摘 要： 基于TI公司TMS320F2812的用于交流电机调速采用通用变频器，在变频器中控制电路采用DSP代替传统的模拟控制芯片，由DSP产生PWM信号经隔离驱动控制逆变电路中的六个开关管通断，产生所需的三相交流电压，最后对应用于工业控制的交流电机进行调速。数字控制变频器提高了系统效率，降低并减小了变频器重量和体积，便于实现不同的控制策略。
从20世纪初，可调速传动的电动机在钢铁工业和汽车工业中就已获得了广泛的应用。用于交流电动机调速的调速系统主要是专用的模拟控制芯片，虽然采用模拟芯片的调速系统[1]具有设计简单、成本较低等优点，但是由于调试复杂、升级不便等问题一直困扰交流电机调速系统的发展。随着电力电子器件和数字控制技术的发展，各种通用的、高性能的交流传动控制系统相继诞生，多种交流调速技术[2]己经趋于成熟，运行可靠性很高，其性能指标可以做到与模拟控制调速系统一样，甚至完全可以取代模拟控制调速系统。
目前数字处理（DSP）技术逐渐成熟[3]，新一代DSP采用哈佛结构、流水线操作（即程序、数据存储器彼此独立），在每一时钟周期内完成取指、译码、读数据以及执行指令等多个操作，从而大大减少了指令执行周期。另外，由于其特有的寄存器结构、功能强大的寻址方式、灵活的指令系统及其强大的浮点运算能力，使得DSP不仅运算能力较单片机有了较大的提高，而且在该处理器上更容易实现高级语言。
1 数字控制变频器系统介绍
数字控制变频器系统主要由主电路和控制电路组成，主电路采用典型的电压型交－直－交通用变频器结构；控制电路主要包括DSP数字控制器，由DSP、驱动电路、检测电路、保护电路以及辅助电源电路组成。主电路和控制电路原理系统结构框图如图1所示。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。国内技术较领先的品牌有英威腾、汇川、三 晶、紫日、雷诺尔、欧瑞（原烟台惠丰）、蓝海华腾。
1.1 主电路设计
数字控制变频器主电路[4]的原理结构图如图2所示，由滤波、整流、中间滤波、泵升吸收和逆变部分组成。输入功率级采用三相桥式不可控全波整流电路，整流输出经过中间环节大电容滤波，获得平滑的直流电压。逆变部分通过功率管的导通和关断，输出交变的脉冲电压序列。
整流电路将交流动力电变为直流电，本系统采用不可控全波整流模块6RI75G-120。为防止电网或逆变器等产生的尖峰电压对整流电路的冲击，在直流输出侧并联了一个可吸收高频电压的聚脂乙烯电容C4，取值为0.22 μF。整流电路输出的直流电压含有脉动成分，逆变部分产生的脉动电流及负载变化也为直流电压脉动，由C1、C2滤波，取值为450 V、470 μF；R2、R3为均压电阻，取值为5 W、100 kΩ；R1为充电限流电阻。逆变部分电路采用EUPEC的FF300R12KE3集成模块，其内部集成了2个IGBT单元，比较适合变频逆变驱动，其具体极限参数：集射极电压VCES=1 200 V ，结温80 ℃时集射极电流ICE=300 A，结温25 ℃时集射极电流ICE=480 A，允许过流600 A，时间为1 ms，功率损耗为1 450 W，门极驱动电压为±20 V。
如图2所示，TL、RL构成泵升电压吸收电路[5]，当电机负载进入制动状态时，反馈电流将向中间直流回路电容充电，导致直流电压上升。当直流电压上升到一定值时，控制TL导通，使这部分能量消耗在电阻RL上，确保变频器可靠安全地工作。此外，由J1常闭触点与R4组成断电能量释放电路。当系统发生故障或关机时，继电器J1断电，通过其常开触点，将变频器与电网断开；而常闭触点闭合，利用R4为中间回路大电容所储存的能量提高释放通道。
1.2 基于DSP的控制电路设计
以TMS320F2812为核心的数字控制电路如图3所示。从图中可以看出，控制系统[3]主要包括：DSP及其外围电路、信号检测与调理电路、驱动电路和保护电路。其中，信号检测与调理电路主要完成对图2输出电流和输出电压采样、A/D等功能，DSP产生脉冲信号，通过D/A转换后驱动功率开关管U1～U6。
TMS320LF240片内集成了采样保持电路和模拟多路转换器的双十位A/D转换，为了尽量充分利用芯片资源，采用了片内A/D转换进行设计。使用双减法电流[6]采样电路，采样方案中的运算放大器是TLC2274。第一运放U8A的输出电压为：
由于电机启动时的电流非常大或因控制回路、驱动电路等误动作，造成输出电路短路等故障，导致过大的电流流过IGBT，且电流变化非常快，元件承受高电压、大电流，因此需要一种能快速检测出过大电流的电路。可以采用2SD315A自身检测和检测直流母线的双重检测以及在故障发生时，采用软、硬件同时封锁的方法[8]。为有效地保护功率IGBT和直流滤波电容，系统设计了母线电压过欠压保护电路，故障检测原理如图4所示。图中6N138为一个线性光电隔离器，输出电压信号与母线电压成正比，当通过光电隔离器件后，可以直接供给DSP控制系统进行采样。同时，将输出Vlimit信号送至DSP，触发中断保护。