TMS320F2808直接转矩控制的变频器设计

引言
直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)技术是继矢量控制技术之后，近二十几年发展起来的一种新型的交流调速控制技术。因其具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点，所以它已经成为现代传动控制领域交流电机调速的主要控制策略。但是由于是一种新技术，大多只停留在理论研究和讨论上。
本文根据直接转矩控制的基本原理，以TI公司生产的TMS320F2808为主控芯片，设计了一个全数字化直接转矩控制的变频器系统，并给出了电流、电压检测电路和数据分析结果。

1 直接转矩控制的基本原理
直接转矩控制技术就是通过速度传感器得到感应电机实际转速n；与给定转速n*比较通过速度调节器得到转矩给定值，速度调节器一般采用PI控制器；由传感器得到电机定子电流和电压值，输入感应电动机的磁链和转矩估计器得到定子磁链的幅值|ψs|和转矩实际值Te；
实际转矩Te与转矩给定值经转矩调节器处理后得到转矩开关信号TQ；定子磁链给定值与磁链计算值|ψs|经磁链调节器产生磁链开关信号ψQ；区间判断根据定子磁链分量得到定子磁链所在区间信号SN，开关信号选择单元综合磁链开关信号ψQ、转矩开关信号TQ和磁链位置信号SN，通过查表得到正确的电压开关信号来控制电机的准确运行。
直接转矩控制系统的基本原理如图1所示。

2 系统硬件设计
2．1 主回路
为使控制系统结构简单、工作可靠、维护方便，本系统采用模块化结构设计。图2为基于TMS320F2808的异步电机直接转矩控制系统的结构框图。

系统主电路采用典型的交-直-交电压型变频结构，整流环节采用单相桥式不可控整流电路。设计中整流二极管的额定电压选取值为800 V。逆变电路采用的智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是Cyntec公司的IMl3400，该模块内部封装了6个IGBT。而直流中间电路的主要元器件是大容量的电解电容，考虑到电网电压的波动范围为220 V±10％，则滤波电容器的耐压值应大于1．1×220×1．414。因此选择额定电压为400 V的电解电容器。
2．2 控制回路
采用TI公司生产的TMS320F2808为主控芯片。TMS320F2808对上电次序没有特定的要求，并且提供了4个高精度的ePWM，为数字电机控制系统设计提供了更多的方便。