采煤机变频器的软件设计与实验研究

(黑龙江省能源研究所，哈尔滨 150001)

0 引 言

采煤机是煤矿开采的重要动力设备，其安全、高效、稳定地运行是煤矿生产的重要保障。对采煤机电动机实时控制是其安全运行的重要保障。由于新型电力电子器件的不断发展，变频技术获得了高速发展。变频器和交流电机构成的可调速传动用于保证采煤机运行可靠、平滑加减速和定位控制等功能[1-3]。文中采用TMS320F2812为变频控制系统的核心，对其进行设计与实验研究。

1 变频调速系统

该变频器设计采用TMS320F2812为控制系统的核心，采用EPM7128SLC84-15(84)为辅助控制电路。其主要实现了控制电动机频率在1～50 Hz内可调，频率分辨率为1 Hz。以TMS320F2812芯片作为电动机控制系统的核心控制芯片[4-5]。基于TMS320F2812的电压空间矢量PWM控制方案组成的交流变频调速系统的硬件结构框图，如图1所示。

图1 交流变频调速系统的硬件结构

由图1可见，其主要由主电路、CPLD辅助控制电路、驱动电路检测电路、DSP控制器、和人机界面组成。

2 软件的设计

2.1 主程序流程

主程序对硬件和变量进行初始化，初始化各变量的地址，同时设定变量相应的初值。其具体流程图如图2所示。

图2 DSP主程序流程图

2.2 PWM中断服务程序

采用模块化编程思想，控制系统的DSP可以方便地进行电压空间矢量的输出。中断程序是用来实现电压和电流的检测与控制，坐标变换和的调制，中断服务程序是系统实现矢量控制的核心[6]。其中中断服务子程序具体流程如图3所示。

图3 PWM中断服务子程序流程

2.3 SVPWM算法程序

SVPWM算法的流程:在α-β坐标下系确定电机的输出电压u，分解电压，在每个周期里，确定电压u所在的扇区以及与此两个相邻的基本电压矢量的uα和uβ;同时确定时间TX和TY的值;计算Tcm1，Tm2和Tcm3三个值并将其分别写入相应的寄存器CMPR1, CMPR2和CMPR3里。SVPWM具体算法流程如图4所示。

图4 SVPWM算法流程

3 实验结果与分析

控制系统DSP在50 Hz输出的SVPWM波形如图5所示。

图5 50 Hz频率输出的SVPWM波形

DSP在50 Hz输出的SVPWM波经过低通滤波器得到的波形和三相电流波形如图6所示。

图6 50 Hz频率经过低通滤波器输出波形

逆变电路在50 Hz的频率时输出三相电流波形如图7所示。

图7 50 Hz频率的逆变电路输出的电流波形

由图7可知，采用SVPWM进行调制时电机电流的谐波小，电机的电压利用率高，高频噪声低。

4 结束语

所设计的变频器采用软件法实现了空间矢量脉宽调制，该方法比硬件法谐波含量相对减少，最终实现了频率调节范围为1～50 Hz的三相交流变频调速系统。使用该方法可以使逆变器输出电流的谐波成分减少、使电动机的谐波损耗明显降低，同时减小转矩的脉动，其能够提高采煤机的效率，节约能耗，提高煤炭生产的效益。

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