动机SPWM调速系统的设计

　　摘要：应用正弦脉宽调制(SPWM)技术，通过U/f控制方法，给出一种基于TMS320LF2407A DSP的交流电动机变频调速控制系统。并在文章中简述该控制系统的硬件和软件实现方案。由实验结果可知，该设计简化控制了电路，增强了控制策略的灵活性，提高了控制精度，使交流电动机调速控制系统更加通用化、标准化和智能化。

　　引言

　　在电动机控制领域中，交流电动机以其高性能、高可靠性和良好的环境适应性等特点已经得到越来越广泛的应用。采用可调速的交流电动机设计方案，每年至少能节省20%-30%的电能。本文主要应用正弦脉宽调制(SPWM)技术，通过U/f控制方法，给出了一种基于TMS320LF2407A DSP的交流电动机变频调速控制系统。该设计简化了控制电路，增强了控制策略的灵活性，提高了控制精度，使交流电动机调速控制系统更加通用化、标准化和智能化。

　　恒压频比控制的SPWM变频系统的分析

　　主电路中逆变电路的设计是本设计的重点也是难点部分，该逆变电路是采用SPWM方式进行控制的。

　　交流电动机的调速方式

　　交流电机的转速公式为：
       

　　式中p是电动机磁极对数，f是电源频率;s是转差率。由公式可知交流电机调速方法主要有三种：

　　(1)在电机中旋转磁场的同步转速n₀恒定时，调节转差率s，此方式称为变转差率调速;该方式是一种较耗能、低效率的调速方法。

　　(2)改变电机定子绕组的极数，此方式称为变极调速。该方式不能获得平滑调速，调速范围相当有限。

　　(3)调节供电电源频率f，此方式称为变频调速;是一种效率比较高的调速方法。

　　该设计采用第3种方法。
　　变频调速系统的U/f控制方式
　　交流电动机定子电压为
       

　　f₁为定子频率，N为定子每相绕组串联匝数，Φ为每极气隙磁通量。

　　在电动机调速时，当每极磁通Φ在合适的范围时总是希望其保持不变，通过改变定子频率即调节供电电源频率f₁来改变电压U的值，从而改变转速N。如何才能实现变频的同时变电压，主要采用的是正弦波脉宽调制(SPWM)方法.

　　SPWM调制技术原理

　　SPWM(正弦脉宽调制波)是将正弦波变成宽度渐变的脉冲波，其中的脉冲波的宽度变化规律完全符合正弦的变化规律。产生原理是采用一组等腰三角形波信号(载波)与正弦波信号(调制波)通过比较器进行比较，其交点时刻作为开关管的导通和关闭时刻，当调制波(正弦波)大于载波(三角波)时，逆变桥的开关管导通;反之，则关断，逆变器就产生一组等幅不等宽的脉冲序列，如图1所示。通过控制输入频率来产生不同的输出电压，从而改变电动机的转速。