支持制造業實現智能化轉型 | 基于GD32F303的通用變頻器方案設計

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2022-03-18 02:43:30 6

前言

我國在2020年9月明確了2030年碳達峰和 2060年碳中和的目標，未來四十年內實現凈零排放對中國而言將是一項具有挑戰性的任務。對于電機行業來說，電機在工業領域占有重要位置，據統計，我國電機每年耗電量占全社會總用電量的69%，約占工業用電的75%。因此減少電機生命周期內的碳排放，加速推進減碳進程，是電機行業面臨的重要任務。變頻調速技術可以精確控制交流電機的轉速，使電機在節能狀態下運行，是對傳統電機系統調速改造、提升電機系統運行效率的關鍵措施。傳統變頻器具有體積大、性能低、價格高的特點，除此之外還對環境有一定的要求，對于分散控制的場合，傳統變頻器難以適應工業應用的需求。

本文基于GD32 MCU的VF/矢量變頻器的控制系統，采用模塊化設計，控制面板，用戶接口可按需求自由組合，便于安裝、編程和初始化設計，輕松實現異步電動機的調速要求。同時采用總線技術，可方便與控制系統、集散系統連接，實現計算機驅動系統控制和工廠車間集中控制。因此該變頻器在汽車、食品、物料輸送、工業控制等智能制造領域有廣闊的應用空間。

系統框圖

方案特點

方案核心采用GD32F303RCT6控制，使系統具有結構簡單、實現方便、成本低、可靠性高等特點。在優化了硬件結構的同時不降低系統的性能，硬件系統模塊清晰直觀，方便安裝使用以及程序的初始化。調制方式采用SVPWM控制技術能有效減少逆變器輸出電壓諧波成分，電壓利用率高，控制精度高。

GD32F303簡介

Cortex®-M4內核@ 120MHz
支持軟硬件DSP指令
閃存訪問為零等待狀態
內置256 KB至3072 KB閃存
內置48KB至96KB SRAM
EXMC接口支持外部SDRAM
高達5個UART (9Mbit/s)
高達3個SPI (30Mbit/s)
高達2個I2C (400Kbit/s)
高達2個CAN2.0B
高達2個I2S
支持SDIO
支持USB OTG FS
高達3個12位，2.6M SPS ADC（高達24通道）
高達2個DAC
待機電流為2uA

核心控制原理及實現

空間矢量脈寬調制控制具有線性范圍寬、高次諧波少、易于數字化等優點，所以在感應電機中應用廣泛。在傳統的三相橋式驅動電路中，MOS管有８種開關組合，即000、001、010、011、100、101、110、111。其中000、111為零矢量。６個非零基本電壓空間矢量將αβ 平面分成６個扇區，如圖所示。為了得到一個圓形的旋轉磁場，可以通過控制８個基本的空間電壓矢量的作用時間，合成各個基本空間電壓矢量的作用時間和輸出順序。