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诫无宫
5 years ago
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1 使用 dspic30f MCU 控制交流感应电机 AN984 作者 : 引言此应用笔记说明了如何使用 dspic30f MCU 来控制交流感应电机 (AC Induction Motor, ACIM) 本文中的讨论基于 dspicdem MC 电机控制开发系统, 但是您仍可选择使用自己的硬件 dspicdem MC 电机控制开发系统带有电气隔离设备并且具有故障保护功能有了这些功能, 就可以安全地开发电机控制应用程序并避免软件错误对硬件造成损害此应用笔记中提供的代码是一个简单的示例, 它实现了对 ACIM 的基本变速控制有助于您学习 dspic30f 架构和 ACIM 控制的基础知识推荐使用的硬件 Steve Bowling Microchip Technology 此应用笔记中给出的代码可以在下列 Microchip 设备上运行 : MPLAB ICD 2 在线调试器和器件编程器 ( 部件号 :DV164005) dspicdem MC1 电机控制开发板 ( 部件号 :DM300020) dspicdem MC1H 3 相高压电源模块 ( 部件号 :DM300021) 3 相 ACIM 高压电机 (208/460V) ( 部件号 :AC300021) 如果您喜欢, 也可使用自己的 3 相或单相 ACIM 推荐的功率范围为 1/6 到 1/2 HP 背景知识变速 ACIM 驱动从工业控制应用演变而来过去更偏向于使用绕组式直流电机, 因为它们更易于控制只要简单地改变电机电流就可以调节转矩输出和电机速度然而, 这些直流电机确实存在一些缺点在工业应用中使用的直流电机需要定期检修, 以替换磨损的电刷和转子绕组由于直流电机的转子绕组在机壳内部, 所以它们的散热十分困难 ACIM 具有简单的转子构造并且不使用电刷由于这些原因, ACIM 比直流电机更耐久唯一需要保养的机械组件只有转子轴承该转子就是一个由磁性叠片构成的钢笼, 因此耐热性要好得多 ACIM 的耐久性使它成为了一种极具吸引力的选择 ACIM 的变速控制从概念上说非常简单必须改变驱动电压的频率和幅值以改变电机速度早期的 ACIM 驱动电路采用 SCR 器件, 连接方式如图 1 所示通过在适当的时间开通每个 SCR, 可以在电机各相上产生非常近似的正弦电压由于有六种不同的方法可以使 SCR 器件导通从而产生电机电流, 这种类型的电路通常被称为六步驱动电路但是, 六步驱动电路的高次谐波成分会产生高热量, 而且在低频时性能不佳从六步驱动时代至今, 半导体技术已有了巨大的进步 SCR 器件现在被 MOSFET 或 IGBT 器件取代, 后面这两种器件能以最小的功率损耗在相对较高的频率下导通和关断可以使用 PWM 信号控制这些器件以产生连续变化的驱动电压和电流其他参考文档以下应用笔记提供了有用的背景信息 : AN887, AC Induction Motor Fundamentals (DS00887) AN889, VF Control of 3-Phase Induction Motors Using PIC16F7X7 Microcontrollers (DS00889) AN900, Controlling 3-Phase AC Induction Motors Using the PIC18F4431 (DS00900) AN908, 使用 dspic30f 实现交流感应电机的矢量控制 (DS00908A_CN) DS00984A_CN 第 1 页

2 图 1: SCR 逆变器电路 SCR X6 交流电源 + 3 相 ACIM 单相 ACIM 与三相 ACIM 的比较大多数工业用电机具有三相绕组三相电源广泛用于工业环境民用环境通常只使用单相电源, 这就为在民用环境中使用 ACIM 带来了问题三相电机是用来进行变速控制的最佳选择在所有运行速度下, 三相电机均能提供良好的转矩性能也可使用单相电机, 但是它们在低速范围内性能受限某些单相感应电机在低速运行时, 可能会有强烈的转矩脉动三相电机通以三相电源后, 可以在定子绕组中产生真正的旋转磁场但是, 如果不做一些修改, 只带有单个定子绕组的 ACIM 将无法产生旋转磁场可用以下几种方法解决该旋转磁场的问题罩极电机具有由层叠铁片构成的磁极结构在该结构中放置了一个线圈通过在两个关键位置将短路环环绕在磁极叠片上可以产生旋转磁场短路环使磁通分布不均, 从而产生旋转磁场解决旋转磁场问题的另一个方法是在定子上的不同位置放置两个电绕组这种类型的电机称为分相 ACIM 在大多数情况下, 两个绕组中的一个绕组具有较低的电阻抗, 被指定为主绕组或运转绕组另一个绕组具有较高的阻抗, 被指定为副绕组或起动绕组通常, 有三种类型的分相电机第一种类型具有两个绕组一个离心式开关和一对输入端这类电机通常用于风扇和鼓风机起动时, 两个绕组并联当电机接近全速时, 离心式开关会断开起动绕组一旦电机以足够的速度旋转之后, 无需起动绕组就可运转这类电机在起动时效率不高, 但是风扇或鼓风机在低速时通常也不会带有很大负载第二种分相电机有两个绕组一个离心式开关和一个与起动绕组串联的电容这个电容提供相移从而增大了起动转矩并减小了起动电流当电机接近全速后, 离心式开关断开起动绕组 ( 和电容 ) 这类电机通常被称为电容起动电机第三类分相电机省去了离心式开关, 但是仍有一个电容与副绕组串联由于没有离心式开关, 因此副绕组从不会断开这类分相电机通常被称为电容运转电机, 在所有类型的分相电机中性能最佳电容运转电机在运行速度范围之内有最佳的转矩在所有类型的单相 ACIM 中, 电容运转电机是进行变速控制的最佳选择 DS00984A_CN 第 2 页

3 逆变电路变速 ACIM 应用需要逆变电路来完成两个功能首先, 输入的主交流电需要经过整形和滤波以产生直流母线电压其次, 直流母线电压必须再转换为为电机供电的交流电流图 2 中的电路可用来控制三相电机您可能已注意到我说的是交流电流而不是交流电压我们将使用在 dspic MCU 上电机控制 PWM 来控制逆变器电路中的功率晶体管如果将示波器探头放在三相连接中的某相连接上, 将会看到幅值大约与直流母线电压相等的 PWM 信号由于电机绕组是感性的, 输入电压将被积分产生与 PWM 占空比成比例的电机电流调制 PWM 占空比, 即可产生任意波形的交流电流根据想要控制的 ACIM 的类型可以使用不同类型的逆变器电路无论使用何种类型的逆变器电路, 都可以把直流母线上的每对互补的晶体管视作受 PWM 发生器控制的单个器件, 如图 3 所示每对互补的晶体管均连接到电机的一相绕组像使用数模转换器那样, 使用 PWM 发生器同样可以产生任何所需波形的电机电流 50% 的 PWM 占空比一般被用作零电流参考点如果所有的 PWM 占空比都是 50%, 那么将对每相绕组施加同一个平均电压, 电机中流过的平均电流为零如果 PWM 的占空比高于 50%, 那么在绕组中将产生正电流如果占空比低于 50%, 那么在绕组中将产生负电流图 2: 三相逆变器电路 IGBT X6 交流主供电电压 + 3 相 ACIM 图 3: PWM 框图 dspic PWM 外设 VBUS( 总线电压 ) 死区延迟驱动器 PWM 发生器负载死区延迟驱动器 DS00984A_CN 第 3 页

4 可供单相电机选用的逆变器电路如果希望使用晶体管逆变器电路控制分相电机, 有几种不同的逆变器拓扑方案可供选择如果希望省去电容而用软件实现相移, 可以使用上面介绍的三相逆变器电路, 如图 4 所示使用逆变器驱动副绕组, 可以在副绕组上产生任意相移和幅值的电流分相电机也可以用 H 桥逆变器驱动, 如图 5 所示此方案需要一个运转电容, 但是省去了两个逆变器开关器件此电路的缺点在于电机的旋转方向是由电路中电容的位置决定的 H 桥逆变器电路还可以用来驱动具有单个绕组的罩极电机驱动分相电机或罩极电机的另一个方法是使用带 H 桥逆变器的倍压电路, 如图 6 所示在此电路中, 开关器件上会有更高的直流母线电压图 4: 用 3 相逆变器驱动分相电机交流主供电电压 + 副绕组主绕组公共端图 5: 用 H 桥逆变器驱动分相电机运转电容交流主供电电压 + 主绕组公共端图 6: 用倍压器电路驱动分相电机交流主供电电压 + + 副绕组主绕组公共端 DS00984A_CN 第 4 页

5 产生正弦波产生正弦波形最简便的方法就是使用查找表也可以花费 CPU 时间来实时计算正弦值, 但是这样做不划算, 因此通常会使用一个包含正弦波所有点的查找表每经过一个周期性的间隔从该表读出正弦值, 将该值进行换算使之符合所允许的占空比范围, 然后将它写入占空比寄存器软件中的正弦指针变量用于定义表中的当前位置必须以周期性的间隔 ( 通常在每个 PWM 周期的开头 ) 调节此指针如果在每个间隔将固定的调节值加给该指针, 则该软件指针将以固定的频率在表中前移查找表的长度通常被设置为 2 的偶次幂, 如或 256 因此每次改变指针的值后均无需软件检查该值该指针计满返回并复位为 0 表中点的数量这是在创建查找表时经常被问到的问题对于此问题没有明确的答案表中的点太少将导致电机电流波形中的阶梯效应阶梯效应将引起电机电流失真, 从而导致更高的发热而表中的点太多则会用尽 MCU 宝贵的存储器空间一个很好的经验方法是将 PWM 载波频率除以所需的最大调制频率所得的值作为查找表中的点数通常选择刚超出音域的频率作为 PWM 载波频率假定为典型的 ACIM 选定了 16 khz 的 PWM 载波信号, 并且最大调制频率为 60 Hz: 正弦表指针选定了正弦表的大小之后, 就可以选择正弦表指针变量的大小了假定使用了含有 256 个值的表来获取正弦值乍一看, 可能觉得 8 位指针值已经足够了然而, 您会希望指针值大一些以便产生很低的调制频率此应用笔记中的代码示例使用了 16 位的正弦表指针该指针可表示完整的 360 度角度, 其中 0x0000 表示 0 度, 而 0xFFFF 表示度每次需要从查找表中获取新值时, 指针变量的高 8 位被用作指针索引, 而低 8 位可被视作小数位您可能想知道调制频率的分辨率要确定此分辨率, 需要知道调节正弦表指针的频率现在, 假定每个 PWM 周期调节一次假定 PWM 频率为 16 khz, 调制频率分辨率将是 : 公式 2: 调制频率分辨率 = f PWM /2 16 因此, 此角度分辨率和 PWM 载波频率允许每一步对调制频率调节 Hz 对于我们的变速应用, 当调制频率为 60 Hz 时电机全速运行要确定提供 60 Hz 调制频率的表指针增量值, 请使用以下公式 : 公式 3: = Hz/ 位公式 1: 表中值的个数 = f PWM /f MODMAX = 16,000/60 = 267 f MOD /0.244 = 60/0.244 = 246 位如果每次 PWM 中断时, 将正弦表指针加上该值 246, 那么我们将会得到 60 Hz 的调制频率对于此例, 含有 256 个值的正弦表已经足够了实际上, 此应用笔记提供的代码使用的是含有 64 个值的表, 而且能够提供良好的结果 DS00984A_CN 第 5 页

6 如何产生带有相位偏移的多个正弦输出我们想要产生具有不同相位的多个输出来驱动 ACIM 通过将指针变量加上固定的偏移值可以为某个特定的输出确定相位偏移三相输出二进制计数很适合在三相系统中使用假定使用的指针大小为 16 位, 那么 0x5555 提供 120 度的偏移, 而 0xAAAA 提供 240 度的偏移在每次 PWM 中断时将这两个偏移值加上正弦表指针从而为第二和第三相提供两个另外的指针由于使用了 16 位运算, 因此若正弦表指针加上偏移后导致了溢出, 将会使指针绕回到起始位置正弦表指针的获取为了获得索引值以从表中查找正弦数据, 将 16 位正弦指针右移以丢弃在正弦表指针部分中描述的小数位如果使用含有 256 个值的表, 则只需将指针的高 8 位用作查找表的索引正弦表中查找值的换算一旦从表获得查找值之后, 就会将这些值乘以比例值以确定调制输出的实际幅值 PWM 调制部分提供了有关换算的更多详情单相输出如果希望使用 H 桥逆变器驱动一相电机绕组, 那么可以用 0 度相位偏移调制桥的一边, 用 180 度偏移调制桥的另一边如果使用 16 位正弦表指针, 偏移值 0x8000 将提供 180 度偏移可能需要 90 度偏移来驱动分相电机的副绕组在这种情况下, 可以使用正弦指针偏移值 0x4000 DS00984A_CN 第 6 页

7 ACIM 转差与转矩 ACIM 必须有转差才能运行转差是转子的机械速度与由定子产生的旋转磁场的速度之差转差可被表示为比例或频率差为了说明转差, 假定用 60 Hz 的交流输入电压为两极 ACIM 供电如果转子跟随输入电压的频率同步旋转, 则转子将以 60 转每秒 ( 即 3600 RPM) 的速度旋转然而由于转差, 转子的转速略微低于同步速度 3600 RPM 通常在电机规格中注明转差同步速度为 3600 RPM 的两极电机可能将 3450 RPM 指定为标称电机速度下面的图 7 说明了电机转矩和转差之间的关系当最初为电机通电时, 转子处于静止状态在这一刻, 转差为最大值此时电机将有一个有限的起动转矩如果电机负载没有超过起动转矩, 电机将开始加速直到达到一个接近同步速度的速度然后电机将在转矩关系曲线 T 轴右边的某个点工作在此区域工作时, 电机能够在有限的范围之内对速度进行自我调节当电机的转轴带有更多负载时, 电机速度自然会降低速度的降低使转差增加, 从而使转矩增大随着电机的负载越来越大, 工作点将向转矩曲线的左边移动直至达到失速转矩点此时转子停转图 7: ACIM 转矩与转差关系曲线制动区域 T 起动转矩失速转矩工作点电动机区域发电机区域同步速度 RPM 转差 DS00984A_CN 第 7 页

8 压频关系曲线 ACIM 通常设计成工作在固定的电压和频率下在上一节讨论的转矩曲线适用于一个频率然而, ACIM 的自我调节功能可被用来实现基本的变速控制如果改变电机的输入频率, 电机的同步速度也将相应地变化改变频率可使转矩曲线左移或右移如果连续调节电机的输入频率, 将产生一系列转矩曲线, 如图 8 所示由于电机是感性负载, 随着驱动频率的降低, 电机的电抗也将降低因此, 如果调节了驱动频率, 那么也应该按比例调节电压对于变速 ACIM 而言, 频率和电压之间的关系称为压 - 频或 VF 曲线最经常使用的是电压和频率之间的线性关系某个特定电机所需的 VF 关系可通过电机铭牌上的参数确定例如, 假定有一台设计为在 230 V 交流电压 60 Hz 频率下工作的电机如果想将电机驱动为工作在标称速度的一半, 则应使用一半大小的输入频率和输入电压在此例中, 输入值大约为 115 V 和 30 Hz 实际上, VF 曲线可以是任意形状的在某些工作频率下可以提升驱动电压以在这些速度下提供更大的转矩例如, 大多数 VF 曲线有一个低频提升区域以帮助电机从零速起动在此提升区域中, 电压将被限制为最小值图 9 中所示为典型的 VF 曲线图 8: 变频工作模式下的转矩曲线图 9: VF 曲线示例转矩 50V/15 Hz 100V/30 Hz 150V/45 Hz 200V/60 Hz 伏特 RMS 提升区域固定 V/F 区域高幅值极限 20 低频截止频率 (Hz) 速度 DS00984A_CN 第 8 页

9 软件操作此应用笔记提供的源代码是一个非常基本的汇编代码示例, 使您能够开始着手进行 ACIM 的变速控制 ADC 采样以及 VF 曲线计算 ADC 能够对 AN7 和 AN12 两路输入进行扫描, 这两路输入均与 dspicdem MC1 板上的电位计相连每隔 16 个 PWM 周期由 PWM 模块触发一次 ADC 转换, 并且在两次采样 / 转换过程之后由 ADC 中断 CPU 使用此配置, ADC 能在 500 Hz 的频率下高效地采样 AN7 和 AN12 在每次 ADC 中断时调用 ReadADC 子程序以读取转换值并计算 VF 曲线上各点的值与 AN7 连接的电位计设置驱动频率将 10 位 ADC 结果右移两位, 然后写入 Frequency 变量频率分辨率为 Hz/ 位, 因此电位计最高可将驱动频率调节到 62 Hz 与 AN12 连接的电位计用来设置电压频率比, 它决定 VF 曲线的斜率当电位计设置为满值时,VF 曲线的斜率最大将 AN7 和 AN12 的 ADC 结果左移以将它们转换为小数值, 从而简化数学运算在小数运算中, 0x7FFF = 使用小数 MPY 指令让这两个小数值相乘此次相乘的结果仍是一个小数值, 该值可用来调节调制电压, 调节范围为 0 到 100% 该乘积存储在 Amplitude 变量中 Frequency 和 Amplitude 变量决定了产生正弦波的输入参数 Amplitude 的值是有限的, 所以在运行 PWM 调制程序过程中将不会发生过调制在此应用中, ADC 和 VF 运算在 500 Hz 的频率下进行以产生新的电压和频率值应该注意的是, 仅当需要改变电机速度时, 才需要进行 VF 运算这将取决于具体的应用 PWM 调制 PWM 被配置为 16 KHz 的载波频率互补输出和 2 µs 的死区时间所需的死区时间长度取决于用来驱动电机的功率电路本笔记中的代码示例使用了具有 64 个值的正弦波查找表来驱动电机每个 PWM 周期调用一次 Modulation 子程序为电机三相中的每一相计算占空比此子程序在每次调用时均保存所有的工作寄存器并在调用结束后恢复这些寄存器的值, 因此该子程序可在其他应用中使用首先函数装入正弦查找表指针以及与该调制程序相关的各种变量和常数正弦表被存储在程序存储器空间以节省 RAM, 虽然在本例中节省 RAM 并不是考虑的重点将原来的调制角度 Phase 与 Frequency 变量相加得到经过调节的调制角度值将 120 度的偏移值 0x5555 加上经过调节的角度值得到第二相的调制角度, 再加 120 度将获得第三相的调制角度如果希望驱动单相电机, 可以修改这些偏移值偏移值 0x4000 将提供 90 度的相移偏移值 0x8000 将提供 180 度的相移创建了三个调制角度之后, 将它们右移以丢弃除高 6 位之外的所有位这样做的原因是正弦表仅有 64 个值, 构成一个指针值只需要 6 位如果使用不同大小的正弦表, 那么将需要调节右移的位数右移之后, 将正弦表指针左移一位以创建一个指向字节的指针因为该表包含的是字类型数值, 所以需要将该指针值乘以 2 接下来的代码将重复三遍以得到每相的占空比将三个正弦表指针中的每一个与正弦表的程序存储器基地址相加以构成实际的查找地址使用读表指令从该表获得正弦值需要执行两次乘法和一次加法运算来计算每个占空比第一次乘法将正弦查找值换算为所需的调制幅值第二次乘法根据选定的 PWM 周期, 将正弦查找值换算到允许的 PWM 占空比值范围之内 PWM 换算系数是一个表示占空比为 50% 的值该换算系数随后将与此结果相加以提供 50% 的占空比偏移正弦查找表使用电子表格计算正弦波数据表的值表中的数据是 16 位有符号整型格式的, 其中 0x7FFF 表示而 0x8000 表示 -1.0 如果需要可以预先将该数据换算为最大 PWM 占空比以免去 Modulation 函数中的一步乘法运算 DS00984A_CN 第 9 页

10 系统设置应用笔记的这一部分将说明如何将电机与 dspicdem 电机控制开发系统相接以下讨论假定您拥有本文档推荐使用的硬件部分列出的硬件 dspicdem MC 板设置需要连接演示板上的 VR1 通过借用 CAN 或 RS-485 端口上 LK8 或 LK9 上的跳线, 将跳线置于仿真头 J6 上, 连接 VR1 与 AN12 如何将 3 相交流感应电机连接到电源模块如果直接从分销商处订购电机, 可能需要将电源线连接到电机将需要四根等长的 AWG 多股绞线和四个导线连接器导线长度最好保持在 3 英尺以下大多数三相 ACIM 可以接入两个不同的工作电压在电机的背面或一侧通常有一块板, 移除它即可连线遵循电机面板上的接线图来为三个电源相和电机机座接地端连接导线遵循面板接线图使电机在 208V 工作把将要连接到电源模块的导线一端剥开并镀锡注意 : 请始终保持电机机座接地以避免触电的危险将三根电源线从电机连接到电源模块右边的 R Y 和 B 端除非需要特定的旋转方向, 电源线连接到哪个电源端没有关系确保将电机机座的地线连接到电源模块右侧的接地端如何将分相交流感应电机连接到电源模块分相 ACIM 具有主绕组和副绕组小型的分相 ACIM 通常已经安装了电源线分相 ACIM 通常有三根电源线 : 一根为主绕组通电一根为副绕组通电, 还有一根公共线与两个绕组的另一端相连可以使用欧姆计确定每根电源线的功能副绕组比主绕组的阻抗大得多当欧姆计跨接在主绕组和副绕组之间时, 可以测量两个绕组阻抗和一旦确定了每根线的功能, 就请为它们贴上主副和公共的标签分相电机被设计为通过电容与副绕组串联的方式驱动, 如图 5 所示电容为副绕组电流加入了一个相移, 因而可通过单相电压源建立旋转磁通电容规格由电机制造商提供若使用了电容, 就可将电机连接到电源模块, 如图 5 所示如果需要, 分相电机也可以在没有副绕组电容的情况下由电源模块驱动此配置的连接详情如图 4 所示 DS00984A_CN 第 10 页

11 连接步骤 1. 将交流电源线连接到电源模块左侧的端子需要一根一端有交流电源插头而另一端剥开的线缆按以下方式连接确保连接可靠 - 将绿线 ( 地线 ) 连接到接地端 - 将白线连接到 N ( 零线 ) 端 - 将黑线连接到 L ( 相线 ) 端注意 : 您可能有一根带有绿线蓝线和棕线的交流电源线如果是这样, 将绿线连接到接地端蓝线连接到 N 端棕线连接到 L 端 2. 将 dspicdem MC1 演示板插入电源模块该板和电源模块使用 37 引脚的 D 型连接器相连在该板和电源模块之间不应该使用任何线缆 3. 为演示板加上 9 V 的直流电源 4. 现在, 为 HV 电源模块插上交流电源线通过电源模块顶部的通风孔朝里看, 在 PCB 的右侧靠近输出端的地方, 有一个红色的 LED, 表明直流母线上是否有高压如果需要改变与该模块的连接, 请断开电源并等待此 LED 熄灭 5. 编译应用笔记源代码文件 acim_vhz.s, 并对 dspic 器件进行编程可以使用 MPLAB ICD 2 在线调试器对该器件编程将 ICD 2 通信线缆连接到 dspicdem MC1 板左侧的连接器 J4 确保在器件编程期间, 板上的开关 S2 是置于 ICD 位置的 6. 在运行源代码前, 确保将 VR1 和 VR2 调节为最小设置输入电压的注意事项在不同的地区, 交流电源的电压也可能不同该电源模块可用最高为 230 V 的交流电源供电在有些情况下, 交流电源的电压可能会与电机的工作电压不匹配很多三相 ACIM 被设计为在 208 到 230 V 交流输入下工作您可能只有 120 V 的交流电源在这种情况下, 电机仍能正常工作, 但是转矩输出有限制这一点不会对后续部分介绍的实验产生任何影响, 而仅仅意味着对于给定的驱动频率, 驱动电压将为所需值的一半解决电压不匹配的一个方法是根据现有的电压限制驱动频率的范围可以将 ReadADC 子程序中计算的 Frequency 变量除以 2, 这样做可以将频率范围限制在 31 Hz 以内, 从而将电机速度范围缩小一半在此速度范围内, 电机将产生其对应大小的转矩 DS00984A_CN 第 11 页

12 试验此部分介绍了一些可采用的试验这些试验将帮助您很好地理解在变速应用中 ACIM 如何响应不同的电压和频率试验 1 在此试验中, 您将观察电机对速度变化的响应 ( 电机速度随 VF 曲线斜率变化 ) 1. 调节 VR1 至 25% 与 50% 之间, 将 VF 曲线斜率设置为相对较低的值 2. 尝试使用 VR2 改变电机的速度您可能会注意到电机速度的改变比较缓慢 3. 现在, 尝试更改 VR1 的值, 从而改变电机的速度您应该发现当 VF 曲线斜率增大时, 电机速度的变化要快得多如果 VR1 设置得太高, 就可能会发生过电流的情况电源模块上的红色 LED 将被点亮如果出现过电流跳变, 可通过复位软件清除这种情况在起动时对 RE9 引脚施加脉冲为电源模块提供错误复位信号结论此应用笔记给出了一个简单的代码示例, 您可以用它来实现 ACIM 的变速控制有关 ACIM 高级应用的详细信息, 请参阅 AN908, 使用 dspic30f 实现交流感应电机的矢量控制 (DS00908A_CN) 试验 2 在此试验中, 您将观察当频率保持恒定而改变幅值时, 电机转矩如何改变 1. 通过将 VR2 设置为一个很低的值 ( 低于 25%) 来起动电机这样做会将调制频率设置为相对较低的值, 以低速运行电机 2. 开始时将 VR1 设置为零, 然后缓慢地增大设置值, 同时用手握住电机转轴使之停止不动应该感觉到电机的转矩随着 VR1 的增大而增大在这种情况下, 电机工作于可变转矩模式当幅值改变时, 保持频率恒定 DS00984A_CN 第 12 页

13 源代码清单软件许可协议 Microchip Technology Incorporated ( 公司 ) 随附提供的软件旨在提供给您 ( 该公司的客户 ) 使用, 且仅限于在该公司制造的产品上使用该软件为公司和 / 或其供应商所有, 并受适用的版权法保护版权所有任何违反前述限制的使用将使其受到适用法律的刑事制裁, 并且承担违背此许可条款和条件的民事责任该软件按现状提供不提供保证, 无论是明示的暗示的还是法定的保证这些保证包括 ( 但不限于 ) 对出于某一特定目的应用此软件的适销性和适用性默示的保证在任何情况下, 公司都将不会对任何原因造成的特别的偶然的或间接的损害负责 ;****************************************************************************** ; * ; 文件名 : acim_vhz.s ; * ;****************************************************************************** ; 注 : * ; ====== * ; A/D 用以对 dspicdem-mc1 演示板上两个与 AN7 和 AN12 连接的电位计进行采样 ; VR1 用来改变调制的 V/Hz 比值 VR2 用来改变调制频率通过用两个电位计进行试验, ; 可以找到一个最佳的 V/Hz 比值来驱动电机 ; * ; * ;******************************************************************************.equ 30F6010, 1.include "C:\pic30_tools\support\inc\p30f6010.inc".global reset ; 配置位 : config FOSC, CSW_FSCM_OFF & XT_PLL4 config FWDT, WDT_OFF ; 关闭时钟切换和 ; 故障保护时钟监视并 ; 使用 XT 振荡器和 4 倍频 PLL 作为 ; 系统时钟 ; 关闭看门狗定时器 config FBORPOR, PBOR_ON & BORV_27 & PWRT_16 & MCLR_EN ; 设置欠压复位电压 ; 并将上电延迟定时器设置为 16ms config FGS, CODE_PROT_OFF ; 对一般代码段 ; 将代码保护设置为关闭 ; 近数据存储器 (RAM 的低 8KB) 中的未初始化变量.section.nbss, "b" ; 在每个 PWM 周期将此变量加到 16 位的 ; 正弦波数值表指针对于 16 KHz 的 PWM 调制, 数值 246 将提供 ;60 Hz 的调制频率 Frequency:.space 2 ; 此变量用来设置调制幅值并换算 ; 从正弦波数值表获取的值有效值的范围为 0 到 DS00984A_CN 第 13 页

14 Amplitude:.space 2 ; 此变量是正弦波数值表的指针在每次 PWM 中断时, ; 它递增一次, 递增数值是 Frequency 变量的值 Phase:.space 2 ; 存储在程序空间中的常数.section.sine_table, "x".align256 ; 这是一个含有 64 个值的正弦波表, 覆盖了正弦函数的 360 度 ; 使用 Microsoft Excel 计算这些值并将它们粘贴到此程序中 SineTable:.hword 0,3212,6393,9512,12539,15446,18204,20787,23170,25329.hword 27245,28898,30273,31356,32137,32609,32767,32609,32137,31356,30273,28898.hword 27245,25329,23170,20787,18204,15446,12539,9512,6393,3212,0,-3212,-6393.hword -9512,-12539,-15446,-18204,-20787,-23170,-25329,-27245,-28898, hword ,-32137,-32609,-32767,-32609,-32137,-31356,-30273,-28898, hword ,-23170,-20787,-18204,-15446,-12539,-9512,-6393,-3212 ; 此应用程序中的常数 ; 此常量用来将正弦查找值换算到 PWM 占空比的有效范围内占空比的范围取决于写入 PTPER 的值 ; 对于此应用程序, 我们将设置 PTPER = 230, 使占空比介于 0 和 460 之间正弦表数据是有符号的, ; 我们用 230 乘以表中数据, 然后将乘积加上固定的偏移值从而将查找数据换算为正值.equ PWM_Scaling, 230 ; 正弦波表的指针是 16 位的把 0x5555 加给 ; 指针将提供 120 度的偏移, 而加上 0xAAAA 将提供 240 ; 度的偏移这些偏移用来获取 PWM 输出的相位 2 和相位 3 的查找值.equ Offset_120, 0x5555 ; 程序存储器中的代码部分.text ; 代码部分的开始 reset: MOV # SP_init, W15 ; 初始化堆栈指针 MOV # SPLIM_init, W0 ; 初始化堆栈指针限制寄存器 MOV W0, SPLIM NOP ; 在初始化 SPLIM 之后, 加一条 NOP CALL _wreg_init ; 调用 _wreg_init 子程序 ; 可以选用 RCALL 代替 CALL call Setup ; 调用程序以设置 I/O 和 PWM ; ; 初始化变量 ; clr clr Frequency Amplitude DS00984A_CN 第 14 页

15 ; ; 主循环代码 ; 在主循环中查询 PWM 中断标志 ; Loop: btss IFS2,#PWMIF ; 查询 PWM 中断标志 bra CheckADC ; 如果置 1, 则继续 call Modulation ; 调用正弦波调制程序 bclr IFS2, #PWMIF ; 清零 PWM 中断标志 CheckADC: btss IFS0,#ADIF bra Loop call ReadADC bra Loop ; ; ADC 处理子程序 ; ReadADC: push.d W0 push.d W4 mov ADCBUF0,W0 ; 将 ADC 结果读入 W0 mov ADCBUF1,W1 ; 和 W1 asr W0,#2,W4 ; 右移 2 位以得到 mov W4,Frequency ; 调制频率 sl W1,#5,W4 ; 将 AN7 和 AN12 的值左移以得到 sl W0,#5,W5 ; 1.15 格式的小数数据 mpy W4*W5,A ; 将频率与 V/Hz 的商相乘得到 sac A,W0 ; 调制幅值将结果存储在 W0 中 mov #28000,W1 ; 限制调制幅值以避免 cp W1,W0 ; 在 PWM 调制中由死区引起的 bra GE,NoLimit ; 失真 mov W1,W0 NoLimit: mov W0,Amplitude pop.d W4 pop.d W0 return ; ; PWM 正弦波调制子程序 ; Modulation: push.d W0 ; 保存工作寄存器 push.d W2 push.d W4 push.d W6 push.d W8 push.d W10 ; 下面的三条指令初始化 TBLPAG 和指针寄存器 ; 从而可使用读表操作来访问程序存储器中的正弦波数据 mov mov #tblpage(sinetable),w0 W0,TBLPAG DS00984A_CN 第 15 页

16 mov #tbloffset(sinetable),w0 ; 下面的指令块装载正弦波调制程序中使用的各种常数和变量 mov Phase,W1 ; 装载正弦波表指针 mov #Offset_120,W4 ; 这是 120 度偏移的值 mov Amplitude,W6 ; 装载幅值换算系数 mov #PWM_Scaling,W7 ; 装载 PWM 换算值 mov Frequency,W8 ; 装载将在每次中断时与表指针相加的 Frequency 常数 ; 这是指针调节代码将 Frequency 值加给正弦表指针以使指针在正弦表中前移 ; 然后, 为此指针加上相应的偏移值以得到相位 2 和相位 3 的指针 ; 注意 : 如果需要不同的相位偏移, 可以在这里使用其他常数值 ; 加上 0x4000 将得到 90 度偏移, 加上 0x8000 将 ; 提供 180 度偏移在此将 0x5555 装入 W4 以提供 120 度偏移 add W8,W1,W1 ; 将 Frequency 值加给正弦指针 add W1,W4,W2 ; 加上 120 度偏移值以得到相位 2 的指针 add W2,W4,W3 ; 再加上 120 度偏移以得到相位 3 的指针 ; 该正弦表有 64 个值, 所以将指针右移 ; 以得到一个 6 位的指针值 lsr W1,#10,W9 ; 将相位 1 的指针右移以得到高 6 位 sl W9,#1,W9 ; 左移一位转换为字节地址 lsr W2,#10,W10 ; 将相位 2 的指针右移以得到高 6 位 sl W10,#1,W10 ; 左移一位转换为字节地址 lsr W3,#10,W11 ; 将相位 3 的指针右移以得到高 6 位 sl W11,#1,W11 ; 左移一位转换为字节地址 ; 现在, 将每个相位的指针与基表指针相加以获得查找值的绝对表地址 ; 然后将查找值换算为正确的幅值和在有效的占空比范围之内 ; 下面的指令块为相位 1 计算占空比为相位 2 和相位 3 计算占空比的代码与此相同 add W0,W9,W9 ; 形成相位 1 的表地址 tblrdl [W9],W5 ; 读相位 1 的查找值 mpy W5*W6,A ; 乘以幅值换算系数 sac A,W5 ; 存储经过换算的结果 mpy W5*W7,A ; 乘以 PWM 换算系数 sac A,W8 ; 存储经过换算的结果 add W7,W8,W8 ; 加上 PWM 换算系数以产生 50% 的偏移 mov W8,PDC1 ; 写 PWM 占空比 ; 下面的代码块为相位 2 计算占空比 add W0,W10,W10 ; 形成相位 2 的表地址 tblrdl [W10],W5 ; 读相位 2 的查找值 mpy W5*W6,A ; 乘以幅值换算系数 sac A,W5 ; 存储经过换算的结果 mpy W5*W7,A ; 乘以 PWM 换算系数 sac A,W8 ; 存储经过换算的结果 add W7,W8,W8 ; 加上 PWM 换算系数以产生 50% 的偏移 mov W8,PDC2 ; 写 PWM 占空比 ; 下面的代码块为相位 3 计算占空比 add W0,W11,W11 ; 形成相位 3 的表地址 tblrdl [W11],W5 ; 读相位 3 的查找值 DS00984A_CN 第 16 页

17 mpy W5*W6,A ; 乘以幅值换算系数 sac A,W5 ; 存储经过换算的结果 mpy W5*W7,A ; 乘以 PWM 换算系数 sac A,W8 ; 存储经过换算的结果 add W7,W8,W8 ; 加上 PWM 换算系数以产生 50% 的偏移 mov W8,PDC3 ; 写 PWM 占空比 ; 现在, 保存经过调节的正弦波表指针从而能 ; 在此代码的下一次迭代中使用它 mov W1,Phase pop.d W10 ; 恢复工作寄存器 pop.d W8 pop.d W6 pop.d W4 pop.d W2 pop.d W0 return ; 从子程序返回 ; ; PWM 和 ADC 的设置代码 ; Setup: ; 在使能 PWM 之前需要做的第一件事是配置 I/O 并复位电源模块 ; 该控制板有一个缓冲 PWM 控制线的驱动器 IC ; RD11 端口上的有效低电平使能该缓冲器 ; 此电源模块有一条与端口 RE9 相连的高电平有效复位线路 clr PORTD clr PORTE mov #0xF7FF,W0 ; 设置 RD11 输出驱动 PWM 缓冲器 mov W0,TRISD ; 使能 mov #0xFDFF,W0; mov W0,TRISE ; 设置 RE9 输出复位电源模块 ; 现在, 通过驱动复位线并保持几个微秒来确保电源模块复位 bset PORTE,#9 repeat #39 nop bclr PORTE,#9 ; 设置 ADC mov #0x0404,W0 ; 扫描输入 mov W0,ADCON2 ; 每次中断进行 2 次采样 / 转换 mov #0x0003,W0; mov W0,ADCON3 ; Tad 是 2 个 Tcy clr ADCHS ; clr ADPCFG ; 将所有 A/D 引脚设置为模拟模式 clr ADCSSL ; bset ADCSSL,#7 ; 使能对 AN7 的扫描 bset ADCSSL,#12 ; 使能对 AN12 的扫描 mov #0x8066,W0 ; 使能 A/D PWM 触发和自动采样 mov W0,ADCON1 ; bclr IFS0,#ADIF ; 清零 A/D 中断标志位 DS00984A_CN 第 17 页

18 ; 现在设置 PWM 寄存器 mov #0x0077,W0 ; 互补模式, 使能 #1 #2 和 #3 mov W0,PWMCON1 ; 三对 PWM 输出 mov #0x000F,W0 ; 器件运行速度为 7.38 MIPS 时, 将产生 2μs 的死区 mov W0,DTCON1 mov #PWM_Scaling, W0 ; 器件运行速度为 7.38 MIPS 时, 为 16KHz PWM 设置周期 mov W0,PTPER mov #0x0001,W0 ; mov W0,SEVTCMP ; 将 ADC 设置为以特殊事件触发启动 mov #0x0F00,W0 ; 将特殊事件后分频比设置为 1:16 mov W0,PWMCON2 ; mov #0x8002,W0 ; 使能 PWM 时基, 中心对齐模式 mov W0,PTCON return ; 从 Setup 子程序返回 ; 子程序 : 将 W 寄存器初始化为 0x0000 _wreg_init: CLR W0 MOV W0, W14 REPEAT #12 MOV W0, [++W14] CLR W14 RETURN ; 所有代码部分结束 end ; 此文件中程序代码的结尾 DS00984A_CN 第 18 页

请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip

19 请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性代码保护并不意味着我们保证产品是牢不可破的代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了数字器件千年版权法案 (Digital Millennium Copyright Act) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其他受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为提供本文档的中文版本仅为了便于理解 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档本出版物中所述的器件应用信息及其他类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示书面或口头法定或其他形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况质量性能适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任未经 Microchip 书面批准, 不得将 Microchip 的产品用作生命维持系统中的关键组件在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其他方式转让任何许可证商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 Accuron dspic KEELOQ microid MPLAB PIC PICmicro PICSTART PRO MATE PowerSmart rfpic 和 SmartShunt 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 AmpLab FilterLab Migratable Memory MXDEV MXLAB PICMASTER SEEVAL SmartSensor 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro dspicdem dspicdem.net dspicworks ECAN ECONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylab In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Linear Active Thermistor MPASM MPLIB MPLINK MPSIM PICkit PICDEM PICDEM.net PICLAB PICtail PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool rflab rfpicdem Select Mode Smart Serial SmartTel Total Endurance 和 WiperLock 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的商标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有 2005, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 及位于加利福尼亚州 Mountain View 的全球总部设计中心和晶圆生产厂均于 2003 年 10 月通过了 ISO/TS-16949:2002 质量体系认证公司在 PICmicro 8 位单片机 KEELOQ 跳码器件串行 EEPROM 单片机外设非易失性存储器和模拟产品方面的质量体系流程均符合 ISO/TS-16949:2002 此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 9001:2000 认证 DS00984A_CN 第 19 页

20 全球销售及服务网点美洲亚太地区亚太地区欧洲公司总部 Corporate Office 2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ Tel: Fax: 技术支持 : 网址 : 亚特兰大 Atlanta Alpharetta, GA Tel: Fax: 波士顿 Boston Westborough, MA Tel: Fax: 芝加哥 Chicago Itasca, IL Tel: Fax: 达拉斯 Dallas Addison, TX Tel: Fax: 底特律 Detroit Farmington Hills, MI Tel: Fax: 科科莫 Kokomo Kokomo, IN Tel: Fax: 洛杉矶 Los Angeles Mission Viejo, CA Tel: Fax: 圣何塞 San Jose Mountain View, CA Tel: Fax: 中国 - 北京 Tel: Fax: 中国 - 成都 Tel: Fax: 中国 - 福州 Tel: Fax: 中国 - 香港特别行政区 Tel: Fax: 中国 - 上海 Tel: Fax: 中国 - 沈阳 Tel: Fax: 中国 - 深圳 Tel: Fax: 中国 - 顺德 Tel: Fax: 中国 - 青岛 Tel: Fax: 中国 - 武汉 Tel: Fax: 台湾地区 - 高雄 Tel: Fax: 台湾地区 - 台北 Tel: Fax: 台湾地区 - 新竹 Tel: Fax: 澳大利亚 Australia - Sydney Tel: Fax: 印度 India - Bangalore Tel: Fax: 印度 India - New Delhi Tel: Fax: 日本 Japan - Kanagawa Tel: Fax: 韩国 Korea - Seoul Tel: Fax: 或马来西亚 Malaysia - Penang Tel: Fax: 菲律宾 Philippines - Manila Tel: Fax: 新加坡 Singapore Tel: Fax: 奥地利 Austria - Weis Tel: Fax: 丹麦 Denmark - Ballerup Tel: Fax: 法国 France - Massy Tel: Fax: 德国 Germany - Ismaning Tel: Fax: 意大利 Italy - Milan Tel: Fax: 荷兰 Netherlands - Drunen Tel: Fax: 英国 England - Berkshire Tel: Fax: 加拿大多伦多 Toronto Mississauga, Ontario, Canada Tel: Fax: /08/05 DS00984A_CN 第 20 页

00872a.book

00872a.book 从 MCP2510 升级至 MCP2515 作者 : 介绍 Pat Richards Microchip Technology Inc. 开发 MCP2510 独立 CAN 控制器的初衷是赋予 CAN 系统和模块设计人员更多的灵活性, 允许他们为自己的应用选择最好的处理器使用 MCP2510 不会使设