基于DSP芯片TMS320F240实现异步电动机调速系统的应用方案

　　随着电力电子和计算机技术的发展，高性能的异步电动机调速系统得到了广泛的应用。而高性能的交流调速系统，都离不开数字信号处理器。以往的数字信号处理速度很快，但控制功能较差。新型的F24X/C24X系列DSP是TI公司专门为三相交流调速开发的数字马达调速控制器，它既具有通用DSP的快速性，又兼有三相交流调速的控制功能。本文根据异步电动机直接转矩控制原理，开发出了基于TMS320F240DSP的高性能交流调速系统。实验结果表明，采用TMS320F240DSP的控制系统，具有硬件电路简单、性能优良的特点。

　　1系统结构和原理

　　直接转矩控制系统的原理利用空间矢量分析法，采用定子磁场定向，将定子电流、电压进行3/2变换，从而直接在静止α-β坐标系下计算交流电动机的转矩和磁链，再分别与给定转矩和磁链进行比较，根据比较结果查找 开关表格产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行控制。基本框图如图1所示。

　　由3相/2相坐标变换可以得到如下的定子电压和电流空间矢量表达式：

　　根据u-i模型，定子磁通的表示式为：

　　φs=∫（us-Rsis）dt（3）

　　而电磁转矩方程为：

　　T=np（φsαisβ-φsβisα）（4）

　　得到定子磁通和电磁转矩后，再与给定值进行较，根据比较结果和矢量角度θ确定合适的开关状态，产生PWM逆变信号，控制主回路逆变器的工作状态，从而实时地控制电机的转矩。

　　2硬件系统设计

　　本交流调速控制系统以TMS320F240DSP为 ，由整流器、电压型主回路和控制回路组成。整个系统按功率电路板、DPS控制板、15V开关电源等进行模块化设计。

　　2.1功率电路

　　功率电路由EMS、不可控整流模块和IGBT逆变模块IPM构成，

　　同时具有过流、过压等保护功能。通过电抗线圈，EMS消除来自电网的电磁干扰，提高整个系统的抗干扰能力。驱动电路选用日本三菱公司的智能IGBT逆变模块IPM（PM10RSH120），不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还具有过流、过压、欠压、温度等保护电路，不但可以保护IPM模块，而且也简化了片外的驱动电路，减少了系统的故障率。IPM的故障输出信号FO通过光电耦合器接到DSP的PDPINT端口，在IPM发生故障时，DSP能及时把所有事件管理器输出脚都置成高阻状态，禁止PWM信号输出，对系统进行保护。驱动回路选用惠普HCPL4504作PWM驱动电路，并进行隔离，以免强电串入DSP控制回路。图2给出一路驱动回路。

　　逆变器要求同一桥臂上下开关管始终有一个导通，另一个截止，而且必须互锁。因此PWM信号必须有一定时间的死区，否则将会造成同一桥臂上下开关管同时导通，导致IGBT模块烧坏。TMS320F240内集成死区调节电路，死区时间可在0～102μs内调节。系统死区时间由软件来设定，本系统取死区时间为4.5μs。

　　两相定子电流的检测采用两个磁平衡式霍尔电流传感器来完成，直接安装在功率板上，通过连接头将检测的信号送到TMS320F240控制板，利用片内ADC，获得实时的定子电流信号。

　　2.2DSP控制板

　　DPS控制由TMS320F240DSP、仿真调试接口JTAG、128KWords外部SRAM、10M晶振、硬件复位回路等构成，其 为TMS320F240DSP芯片，它是美国TI公司专门为三相交流调速而开发的数字马达调速控制器。TMS320F240强大的处理能力使面向电机控制�