凌阳SPMC75F2313在横机变频器上的应用

凌阳SPMC75F2313在横机变频器上的应用 (http://www.bopuit.com)

北京凌阳爱普科技有限公司

摘  要:本文主要介绍凌阳16位工业级单片机SPMC75F2313配合6管IGBT开发的横机专用变频器,该 变频器具有成本低,性能高、便于客户量产等优点,在横机机械生产及半自动横机改造领域有着广泛的应用.

关键词:SPMC75F2313、横机变频器

1    引言
随着针织机械技术的发展、科技的进步,对针织机械自动化技术的要求也越来越高,变频调速技术在针织机械中的应用,也将越来越普遍.

针织机械领域,在原有手摇式针织横机的基础上,为了实现电气自动控制运行代替手动操作的目的,在原有横机的基础上加装马达传动系统、微电脑控制系统,完成横机的自动化改造.

本文以凌阳SPMC75为基础,开发出针织横机专用变频器.下面将详细介绍其原理.

2    总体方案介绍
本方案采用凌阳16位高性能单片机SPMC75F2313A和6管IGBT组成的三相桥电路组成,带有硬件保护电路.系统方框图如图所示:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230174790.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">


3    横机变频器功能介绍

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230175878.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
3.1 性能规格
输入:

■        输入电源电压   :单相,220V,50/60Hz
■        容许波动       : 电压 -15%—10%,频率 ±5%
■        额定电流设定   : 8~12A可调,超过额定电流的60%显示过载提示
■        变频控制方式   :电位器、按键、485通讯、端子控制
输出:
■        最大驱动能力   :1.5KW三相感应电机
■        极限驱动能力   : 2.2KW三相感应电机
■        载波频率       : 10K
■        基本频率       : 20-300Hz
■        启动频率       : 0.1-300Hz可调
■        输出频率       : 0-300Hz可调
■        上限频率       : 10-300Hz可调
■        下限频率        : 0.1-300Hz可调
■        最高输出电压   :可调(≤220V)
■        最低输出电压   :可调(≥2V)
■        加速时间       :1~999秒可调
■        减速时间       :1~999秒可调
■        最小调整频率   :0.15Hz

3.2 按键功能说明
按键
功能说明

MODE
正常显示与设置切换,读出功能号数据,数据写入确认

MOV
显示状态切换;功能组和功能号的选择切换,设定数据的修改

UP
功能号和数据递增

DOWN
功能号和数据递减

START
变频器运行命令

STOP
变频器停止命令、故障复位命令




4    硬件系统设计
4.1 功率逆变部分
该方案功率逆变部分采用6管IGBT单管组成,具有成本低、可靠性高等特点.如图所示:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230174814.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">


4.2 逆变桥驱动电路
逆变桥驱动电路采用光耦A314J驱动,采用自举电路方式,实现上下桥臂的驱动.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230174866.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">



4.3 过载保护电路
该方案过载保护电路采用硬件保护机制,减少了软件处理延时,保护效果更明显.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230175066.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">


4.4 开关电源电路

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230175071.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">


4.5 芯片特性简介
本系统是基于SPMC75F2313A实现的横机变频器方案,下面介绍SPMC75F2313A的特性.

SPMC75F2313A 是μ’nSP系列产品的一个新成员,是凌阳科技新推出的一个16位结构的微控制器.与其它μ’nSP产品不同的是,SPMC75F2313A主要应用在工控或是家电的变频驱动领域.由于其拥有出色性能定时器PWM信号发生器组.因此,SPMC75F2313A可以方便的实现各种电机驱动方案.
    SPMC75F2313A在4.5V~5.5V工作电压范围内的工作速度范围为0~24MHz,拥有2K字SRAM和32K字闪存ROM;64个可编程的多功能I/O端口;5个通用16位定时器/计数器,且每个定时器均有PWM发生的事件捕获功能;2个专用于定时可编程周期定时器;可编程看门狗;低电压复位/监测功能;8通道10位模-数转换.SPMC75F2313A在电机控制领域有相当优秀的表现.

特性包括:

◆ 凌阳16位μ’nSP处理器(ISA 1.2)

◆ 工作电压:    内核:4.5V~5.5V

◆ 最高运行速度:24MHz

◆ 工作温度: -40 ℃~85 ℃

◆ 芯片内存储器:

      32KW (32K×16) Flash

      2KW (2K×16) SRAM

◆ 基于时钟发生模块的锁相环电路

◆ 看门狗定时器

◆ 10位模/数转换器

     8通道输入

     10us (100kHz)转换时间

◆ 串行通讯接口
     通用异步串行通讯接口(UART)

     标准外围接口(SPI)

◆ 总计33个通用输入输出管脚

◆ 电源管理

     2种低功耗模式:Wait/Standby

     每个外设都可以独立的供电

◆ 两个比较匹配定时器

◆ 5个16位通用定时器

◆ 2个用于脉宽调制,2个用于速度捕获,1个用于速度反馈环.

◆ MCP定时器3支持 TIO3A~TIO3F, MCP定时器4支持 TIO4A~TIO4F

◆ 脉宽调制定时器支持递增/递减计数

◆ PDC定时器0/1均支持3通道的TIO0A~TIO0C输入捕获

◆ TPM定时器2支持捕获/脉宽调制

◆ 12个16位脉宽调制输出

◆ 2通道的电机驱动脉宽调制输出(互补的3相6路脉宽调制输出)

◆ TIO3A~TIO3F利用 MCP 定时器3工作, TIO4A~TIO4F利用MCP定时器4工作

◆ 中心(center)或边沿(edge)脉宽调制输出

◆ 通过外部错误保护管脚进行脉宽调制输出保护

◆ 可编程的死区控制(Dead time control)

◆ 脉宽调制服务和错误中断发生

◆ 具备驱动交流感应电机和直流无刷电机的能力

◆ 内嵌在线仿真功能

5    结语
该系统硬件结构简单,功能比较复杂,技术含量较高,采用的技术处于领先水平.电机驱动部分可以实现不同转速的平稳运行,保证输出力矩恒定等优点.和其配套的控制器可以将编制的花样设计转化成程序控制,根据客户的不同要求完成不同类的编制动作.该变频器有较强的兼容性,可以适用于不同型号的横机控制系统.500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/882061230175878.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">