前 言

我國(guó)在2020年9月明確了2030年碳達(dá)峰和 2060年碳中和的目標(biāo)，未來(lái)四十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)凈零排放對(duì)中國(guó)而言將是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。對(duì)于電機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)，電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域占有重要位置，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電機(jī)每年耗電量占全社會(huì)總用電量的69%，約占工業(yè)用電的75%。因此減少電機(jī)生命周期內(nèi)的碳排放，加速推進(jìn)減碳進(jìn)程，是電機(jī)行業(yè)面臨的重要任務(wù)。變頻調(diào)速技術(shù)可以精確控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)在節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，是對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)系統(tǒng)調(diào)速改造、提升電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵措施。傳統(tǒng)變頻器具有體積大、性能低、價(jià)格高的特點(diǎn)，除此之外還對(duì)環(huán)境有一定的要求，對(duì)于分散控制的場(chǎng)合，傳統(tǒng)變頻器難以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的需求。

本文基于GD32 MCU的VF/矢量變頻器的控制系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，控制面板，用戶(hù)接口可按需求自由組合，便于安裝、編程和初始化設(shè)計(jì)，輕松實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求。同時(shí)采用總線技術(shù)，可方便與控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制和工廠車(chē)間集中控制。因此該變頻器在汽車(chē)、食品、物料輸送、工業(yè)控制等智能制造領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。

系統(tǒng)框圖

方案特點(diǎn)

方案核心采用GD32F303RCT6控制，使系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、成本低、可靠性高等特點(diǎn)。在優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)的同時(shí)不降低系統(tǒng)的性能，硬件系統(tǒng)模塊清晰直觀，方便安裝使用以及程序的初始化。調(diào)制方式采用SVPWM控制技術(shù)能有效減少逆變器輸出電壓諧波成分，電壓利用率高，控制精度高。

 GD32F303簡(jiǎn)介

• Cortex®-M4內(nèi)核@ 120MHz

• 支持軟硬件DSP指令

• 閃存訪問(wèn)為零等待狀態(tài)

• 內(nèi)置256 KB至3072 KB閃存

• 內(nèi)置48KB至96KB SRAM

• EXMC接口支持外部SDRAM

• 高達(dá)5個(gè)UART (9Mbit/s)

• 高達(dá)3個(gè)SPI (30Mbit/s)

• 高達(dá)2個(gè)I2C (400Kbit/s)

• 高達(dá)2個(gè)CAN2.0B

• 高達(dá)2個(gè)I2S

• 支持SDIO

• 支持USB OTG FS

• 高達(dá)3個(gè)12位，2.6M SPS ADC（高達(dá)24通道）

• 高達(dá)2個(gè)DAC

• 待機(jī)電流為2uA

核心控制原理及實(shí)現(xiàn)

空間矢量脈寬調(diào)制控制具有線性范圍寬、高次諧波少、易于數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，所以在感應(yīng)電機(jī)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的三相橋式驅(qū)動(dòng)電路中，MOS管有８種開(kāi)關(guān)組合，即000、001、010、011、100、101、110、111。其中000、111為零矢量。６個(gè)非零基本電壓空間矢量將αβ 平面分成６個(gè)扇區(qū)，如圖所示。為了得到一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以通過(guò)控制８?jìng)€(gè)基本的空間電壓矢量的作用時(shí)間，合成各個(gè)基本空間電壓矢量的作用時(shí)間和輸出順序。

GD32的TIMER0模塊是增強(qiáng)型的定時(shí)器模塊，天生就是為電機(jī)控制而生，可以產(chǎn)生3組6路PWM，同時(shí)每組2路PWM為互補(bǔ)，并可以帶有死區(qū)，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)H橋。文中利用TIM0模塊的三通道產(chǎn)生一共6路PWM輸出。具體步驟如下：

1. 開(kāi)TIM0時(shí)鐘，配置相應(yīng)的IO口為復(fù)用輸出。

2. 設(shè)置TIM0的ARR和PSC，在開(kāi)啟了TIM0的時(shí)鐘之后，要設(shè)置ARR和PSC兩個(gè)寄存器的值來(lái)控制輸出PWM的周期。

3. 設(shè)置TIM0_CH0、TIM0_CH1、TIM0_CH2的PWM模式。

4. 使能TIM0的CH0~CH2輸出，使能TIM0。

5. 修改TIM0_CCR1~TIM0_CCR2來(lái)控制占空比。

通過(guò)以上配置，配合GD32F303的運(yùn)算能力，對(duì)占空比進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，達(dá)到矢量控制的效果。

整機(jī)性能參數(shù)

產(chǎn)品展示

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