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支持制造业实现智能化转型 | 基于GD32F303的通用变频器方案设计

发布时间:2022-03-18作者来源:萨科微浏览:1395



 前 言

我国在2020年9月明确了2030年碳达峰和 2060年碳中和的目标,未来四十年内实现净零排放对中国而言将是一项具有挑战性的任务。对于电机行业来说,电机在工业领域占有重要位置,据统计,我国电机每年耗电量占全社会总用电量的69%,约占工业用电的75%。因此减少电机生命周期内的碳排放,加速推进减碳进程,是电机行业面临的重要任务。变频调速技术可以[敏感词]控制交流电机的转速,使电机在节能状态下运行,是对传统电机系统调速改造、提升电机系统运行效率的关键措施。传统变频器具有体积大、性能低、价格高的特点,除此之外还对环境有一定的要求,对于分散控制的场合,传统变频器难以适应工业应用的需求。


本文基于GD32 MCU的VF/矢量变频器的控制系统,采用模块化设计,控制面板,用户接口可按需求自由组合,便于安装、编程和初始化设计,轻松实现异步电动机的调速要求。同时采用总线技术,可方便与控制系统、集散系统连接,实现计算机驱动系统控制和工厂车间集中控制。因此该变频器在汽车、食品、物料输送、工业控制等智能制造领域有广阔的应用空间。


系统框图


方案特点

方案核心采用GD32F303RCT6控制,使系统具有结构简单、实现方便、成本低、可靠性高等特点。在优化了硬件结构的同时不降低系统的性能,硬件系统模块清晰直观,方便安装使用以及程序的初始化。调制方式采用SVPWM控制技术能有效减少逆变器输出电压谐波成分,电压利用率高,控制精度高。


 GD32F303简介

  • Cortex®-M4内核@ 120MHz

  • 支持软硬件DSP指令

  • 闪存访问为零等待状态

  • 内置256 KB至3072 KB闪存

  • 内置48KB至96KB SRAM

  • EXMC接口支持外部SDRAM

  • 高达5个UART (9Mbit/s)

  • 高达3个SPI (30Mbit/s)

  • 高达2个I2C (400Kbit/s)

  • 高达2个CAN2.0B

  • 高达2个I2S

  • 支持SDIO

  • 支持USB OTG FS

  • 高达3个12位,2.6M SPS ADC(高达24通道)

  • 高达2个DAC

  • 待机电流为2uA


核心控制原理及实现

空间矢量脉宽调制控制具有线性范围宽、高次谐波少、易于数字化等优点,所以在感应电机中应用广泛。在传统的三相桥式驱动电路中,MOS管有8种开关组合,即000、001、010、011、100、101、110、111。其中000、111为零矢量。6个非零基本电压空间矢量将αβ 平面分成6个扇区,如图所示。为了得到一个圆形的旋转磁场,可以通过控制8个基本的空间电压矢量的作用时间,合成各个基本空间电压矢量的作用时间和输出顺序。



GD32的TIMER0模块是增强型的定时器模块,天生就是为电机控制而生,可以产生3组6路PWM,同时每组2路PWM为互补,并可以带有死区,可以用来驱动H桥。文中利用TIM0模块的三通道产生一共6路PWM输出。具体步骤如下:


  1. 开TIM0时钟,配置相应的IO口为复用输出。

  2. 设置TIM0的ARR和PSC,在开启了TIM0的时钟之后,要设置ARR和PSC两个寄存器的值来控制输出PWM的周期。

  3. 设置TIM0_CH0、TIM0_CH1、TIM0_CH2的PWM模式。

  4. 使能TIM0的CH0~CH2输出,使能TIM0。

  5. 修改TIM0_CCR1~TIM0_CCR2来控制占空比。


通过以上配置,配合GD32F303的运算能力,对占空比进行实时调节,达到矢量控制的效果。


整机性能参数


产品展示






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