基于dsPIC30F2010PIC18F4431的交流变频空调设计.ppt

基于dsPIC30F2010 PIC18F4431的交流变频空调设计CADC 应用设计中心 V F控制dsPIC及PIC18Fxx31特点SVPWM实现系统硬件介绍系统软件介绍演示 日程 变压变频调速 VariableVoltageVariableFrequency VVVF或VF控制电源电压平衡方程式U E Ir jIx定子绕组的反电动势E k f 定子电流I I1 I2 少部分 I1 用于建立主磁场磁通 大部分 I2 用于产生电磁力带动负载如果维持电源电压不变 降低运转频率f 由于外负载不变 I2基本维持不变 因此I1增加 导致磁通量增加并使铁心饱和 励磁电流波形产生畸变 影响机械特性解决办法 维持磁通量不变 即E f k 常数由于阻抗上产生的压降很小 U E 调整电压U 使其跟随频率变化 从而达到维持磁通量不变的目的 转矩 电压 频率 frated 基频 电压 磁通 VF控制特性曲线 磁通 变频器硬件结构 控制器 PWM1H PWM1L PWM2H PWM2L PWM3H PWM3L 三相或单相输入 Motor 电流反馈 速度反馈 DC DC DC M3 M1 整流 光电隔离 PWM产生方法 正弦波脉宽调制 SPWM 在进行脉宽调制时 使脉冲系列的周期和占空比按正弦波规律来安排 可以用定时器和比较器实现 空间矢量脉宽调制 SVPWM 根据电压空间矢量在圆形旋转磁场中的位置来计算脉冲系列的脉宽 SVPWM技术优点 与SPWM比较 SVPWM技术优点在同样母线电压下 高频时可输出更高的电压在低频时SVPWM可以输出较大的功率减少谐波份量 从而降低铁损PWM脉宽值的计算相对简单 圆形旋转磁场 Us w u u 电压空间矢量与逆变器工作状态 正多边形旋转磁场 电压空间矢量的线性组合 Ur T T1 U0 T2 U60 变换到直角坐标得到令A Ur 并且A 3 2 Us MT1 T M sin 3 T2 T M sin T0 T T1 T2T T1 T2 T0 PWMPeriod 逆变器的PWM波形 T0 4 T0 4 T0 4 T0 4 T1 2 T2 2 T2 2 T1 2 T PWM周期 PWM0 PWM1 PWM2 U001 U011 U011 U001 U111 U111 U000 U000 V F控制dsPIC及PIC18Fxx31特点SVPWM实现系统硬件介绍系统软件介绍演示 日程 dsPIC架构 23 bitPCControl 数据空间32Kx16bitDSP dualaccessMCU singleaccess XAGU YAGU 指令预取与译码 TABLEAccessCntrl AddressPath MCU DSPDataPath ProgramData ControlPath DSPDataPath dsPIC特点 1 dsPIC DSP 16bitPICMCU哈佛结构 24位指令宽度 16位数据宽度12 144K程序空间 4K 8K数据空间 1 4KEEPROM16x16bits工作寄存器 2个40bits累加器17x17bits辅助乘法器 单周期完成乘法操作单周期完成乘加操作支持间接寻址 位反寻址 取模寻址等多种方式30MIPS运算能力28SDIP 40DIP 44TQFP 80TQFP dsPIC特点 2 在片外设I O电流 25mA5个16bits定时器 16bitsCCP PWMI2C SPI UART CAN10bits高速A D 500Ksps 16通道 dsPIC特点 3 电机控制PWM接口6 8通道PWM输出 极性可调整 可设置为互补输出4个占空比产生器 16bits精度多种工作模式保护输入接口QEI接口及输入捕捉接口 dsPIC电机控制PWM接口 FLTCON 通道2死区产生逻辑 输出驱动 DTCON PIC18FXX31特点 1 针对 C 优化的高性能8 bitRISCCPU2 0V 5 5V操作电压8bitx8bit辅助乘法器10MIPS 10MHzwith4XPLL8 16KFlash 768BytesRAM 256EEPROM28SDIP SOIC 40PDIP 44TQFP QFN灵活的时钟模式 最高时钟可达40MHz PIC18FXX31特点 2 在片外设I O电流 25mA3个16bits定时器 1个8bits定时器I2C SPI UART10bits高速A D 200Ksps 9通道 多种工作模式3个外部中断输入接口 PIC18FXX31特点 3 电机控制PWM接口6通道PWM输出 极性可调整 可设置为互补输出14bits精度4个占空比产生器多种工作模式保护输入接口QEI接口3通道独立的输入捕捉接口 V F控制dsPIC及PIC18Fxx31特点SVPWM实现系统硬件介绍系统软件介绍演示 日程 T0 T1 T2计算 16bitAngle 0 2 0 65536 171个 调制度 V F特性 表示输出幅度 与电机VF特性及运行频率有关VF曲线斜率Slope V F 1 9M Freq Slope Offset调制度M 1 M M 256 电机运行频率 电机运行频率 载波频率 StepsperCycle或者例如 载波频率fs为4KHZ 角度寄存器位宽m为16 角度每次步进655 电压矢量旋转一周步数为65536 655 100步 那么电机运行频率 4000 100 40HZ提高载波频率可以使旋转磁场轨迹更接近圆形 但会增加运算 开关损耗以及电磁辐射 SVPWM算法主流程图 PWM中断服务程序流程图 定时器1中断服务程序流程图 主程序 1 2 主程序 2 2 初始化程序 1 2 初始化程序 2 2 LOW ISR程序 频率更新 计算调制度 1 2 计算调制度 2 2 HIGH ISR 1 2 HIGH ISR 2 2 正弦表 Value Sin 60 171 i 256 计算t0 t1 t2 1 3 计算t0 t1 t2 2 3 计算t0 t1 t2 3 3 V F控制dsPIC及PIC18Fxx31特点SVPWM实现系统硬件介绍系统软件介绍演示 日程 系统硬件框图 UART 四通阀 温度传感器 dsPIC 过流 过欠压 过温保护电路 压缩机 IPM 整流器 室外风机 热交换 室外机 LED Key 室内机控制板 室内机硬件框图 室外机控制板 室外机硬件框图 L N dsPIC30F3011 整流 供电 环境 盘管 压缩机温度 室外风机 四通阀 LED 内外机通讯 IPM 光电隔离 电流 电压检测及过欠压 过流保护 压缩机 PWM A D UART I O I O I O A D 启动电路 I O 保护信号 室内 室外机通讯 通过电力线通讯 减少内外连接线 室内部分 室外部分 光电隔离 控制板与功率驱动板之间实现电气隔离光耦上升时间与下降时间的迟延并不一致 这会导致死区时间的变化 应根据实际情况调整上拉电阻阻值以及PWM死区时间 IPM IR IRAMX16UP60AIGBT最大关断电压 600V最大相电流 25 c 16A 100 c 8A最大峰值相电流 30A最大载波频率 20K赫兹压缩机功率范围 0 75 2kW 85 253Vac过流 过温保护输出Mitsubishi PM20CTM060 压缩机参数 电机式样 三相感应电机电源 30 120HZ 57 228V输入功率 850W电流 5 7A 5 使用冷媒 R22 150 V F特性 室内机硬件原理图1 室内机原理图1 测试按键 复位按键 8M晶振 EEPROM 室内机硬件原理图2 室内机原理图2 风机 步进电机 室外机电源 室内机硬件原理图3 室内机原理图3 电源 光电隔离 到室外机 室外机电源线 室内机硬件原理图4 室内机原理图4 5V 12V电源 过零检测 红外接收 温度传感器 室外机硬件原理图1 室外机原理图1 dsPIC30F3011 2010 室外机硬件原理图2 室外机原理图2 室外风机 四通阀 电子膨胀阀 室外机硬件原理图3 室外机原理图3 过流检测 过欠压检测 室外机硬件原理图4 室外机原理图4 温度传感器 电机速度反馈 室外机硬件原理图5 室外机原理图5 通讯 室外机硬件原理图6 室外机原理图6 IPM接口 室外机硬件原理图7 室外机原理图 IPM 5V 15V电源 反电动势检测 室外机原理图7 日程 V F控制dsPIC及PIC18Fxx31特点SVPWM实现系统硬件介绍系统软件介绍演示 室内机主流程图 1 2 室内机主流程图 2 2 室内机中断处理流程 1 2 室内机中断处理流程 2 2 室外机控制框图 室外机工作状态 制热模式 四通阀 压缩机 室外风机工作除霜操作制冷模式 压缩机 室外风机工作通风模式 室外风机工作除湿模式自动模式 根据室内温度在通风 制冷 制热模式之间进行切换测试模式 室外机主流程 main c 系统初始化模块 系统初始化复位仲裁片内外设初始化 I O端口 PWM模块 ADC模块 UART模块 定时器1 RAM驱动初始化 风机 四通阀 LED 主电源 扩展I O 冷启动保护系统状态初始化UART接收状态初始化 时钟模块 timer c 处理所有的时钟 定时器 最小分辨率为5毫秒以5毫秒为基数的时钟 定时器以秒为基数的时钟 定时器以分为基数的时钟 定时器以小时为基数的时钟 定时器 内外机通讯协议 采用半双工的UART方式传送室内机为Host 室外机为SlaveHost发送命令帧 Slave发送状态帧 每帧数据包括六个字节 前五个字节为数据或状态 最后字节校验每次数据交换由Host发送命令帧 由Slave返回状态帧 如果Host在规定时间内没有接收到返回相应的状态帧 将重新发送命令帧 Slave不会主动向Host发送数据在接收到帧的第一个字节后 如在规定时间内没有接收到完整的帧数据 应该清除接收缓存中的数据 重新等待 通讯模块 communication c 处理与室内机 主机 的数据交换任务数据交换以帧为单元 帧结构及通讯协议请参考通讯协议部分的说明接收数据的处理接收数据的响应接收状态切换至发送状态的过程控制发送状态切换至接受状态的过程控制字节的收发在相应的中断服务程序中完成 室外机通讯处理流程 自动 经济模式的预处理 auto c 根据室内环境温度与设定温度的差值切换至相应的实际工作模式设定温度固定为22 C室内环境温度 设定温度 1 C 切换至制冷模式设定温度 室内环境温度 1 C 切换至制热模式 室内环境温度 设定温度 1 C 切换至通风模式 传感器 ADC 模块 get ad value c 采样结果采用查询方式 高速ADC 每10秒钟 通过扩展电路 用一个AD输入端口对八路模拟量进行间隔扫描每5毫秒切换一扫描通道待扫描通道需提前5毫秒被切换每通道连续采样6次 中间四次取平均通过查表方式取得相应的值 温度 电压 电流 0 5 C分辨率 ADC模块流程图 目标频率设置 temp to freq c 目标频率与运行模式 设定温度 室内 外环境温度 室内 外盘管温度 压缩机工作液进 出口温度 供电电压 工作电流相关目标频率1 f1 由运行模式 设定温度 室内环境温度决定目标频率2 f2 由运行模式 室环境温度决定目标频率3 f3 由室内 外盘管温度决定目标频率4 f4 由供电电压 工作电流决定目标频率 f Minus f1 f2 f3 f4 环境温度也影响压缩机工作频率 例如 在制热模式下 目标频率设置 流程图1 4 目标频率设置模块 流程图2 4 目标频率设置模块 流程图3 4 目标频率设置模块 流程图4 4 目标频率设置模块 系统运行模式处理 system mode switch c 用于处理系统实际运行模式之间的切换运行模式的切换只在进程稳定时进行运行模式切换后 需进行进程的设置模式切换如涉及四通阀的状态切换 压缩机应先停 再启动 系统运行模式处理流程图 进程控制模块 sequence move c 进程 系统进入稳定工作状态的过程 不稳定工作状态通常牵涉到压缩机 四通阀 风机的状态切换启动时动作顺序 风机 四通阀 压缩机关闭时动作顺序 制冷模式 压缩机 四通阀 风机制热模式 压缩机 风机 四通阀避免压缩机的频繁开关压缩机启动保护 风机 四通阀控制模块 fan valve module c 风机的速度控制根据工作模式和运行频率来设定风机速度风机速度在非关状态之间切换时 应插入一定时长 50毫秒 的关状态通风模式下 风机不工作四通阀控制四通阀关 制冷 除湿 测试 除霜 通风四通阀开 制热 测试 除霜 压频参数设定模块 voltage frequency c 每隔一固定时长 1秒 对运行频率进行调整步调方向 目标频率步调精度 1赫兹压缩机的电压参数与频率参数应同步设置频率参数影响电压参数供电电压影响电压参数电压参数的补偿 低频端 40赫兹 参照压缩机规格书 V F模块流程图 V F的实现1 4 pwm isr c PWM设置 4KHZ 低有效 3组互补输出 中心对齐 故障保护计算相位值计算每组PWM信号的占空比根据相位确定加在压缩机上的电流回路 流程图 V F的实现1 4 V F的实现2 4 pwm isr c 计算相位值相位寄