基于DSP控制的变频器技术在电梯设备上的应用
1 引言 电梯是一种垂直运输工具，它在运行中不但具有动能，而且具有势能。它经常处在正反转，反复起制动过程中。为满足乘客的舒适感和平层精度，要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和准确停车性能。为满足这些要求，采用变频器控制电动机是最合适的。变频器不但可以提供良好的调速性能，并能节约大量电能。变频调速是交流调速的一种重要手段，以其可靠性和很强的抗干扰能力在生产生活中得到了广泛的应用。同时，DSP是一种高速专用微处理器，运算功能强大，能实现高速率传输数据，具有实时运算能力，并集成了电动机控制外围部件，使设计者外加较少的硬件设备，就可以构成最小目标控制系统，从而降低系统费用及产品成本。而且由于该系统的软硬件均为模块化的方式，预留接口和软位资源丰富，因此使用非常灵活，可以在最短时间内完成不同控制策略和不同控制对象的设计过程。因此，用DSP控制的变频电梯将是一种高速控制，节约能源，同时又满足电梯运行要求的新型控制系统。
2 系统构成 基于DSP控制的变频电梯电力传动系统框图如图1所示。
图1 基于DSP的变频电梯电力传动系统框图
该系统主要由主回路部分，检测部分，控制电路三部分组成。主回路主要是把电网电压经过整流和逆变，送入交流电动机，并通过控制电路控制逆变器开关元件的开断，实现电动机的调速。控制电路主要完成电力传动系统的指令形式，电流、速度和位置控制，产生PWM控制信号，故障诊断，检测和显示，电梯的控制逻辑管理、通信和群控等任务。
2.1 主回路 主回路又分为两个部分。（1）整流与再生部分。这部分的功能有两个。一是将电网三相正弦交流电压整流成直流，向逆变部分提供直流电源；二是在减速制动时，有效的控制传动系统的能量回馈给电网。整流器采用晶闸管可逆方式，起到了将负载端产生的再生功率送回电源的作用。（2）逆变器部分。逆变器部分是由IGBT模块组成，其作为无源逆变器，向交流电动机供电。主回路结构如图2所示。
图2 主回路结构图
2.2 控制电路 控制电路的核心采用DSP芯片中的TMS320C24*系列，它是专门针对电机控制而设计的。本系统中应用TMS320C240芯片。C240含有操作速为 条指令/s的CPU，片内含有16K字程序存储器（ROM），544字数据存储器，双十位A/D转换器，它含有同步串行外设接口（SPI），异步串行通信接口(SCI)，备有四种掉电模式，采用基于仿真头(JTAG)扫描的仿真技术；它提供的脉宽调制(PWM)及I/O接口可以用于驱动各种类型的电机。它包含了3个起/停定时器和9个比较器，并辅以灵活的波形发生逻辑，可产生多达12路PWM输出；它还支持对称的和非对称的PWM生成能力以及空间矢量PWM状态装置，以实现功率开关器件的优化方案，它能以比较低的功耗延长使用使命，它还包括死区发生单元，从而有助于保护功率器件；此外，事件管理器集成了4个接收输入端，其中2个可用于光电编码器正脉冲的直接输入。 DSP所特有的高速计算能力，可以用来增加采样频率，并且完成复杂的信号处理和控制算法，控制外围设备，以实现电机的控制和调速。此外，由于必须使电梯从零速到最高速平滑的变化，变频器的输出频率也应从几乎是零频率开始到额定频率为止平滑的变化。而DSP灵活的PWM发生，为电机控制带来了许多便利，可产生高分辨率的PWM波形，可灵活实现PWM控制，这不仅减小电磁干扰和其他噪声问题，而且能够灵活的控制变频器的输出频率。 该控制电路的算法采用矢量控制算法，把采集的电压，电流信号和速度信号同时送入TMS320C240芯片中，在C240中经过比较器和函数库进行矢量运算，输出控制信号。 2.3 驱动电路 应用EXB系列驱动器EXB840，作为该系统的驱动器，这是专门用来驱动IGBT的驱动模块。该模块的特点是内部装有2500V的高隔离电压的光耦合器，有过电流保护电路和过电流保护输出信号端子，另外，可以单电源供电。由控制电路输出的PWM控制信号经驱动模块EXB840控制IGBT1-6的通断，实现调压调频，从而控制电机的转速。EXB840驱动器的内部结构如图3所示。 图3 EXB840驱动器内部框图 2.4 检测电路 电压、电流检测均用霍耳元件，其优点是可实现隔离，而且交直流均可以检测，精度较好，但需要外接电源，价格较高。电机转速检测采用光电编码器，这是一种位置检测器。
3 系统特点 1）基于DSP的变频技术在电梯运行过程中，能够在规定时间周期内采集数据，信息，发出控制信号，并且能在准确的时间内达到目标要求，以保证系统正常、稳定的工作。 2）电力传动效率高，节省电能，电梯属于一种位势负载，在运行时具有动能；因此，在制动时，将其回馈电网具有很大意义。 3）结构紧凑，体积小，重量轻。
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