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技術(shù)交流

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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

發(fā)布時間:2022-03-18作者來源:薩科微瀏覽:3189



 前 言

我國在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(jìn)減碳進(jìn)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(dá)5個UART (9Mbit/s)

  • 高達(dá)3個SPI (30Mbit/s)

  • 高達(dá)2個I2C (400Kbit/s)

  • 高達(dá)2個CAN2.0B

  • 高達(dá)2個I2S

  • 支持SDIO

  • 支持USB OTG FS

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

  • 高達(dá)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。



GD32的TIMER0模塊是增強型的定時器模塊,天生就是為電機控制而生,可以產(chǎn)生3組6路PWM,同時每組2路PWM為互補,并可以帶有死區(qū),可以用來驅(qū)動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TIM0時鐘,配置相應(yīng)的IO口為復(fù)用輸出。

  2. 設(shè)置TIM0的ARR和PSC,在開啟了TIM0的時鐘之后,要設(shè)置ARR和PSC兩個寄存器的值來控制輸出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來控制占空比。


通過以上配置,配合GD32F303的運算能力,對占空比進(jìn)行實時調(diào)節(jié),達(dá)到矢量控制的效果。


整機性能參數(shù)


產(chǎn)品展示






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