基于DSP的抽油机电机交流变频调速系统的研究

吴丹

【摘要】： 交流变频调速技术是集电力、电子技术为一体的系统控制技术,随着半导体业的快速发展,新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展,交流变频调速技术取得了巨大的进步。而在石油领域中引入交流变频调速技术已成为节能以及提高产品质量的有效措施。 本论文以TI公司推出的电机控制专用微处理器TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP)为系统的控制核心,以智能功率模块(IPM)为逆变器开关器件,采用电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)变频技术,设计出交—直—交电压型交流变频调速系统。 论文介绍了交流变频调速的发展概况,然后着重阐述了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基本原理,分析了交流变频调速系统的控制方案以及矢量控制的数学模型,设计出了系统的硬件电路和软件程序。在Simulink/Matlab软件平台上,建立以SVPWM为理论基础的异步电动机矢量控制系统并进行仿真实验。 硬件电路包括以三菱公司生产的智能功率模块PM50RSAl20为主控开关器件的逆变电路,整流滤波电路、电流检测电路以及键盘接口和显示电路等。用汇编语言和C语言混合编写控制系统了软件程序,主要包括Clarke变换和Park变换及其逆变换子程序、转子磁链位置的计算、SVPWM波子程序等。最后,在集成开发环境(CCS)下,在TMS320LF2407A EVM板上将程序调试通过。

【关键词】：变频调速技术 数字信号处理器 空间矢量脉宽调制 PM50RSAl20 建模仿真 【学位授予单位】：大庆石油学院 【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2008 【分类号】：TM921.51

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.207790 【目录】：

                     

摘要4-5 ABSTRACT5-6 创新点摘要6-9 第一章 概述9-11

1.1 变频调速的目的和意义9-10 1.2 论文研究的主要内容10-11

第二章 交流变频调速技术的发展概况11-17 2.1 电力半导体的发展概况11-12 2.2 交流变频调速技术概述12-15 2.2.1 全数字化控制系统12-13 2.2.2 PWM 技术13

2.2.3 现代交流调速的技术控制13-14 2.2.4 高压大容量交流调速系统14 2.2.5 高性能交流调速系统14-15 2.3 国内外研究现状及发展趋势15-16 2.4 小结16-17

第三章 交流变频调速的原理及系统的仿真实现17-41 3.1 变频调速原理17

3.2 脉宽调制和矢量控制技术17-27 3.2.1 等脉宽PWM 法18

3.2.2 正弦波PWM 法(SPWM 法)18-20

3.2.3 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理20-27

                                   

3.3 矢量控制的基本思想27-34 3.3.1 矢量控制的坐标变换28-30

3.3.2 异步电动机在坐标系上的数学模型30-33 3.3.3 基于SVPWM 的交流变频调速系统33-34

3.4 异步电动机变频调速矢量控制系统的MATLAB/SIMULINK 实现34-40 3.4.1 矢量控制变频调速系统的仿真模型及各模块的设计35-39 3.4.2 异步电动机矢量控制仿真模型实验结果39-40 3.5 小结40-41

第四章 变频调速系统的硬件设计41-59 4.1 引言41

4.2 主电路的设计41-48 4.2.1 整流滤波电路的设计41-45 4.2.2 逆变电路的设计45-48 4.3 控制电路的设计48-55 4.3.1 DSP 芯片介绍48-49 4.3.2 最小系统控制板49-50 4.3.3 显示电路的设计50-51 4.3.4 键盘电路的设计51-53

4.3.5 电流和速度检测电路的设计53-55 4.4 系统的实验结果分析55-58 4.5 小结58-59

第五章 变频调速系统的软件设计59-67 5.1 变频调速系统的软件设计思想59 5.2 调试环境CCS 简介59-61

5.3 变频调速系统的主要模块设计61-66

5.3.1 Clarke 变换、Park 变换及其逆变换模块的程序设计62-63 5.3.2 转子磁链位置的计算63- 5.3.3 SVPWM 波子程序的设计-66 5.4 小结66-67 结论67-68 参考文献68-71 发表文章目录71-72 致谢72-73

附录Ⅰ 变频调速系统整体电路图73-74 附录Ⅱ 变频调速系统软件程序74-82 详细摘要8