基于 CPLD EPM570T100C5的通用直流調(diào)速模塊設(shè)計(jì)
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模塊組成框圖如圖1所示。主回路可控元件選用雙向可控硅,成本低、控制電路簡單、調(diào)壓方便可靠。為實(shí)現(xiàn)電機(jī)雙向運(yùn)行,采用兩組反并聯(lián)的整流單元。雙向可控硅調(diào)壓后經(jīng)橋式整流模塊變換成直流電,輸出給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速。調(diào)壓采用移相方式,所以設(shè)計(jì)了電源過零脈沖形成電路。為增加模塊可靠性,強(qiáng)電與弱電全部用光電耦合器隔離;雙向可控硅單元內(nèi)有簡單的RC緩沖電路,用以抑制du/dt。考慮到某些應(yīng)用場合需要遠(yuǎn)程控制,增加了RS 485通信單元,用MAX3485E芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。測速選用直流測速發(fā)電機(jī),相對于光電編碼器更經(jīng)濟(jì),測速發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓經(jīng)降壓、濾波預(yù)處理后進(jìn)行V/F變換。6位LED顯示當(dāng)前速度。電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供+3.3 V電源。 本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/151674.htm
主控芯片EPM570T100C5是Altera的MAXⅡ系列低成本的復(fù)雜可編程邏輯器件((2PLD)產(chǎn)品,其密度高且性能優(yōu)良,內(nèi)置用戶非易失性FLASH存儲(chǔ)器塊,內(nèi)部時(shí)鐘頻率高達(dá)300 MHz,100腳MBGA封裝,570個(gè)邏輯單元(LE)。MAXⅡ器件具有創(chuàng)新的查找表(LUT)邏輯結(jié)構(gòu),突破了傳統(tǒng)宏單元器件的成本和功耗限制。設(shè)計(jì)人員可以利用MAXⅡ器件來替代低密度FPGA,ASSP和標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件,支持在系統(tǒng)編程(ISP),很容易在現(xiàn)場重新進(jìn)行配置。使用EPM570T100C5開發(fā)調(diào)速裝置,大大降低了系統(tǒng)功耗、體積和成本。另外,Altera提供免費(fèi)的QuartusⅡ基礎(chǔ)版軟件,支持所有MAXⅡ器件,它是基于MAXⅡ器件引腳鎖定式裝配和性能優(yōu)化而設(shè)計(jì)的。
2 可控硅調(diào)壓調(diào)速原理
移相觸發(fā)就是通過改變晶閘管每周期導(dǎo)通的起始點(diǎn)即觸發(fā)延遲角α的大小,達(dá)到改變輸出電壓、功率的目的。圖2給出了雙向可控硅調(diào)壓波形,電源電壓;α為移相角;θ為導(dǎo)通角。輸出電壓與控制角關(guān)系見式(1),移相范圍φ≤α≤π。
式中:α和θ滿足;負(fù)載阻抗角為φ=arctan(ωL/R);L為主回路總電感;R為主回路總電阻。
雙向可控硅輸出電壓整流后加到主電機(jī)電樞回路,構(gòu)成降壓調(diào)速系統(tǒng),調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性硬度不變,調(diào)速范圍大,能量損耗小。電壓與速度關(guān)系滿足式(2)的機(jī)械特性。
式中:U為電機(jī)電樞電壓,來自雙向可控硅輸出電壓U0;Ra為電樞回路電阻;T為電磁轉(zhuǎn)矩;φ為每極磁通;Ce為電動(dòng)勢常數(shù);CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。
設(shè)磁通保持不變,電樞電路中也沒有串聯(lián)可調(diào)外電阻,減小電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓時(shí),由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化,反電動(dòng)勢也暫不發(fā)生變化,此時(shí)電樞電流減小,轉(zhuǎn)矩也減小,若阻轉(zhuǎn)矩未變,則合成轉(zhuǎn)矩小于零,轉(zhuǎn)速下降,反電動(dòng)勢減小,電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩也隨之增大,直到達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)為止,但此時(shí)轉(zhuǎn)速已較原來的降低了。由于調(diào)速時(shí)磁通不變,故也為稱之恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
3 FPGA核心設(shè)計(jì)
3.1 主模塊
采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法,主模塊原理圖如圖3所示。包括speed_detection為速度檢測、speed_control為速度控制、RS 485為串口通信、gate_control為主控子模塊4部分。speedpulse為V/F轉(zhuǎn)換后的速度脈沖信號;start和stop分別為起動(dòng)和停止按鍵的輸入信號;inc和dec分別為加減速按鍵的輸入信號;zeroin為同步過零脈沖的輸入信號;rxd,txd,notre和de連接到RS 485接口芯片MAX3485E;alarm為超速報(bào)警信號;led0~led5為速度顯示6位數(shù)碼管的輸出信號;maincj為主接觸器的控制信號;redled和greenled分別為紅綠燈輸出信號;pulse I和pLalseⅡ?yàn)檎唇M雙向可控硅控制信號。
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