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基于CPLD的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)方法

豐利軍，李槐樹(shù)，孟光偉

(海軍工程大學(xué)，湖北武漢430033)

    摘要：介紹了一種基于CPLD芯片的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，對(duì)采用PWM波來(lái)減小起動(dòng)沖擊電流進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用CPLD芯片控制，既簡(jiǎn)單可靠，又有較強(qiáng)的實(shí)用性。

    關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；復(fù)雜可編程邏輯控制器件；軟起動(dòng)

    中圖分類號(hào)：TM33  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A  文章編號(hào)：1004—7018(2008)01—0006—02

0引言

    目前，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于礦山、機(jī)械、艦船上常用的風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)等輔機(jī)來(lái)說(shuō)，在日常運(yùn)行中，并不需要有調(diào)速要求，僅僅要求電動(dòng)機(jī)能平滑起動(dòng)，并帶動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)行即可^[1]。

    本文采用CPLD便可實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)過(guò)程，能夠有效降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊電流和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，確保電網(wǎng)和生產(chǎn)機(jī)械的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1采用PWM波軟起動(dòng)的原理

    在傳統(tǒng)的由直流母線電壓依次導(dǎo)通各開(kāi)關(guān)管的基礎(chǔ)上，給各開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)加上占空比逐漸增大的PWM波，以減小起動(dòng)過(guò)程中的過(guò)大沖擊電流。

    設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)IGBT開(kāi)關(guān)頻率為f，電機(jī)轉(zhuǎn)速為n。，電機(jī)極對(duì)數(shù)為P，直流母線電壓為Us，在一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)IGBT開(kāi)通時(shí)間為，將其分為m等份，則，取其為CPLD工作的時(shí)鐘周期，起始占空比為D₁。如圖1所示，在t。～t₁區(qū)間內(nèi)，由三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型可知：

而剛起動(dòng)時(shí)反電勢(shì)(2k。ω)很小，可忽略。可計(jì)算得：

其中：在t₁～t₂區(qū)間內(nèi)主回路處于放電狀態(tài)，計(jì)算得：

此后，重復(fù)上述過(guò)程，當(dāng)占空比增加至D。時(shí)，計(jì)算得：

i_maxn>i_max(n-1)。假設(shè)此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n₁，反電勢(shì)不可忽略，不考慮換相過(guò)程的影響，則：

    起動(dòng)過(guò)程中，IGBT開(kāi)關(guān)頻率為圖11-----m越大,f₂越高，則i_maxn．越小，即對(duì)抑制起動(dòng)電流有利，同時(shí)較高的開(kāi)關(guān)頻率降低了電流的波動(dòng)。

    D_n越大，則i_maxn也越大，而D₁通常取百分之10～百分之20(空載)，由圖，Dn由占空比增長(zhǎng)率k決定，t_n由起動(dòng)總時(shí)間決定。

    為此，在起動(dòng)總時(shí)間、軟起動(dòng)****允許電流確定之后，應(yīng)當(dāng)增大m，減小D₁，增大k。

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    對(duì)于本系統(tǒng)，采用Ahera公司****開(kāi)發(fā)的Quar-tusⅡ設(shè)計(jì)軟件。cPLD使用硬件描述語(yǔ)言(VeilogHDL)進(jìn)行器件編程。

    CPLD控制原理是：控制器上電后，CPLD根據(jù)三個(gè)霍爾位置信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的六個(gè)輸出信號(hào)；與此同時(shí)，產(chǎn)生占空比逐漸增大的矩形波PwM信號(hào)(占空比增加至1的總時(shí)間因各電機(jī)負(fù)載情況不同而異)，將兩組信號(hào)分別進(jìn)行邏輯與操作，再由芯片輸出作為六只IGBT的驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)。如圖2