基于 DSP 的三相异步电动机矢量控制系统设计与实现 

        摘 要 ： 以 三 菱 公 司 的 智 能 功 率 模 块 PM25RSB-120 作 为 主 电 路 核 心 ， TI 公 司 的
TMS320LF2407A DSP 芯片作为控制电路核心，设计了一个三相异步电动机矢量控制变频

 

调速系统。实验结果表明整个系统动态响应快，超调量小，稳态精度高。

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前言

    在石油石化行业，石油钻井中的钻机，生产现场的抽油机、风机、水泵、输油泵和泥浆泵
等电机的运行都要消耗大量的电能，如何充分合理地利用电能显得非常重要。而采用变频
调速技术后，节能效果非常明显。新疆克拉玛依油田多处输油泵采用变频调速装置，如采
油三厂在输油泵上应用一台变频器，运行后效果良好，经仪表测试，采用变频调速后，
有功节电为 65.73%，无功节电为 78.79%，功率因数达到 0.99。据实际运行统计，变频调
速输油节电率为 46.83%，316 天后可收回全部投资。湖南长岭炼油厂催化剂厂微球装置高
压泵采用 100kVA 变频器后，输出功率由 18.6kW 降至 7.2kW，节电 61.3%[3]。在我国，异

 

步电机的变频调速系统有巨大的市场潜能。

    本文以 TMS320LF2407A DSP 芯片为控制核心对高性能矢量控制变频调速系统进行了硬

 

件和软件设计，最后对整个系统进行了实验研究。

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异步电机的矢量控制技术

    异步电机在三相静止坐标系下的数学模型很复杂，关键是由于其复杂的磁链关系。因此，
要简化数学模型，必须通过坐标变换将异步电机的数学模型从三相静止坐标系上变换到
两相同步旋转坐标系上。从三相静止坐标系（ABC 坐标系）到两相静止坐标系（0ab 坐标
系）的变换称为 Clarke 变换，从两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系（OMT 坐标系）
的变换称为 Park

 

变换。

    矢量控制也叫磁场定向控制，通过坐标变换，在两相同步旋转坐标系上，将电流矢量
分解成产生磁通的励磁电流分量 ism 和产生转矩的转矩电流分量 ist，并使两分量互相垂
直，彼此独立，然后分别进行调节。这样，交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就与
直流电动机相似了，这就是矢量控制的核心思想[1]  

。

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系统组成

    基于 DSP 的三相异步电动机矢量控制系统结构图如图所示。它包含主电路、控制电路和
保护电路三大部分，具体由整流滤波模块、逆变模块、IPM 保护模块、三相异步电动机、电
压、电流和转速检测模块、显示模块、主控制模块、DSP 与 PC 机通信模块等组成。