高明

[摘 要]隨著我國的科技發(fā)展水平在不斷地提高，人們對電機的控制需求也在不斷地提高。我國正在加強對電機控制技術的研究。為了提高變頻的動靜結合，采用了SVPWM技術進行控制，從而達到了電機變頻調速系統(tǒng)的優(yōu)化，解決了電機原有的不足。

[關鍵詞]三相交流電機；變頻調速；優(yōu)化；設計

中圖分類號：TV91；TV544 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0027-01

三相交流電機系統(tǒng)的控制是集中了多門學科的結果，是目前應用最為廣泛的電機，然而，隨著日前需求量的增大以及科技發(fā)展的速度，變頻調速成為了最有前途的調速方式來提高電機的功能。本文通過對PWM技術進行介紹，當然也介紹了SPWM以及SVPWM技術的控制，其次，還會介紹變頻調控系統(tǒng)的硬件軟件的設計，讓讀者更加了解其控制原理。

1 研究背景

在某些學校一直將電機作為一個實驗的內容交給學生們當作實驗課，目的就是希望學生們更加的了解電機的結構。本文的內容闡述了電機控制的整個系統(tǒng)，并且將其整體流程展現(xiàn)出來，以方便讀者的理解。

我國使用電機的時間很久，從直流電機至交流電機是很大的進步。這一進步將直流電機存在不好修理等極大的問題解決了。然而，目前高性能的交流驅動就是變頻驅動。筆者本次將對變頻調速的控制原理進行簡單的研究。

2 三相交流電機的介紹

三相交流電的使用原理就是通過改變交流電路的頻率變化，從而提高電機的速度，在提高了頻率的三相交流異步電機在很多方面都優(yōu)于直流電機，而且其系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能都相比直流電機來講提高了不少，就此情況，國內外有很多大學的專家都在積極研究。隨著科技的不斷發(fā)展， dsp的出現(xiàn)替代了模擬的集成電路，他的功能適合電機控制一些較為復雜的算法。對于目前的情況而言，可以通過電力電子元器件、動態(tài)數學模型的控制方法、以及計算機技術對電機進行進一步的優(yōu)化。

3 變頻調速的 PWM 技術的原理介紹

PWM一直作為電機變頻調速的核心內容，其被廣泛的運用于變頻電機。通常情況下，我們所說的PWM技術就是通過控制全控型功率半導體器件的開和關，產生具有一定形狀的電壓脈沖序列，以此來實現(xiàn)變壓變頻控制和消除諧波為目的的一門技術。這種PWM調制技術以高精度、高響應、高穩(wěn)定性得到一致好評。

作為介紹，SPWM作為目前廣泛利用的PWM的一種，SPWM的波形控制逆變電路中開關器件的通斷，通過改變調制波的頻率和幅值調節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值，從而實現(xiàn)提速。

而SVPWM主要是以三相對稱正弦波電壓供電時三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為參考標準，以三相逆變器不同開關模式作適當的切換，從而形成PWM波，以所形成的實際磁鏈矢量來追蹤其準確磁鏈圓。相比傳統(tǒng)的SPWM方法，SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機看作一個整體來考慮，由于比較簡單，因此，其也比較實用，其地位也變得十分重要，需要受到重視。

4 變頻調速控制系統(tǒng)硬件設計

相對來說，變頻調速控制系統(tǒng)的硬件設計不是十分容易的，要通過合理的分工，才能實現(xiàn)系統(tǒng)能達到最好的狀態(tài)。變頻調速控制系統(tǒng)的硬件設計需要綜合多個學科的知識才能實現(xiàn)良好的發(fā)揮，由此可見，其設計是一個十分復雜的問題。對于變頻調速控制系統(tǒng)的硬件設計來講一定要十分重視，沒有一個系統(tǒng)會在漏洞百出的硬件設計上依舊能良好運行的，也就是說硬件設計是系統(tǒng)能夠良好運行的保障。

4.1 簡要分析數字信號處理器

數字信號處理器具有很強的計算能力，其通常都是實時的處理數據，一般不會允許延遲的情況出現(xiàn)，因此，其具有高精度、高準確度以及高穩(wěn)定性和可靠性的優(yōu)點。DSP在其應用的時候不僅保留了其自己系統(tǒng)的優(yōu)勢，還提高了其對數據的實時處理能力，尤其是其乘法累加器結構，極大的提高了其工作效率。

4.2 三相異步電機變頻調速控制系統(tǒng)的設計

對于三相異步電機變頻調速控制技術的設計涉及以下幾個方面：總體制定：通過整體控制系統(tǒng)的功能選擇；主電路的設計；確定各個元器件；制定算法；選擇芯片；確定系統(tǒng)硬件以及軟件的設計；以及考慮最后的實踐。如此全部完成就算是完成了三相異步電機變頻調速控制技術的設計。

4.3 有關硬件電路的搭配

電路作為硬件質量的保障，其所扮演的角色十分重要。電源干擾是其中重要的干擾之一，因此，關于電源電路的設計就更為重要，然而，控制系統(tǒng)的地線接法能夠抑制此干擾。除此之外，還要設置欠壓和過壓的保護電路以及過流保護電路等等，以免出現(xiàn)電壓過低、電壓過高或者電流過高的情況燒壞電路。

4.4 硬件設計中的注意事項

在硬件設計之中最大的麻煩就是電源的干擾問題，可以通過控制系統(tǒng)的地線接法來抑制此干擾，還可以通過信號處理電路進行防御，為了提高其安全性以及穩(wěn)定性一定要做好此類抗干擾的問題。除了硬件本身的問題，在測量硬件的時候測量儀也可能會成為一種干擾，為了解決這個問題，一般情況之下會選擇在大地和示波器探頭之間接一個幾百以上皮法的大電容，這樣做的效果就是可以有效的減小其干擾力，有利于硬件更好的測試。

5 變頻調速控制系統(tǒng)軟件設計

5.1 有關DSP 的介紹

DSP芯片在一般情況下適合電機的控制，因此，它被廣泛的運用于交流電機數字控制的方面，其具有快速實時處理各種數字信號和控制其他動作的特點。其主要的特點就是實時的效果明顯，具有高效性的優(yōu)勢，相關人士發(fā)揮了DSP對數字信號處理的高速運行、以及其能夠同時進行多個操作的優(yōu)點，提高了其運用的范圍，使得其使用范圍不斷被擴大。除此之外，它的使用價格也十分廉價，無需投入太多就可以發(fā)揮作用，經過了不斷的創(chuàng)新之后，人們設計出了帶有乘法計算器的DSP芯片，不能不說這是一個十分優(yōu)良的處理器。

5.2 簡要分析程序流程

變頻調速控制系統(tǒng)的軟件程序流程首先是進入系統(tǒng)時鐘的初始化，其次依次進入DSP各模塊時鐘的初始化，中斷模塊的初始化，速度、電流、磁鏈調節(jié)器參數的初始化，QEP模塊的初始化，PWM模塊的初始化，GPIO引腳的初始化，定時器寄存器的初始化，內置AD模塊的初始化，按鍵和數碼管模塊的初始化，然后進入空循環(huán)。其在進入每個環(huán)節(jié)都在進行數據的采樣和計算，從而實現(xiàn)其良好的運行效果。

5.3 其他模塊設計簡述

除了以上的程序介紹，還有電流采集設計、速度采集以及串口設計等等。變頻處理是通過采集的電流數據以及速度數據來決定的，也就是說電流數據和速度數據是其變頻的基本組成。通過定時的測定和采集從而實現(xiàn)變頻的可能。然而，串口就是讓數據一個一個的按照順序傳送，其穩(wěn)定、安全，適合長距離的數據輸送，使得其被廣泛使用。通過串口通信可以實現(xiàn)數據的良好傳遞，方便彼此之間的數據交流。在此軟件之中其數據的傳輸方式是，先將其傳送給了DSP芯片，DSP隨之將其顯示在上機位上，從而達到了數據的利用。

總結

由以上可知，本文介紹了三相交流電機，還介紹了變頻的PWM技術和其中的SPWM和SVPWM的相關內容，我們也知道了電機變頻控制系統(tǒng)的硬件與軟件的設計簡要內容。隨著我國的電機變頻技術正在不斷的發(fā)展與進步，目前還比較先進的電機變頻系統(tǒng)也會逐漸變得落后。同時，相關人士也在不斷的研究新的技術不僅是為了滿足現(xiàn)階段的要求，又是為了滿足未來的發(fā)展需求。希望我國的電機變頻系統(tǒng)能夠發(fā)展的越來越快。

參考文獻

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