TMS320F2808直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器設(shè)計(jì)

引言
直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control，DTC)技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后，近二十幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的交流調(diào)速控制技術(shù)。因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快以及對(duì)參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，所以它已經(jīng)成為現(xiàn)代傳動(dòng)控制領(lǐng)域交流電機(jī)調(diào)速的主要控制策略。但是由于是一種新技術(shù)，大多只停留在理論研究和討論上。
本文根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2808為主控芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)全數(shù)字化直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器系統(tǒng)，并給出了電流、電壓檢測(cè)電路和數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

1 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理
直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)就是通過(guò)速度傳感器得到感應(yīng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n；與給定轉(zhuǎn)速n*比較通過(guò)速度調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值，速度調(diào)節(jié)器一般采用PI控制器；由傳感器得到電機(jī)定子電流和電壓值，輸入感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩估計(jì)器得到定子磁鏈的幅值|ψs|和轉(zhuǎn)矩實(shí)際值Te；
實(shí)際轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)矩給定值經(jīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器處理后得到轉(zhuǎn)矩開(kāi)關(guān)信號(hào)TQ；定子磁鏈給定值與磁鏈計(jì)算值|ψs|經(jīng)磁鏈調(diào)節(jié)器產(chǎn)生磁鏈開(kāi)關(guān)信號(hào)ψQ；區(qū)間判斷根據(jù)定子磁鏈分量得到定子磁鏈所在區(qū)間信號(hào)SN，開(kāi)關(guān)信號(hào)選擇單元綜合磁鏈開(kāi)關(guān)信號(hào)ψQ、轉(zhuǎn)矩開(kāi)關(guān)信號(hào)TQ和磁鏈位置信號(hào)SN，通過(guò)查表得到正確的電壓開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的準(zhǔn)確運(yùn)行。
直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 主回路
為使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便，本系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖2為基于TMS320F2808的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

系統(tǒng)主電路采用典型的交-直-交電壓型變頻結(jié)構(gòu)，整流環(huán)節(jié)采用單相橋式不可控整流電路。設(shè)計(jì)中整流二極管的額定電壓選取值為800 V。逆變電路采用的智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)是Cyntec公司的IMl3400，該模塊內(nèi)部封裝了6個(gè)IGBT。而直流中間電路的主要元器件是大容量的電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為220 V±10％，則濾波電容器的耐壓值應(yīng)大于1．1×220×1．414。因此選擇額定電壓為400 V的電解電容器。
2．2 控制回路
采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F2808為主控芯片。TMS320F2808對(duì)上電次序沒(méi)有特定的要求，并且提供了4個(gè)高精度的ePWM，為數(shù)字電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的方便。