支持制造業(yè)實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型 | 基于GD32F303的通用變頻器方案設(shè)計

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2022-03-18 02:43:30 16

前言

我國在2020年9月明確了2030年碳達峰和 2060年碳中和的目標(biāo)，未來四十年內(nèi)實現(xiàn)凈零排放對中國而言將是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。對于電機行業(yè)來說，電機在工業(yè)領(lǐng)域占有重要位置，據(jù)統(tǒng)計，我國電機每年耗電量占全社會總用電量的69%，約占工業(yè)用電的75%。因此減少電機生命周期內(nèi)的碳排放，加速推進減碳進程，是電機行業(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的轉(zhuǎn)速，使電機在節(jié)能狀態(tài)下運行，是對傳統(tǒng)電機系統(tǒng)調(diào)速改造、提升電機系統(tǒng)運行效率的關(guān)鍵措施。傳統(tǒng)變頻器具有體積大、性能低、價格高的特點，除此之外還對環(huán)境有一定的要求，對于分散控制的場合，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，控制面板，用戶接口可按需求自由組合，便于安裝、編程和初始化設(shè)計，輕松實現(xiàn)異步電動機的調(diào)速要求。同時采用總線技術(shù)，可方便與控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)連接，實現(xiàn)計算機驅(qū)動系統(tǒng)控制和工廠車間集中控制。因此該變頻器在汽車、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

方案核心采用GD32F303RCT6控制，使系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)方便、成本低、可靠性高等特點。在優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)的同時不降低系統(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簡介

Cortex®-M4內(nèi)核@ 120MHz
支持軟硬件DSP指令
閃存訪問為零等待狀態(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5個UART (9Mbit/s)
高達3個SPI (30Mbit/s)
高達2個I2C (400Kbit/s)
高達2個CAN2.0B
高達2個I2S
支持SDIO
支持USB OTG FS
高達3個12位，2.6M SPS ADC（高達24通道）
高達2個DAC
待機電流為2uA

核心控制原理及實現(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，所以在感應(yīng)電機中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的三相橋式驅(qū)動電路中，MOS管有８種開關(guān)組合，即000、001、010、011、100、101、110、111。其中000、111為零矢量。６個非零基本電壓空間矢量將αβ 平面分成６個扇區(qū)，如圖所示。為了得到一個圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，可以通過控制８個基本的空間電壓矢量的作用時間，合成各個基本空間電壓矢量的作用時間和輸出順序。