第13卷第1期重庆科技学院学报（自然科学版）2011年2月
收稿日期：2010-05-27
作者简介：姜程（1985-），男，湖南怀化人，重庆理工大学在读硕士研究生，研究方向为电力电子与电力拖动。
多相电机与三相电机相比，有许多突出的优势，例如多相系统能减小转子谐波损耗和直流母线上的谐波电流，减少转矩脉动。六相电机已经被应用于推进系统中，比如船舶推进系统和电车推进系统。由于可靠性高和优越的电磁转矩特性，多相电机正越来越多的被学者们研究。本文根据六相电机的特性，设计了一个适用于六相电机多种控制方案的硬件平台。 六相感应电机是将三相感应电机的60°相带绕
组等分为两个相带，得到两组互差30°的电角度，中点隔离的对称三相绕组，其模型如图1所示。
图1六相感应电机物理模型
这样a 、c 、e 构成一套三相对称绕组，b 、d 、f 构成一套三相对称绕组，因此从电机外部看它是一个双
Y 移30°的不对称六相系统，又称为双三相感应电
机。控制系统是一个能量的控制与转换过程。这其中
需要将外部的工频电源转换为直流电源，然后再通过相应的控制手段转换为我们需要的可控的交流电源。因此，整个电路采用AC-DC-AC 的电源转换电路。整流电路采用不可控整流桥，而逆变器则是整个系统的受控对象，其控制精度和可靠性直接影响到整个系统的设计性能。首先三相电压为工业用380V 交流电，由于系统对于整流后的波形要求并不高，就直接采用三相不可控整流桥。因为是双三相电机，逆变部分可以将a 、c 、e 相作为一个三相来控制，而b 、d 、
f 相又作为另外一个三相来控制。如图2所示，逆变器
件采用智能功率模块IPM ，因为IPM 模块将功率模块，驱动电路，保护电路集于一体，使整个系统的开发工作变得快捷而方便。我国的市电电压波动比较大，为防止直流侧中有高次谐波，所以在IPM 的P,N 直流电压端前加上一个大电容进行滤波。
图2
系统电路
基于DSP 的六相电机控制系统的硬件设计
姜
程
李
山
（重庆理工大学，重庆400050）
摘
要：设计了六相感应电机的控制平台的硬件结构及其各个组成部分，控制平台结构主要由DSP 控制系统和主驱
动电路系统以及检测电路系统组成。控制系统采用TI 公司的TMS320F2812快速DSP 控制芯片。关键词：DSP ；六相电机；硬件设计中图分类号：TM364+.2
文献标识码：A
文章编号：1673-1980（2011）01-0145-03
逆变
电机
整流
驱动隔离
逆变
PDPINT ADC
PWM C A P
电流，电压检测
bs ar
q
d as as bs
fs
fs
es
es
ds ds cs
cs
θr
ππ6
ar fr er dr
cr
br 145
··
2DSP 控制电路
DSP 控制板是整个控制系统的运算核心，同时
还包含了系统对外的通讯和仿真接口，本文选用了
TI 公司的TMS320F2812作为控制芯片，它将实时处
理能力和控制器外设集于一身，被广泛用于工业电机驱动系统。
图3
控制系统框图
2.1电源电路
DSP 系统一般都采用多电源系统，电源及复位
电路的设计对系统的性能有重要的影响，
TMS320F2812是一款较低能耗的芯片，核电压为1.8V ，IO 电压为3.3V 。本文采用TPS767D318芯片，能将5V 电压变换成3.3V 和1.8V 两种不同的电压。
图4电平变换电路
TMS320F2812DSP 的时钟电路可以有两种链接
方式，即外部振荡器方式和谐振器方式，本文选用的是谐振器方式。其电路简单，只需一个晶体和两个电容即可。
2.2DSP 与JTAG 的接口设计
DSP 仿真器通过DSP 芯片上提供的仿真引脚实
现仿真功能，扫描仿真扫除了传统电路仿真存在的电缆过长引起的信号失真及仿真插头可靠性差的问题，扫描仿真使得在线仿真成为可能，给调试带来极大方便。
图5JTAC 接口电路
2.3
DSP 的串行接口设计
由于TMS320F2812芯片的SCI 接口的TTL 电平与
PC 机的RS-232电平不兼容，所以连接时必须要经过电平转换，本文选用MAX202E 芯片驱动串行通信。
其集成度高，而且具有两个接收和发送通道。
图6
串行接口电路
2.4主控制电路调试经验
在调试主控制电路时，系统板的供电电源应具
有很好的恒流恒压性，系统板供电电源应是5V ，电压如果过低，由JTAG 向Flash 烧入程序时会出现错误提示，电压如果过高，则会烧坏DSP 芯片，所以在加电后，用手感觉芯片是否特别热，如果发现芯片太热，则应立即断掉电源，重新检查电路。
3DSP 信号驱动电路
由DSP 输出的PWM 控制信号需要经过一定的转换与隔离才能对功率原件进行控制，这其中不仅要保证控制信号的驱动能力，同时还要保证准确性与抗干扰性。逆变电路选用三菱公司的型号为
PM75DSA120的智能功率模块（IPM ）。它是把逆变
管配套的驱动电路、检测电路与保护电路以及某些接口电路和功率模块都集成到一起的集成功
复位电路
JTAG 电路
串口通信
时钟电路
DSP TMS320F2812
电源电路
1234567891011121314
+5V
C 180.1μF C1947μF
NC NC 1GND /1ED 1IN_11IN_2NC NC 2GND /2EM 2IN_12IN_2NC NC NC NC
/1RESER NC NC 1FB/NC 1OUR_11OUR_2/2RESET NC NC NC 2OUT_12OUT_22827262523222120191817
1615
24D3DIODE
D5DIODE
D4DIODE
C 200.1μF +C 2110μF
L 1INDUCTOR1
+1.8VD
+3.3VA +3.3VD
L 2INDUCTOR1
L 3INDUCTOR1R191K C 2310μF
C 220.1μF D6LED
TPS767D318
TRST
+5V
C 240.1μF
C 2510μF
TMS TDI TDO
TCK EMU0EMU1
1357911132468101214
JTAG
R 205.1K
R 21 5.1K
U 51μF
1μF
C 15C 161μF 1μF C171μF
+5V
R 17D1SCIRXDA1
+5V
R 18D2
SCIIXSA1
470
470
DB9
COM1COM2
DB9
146
··
率模块。
PM75DSA120是一个两单元IPM模块，只能作为一组上下桥臂的功率块，当控制信号（栅极驱动）与主电路共用一个电流路径时，由于主回路有很高的d i/d t，致使在具有寄生电感的功率回路产生感应电压，而导致电压感应到栅极把本来截至的IGBT导通，因此IPM需要两组相互隔离的电源，上下桥臂各一个。因为是六相电机，需要两组三桥臂的驱动模块，因此，本文需要6个PM75DSA120模块。每三个组成一组，用于驱动电机的其中三相。由于DSP TMS320F2812有两个事件管理器（EVA,EVB），每个事件管理器的全比较单元刚好可以发出6个PWM信号，可以驱动3个PM75DSA120模块。两个事件管理器则刚好可以控制六相电机需要的12个PWM信号，DSP的EVA驱动电机的A,C,E相，EVB则驱动电机的B,D,F相。
DSP发出的PWM信号不能直接连接到IPM上，而是需要一个隔离电路，这里采用IPM专用的高速光耦HCPL4504，如图7所示。
图7隔离电路
作为一个完善的控制系统，故障的检测和保护电路必不可少。本系统中，过压、过流、过温保护均集成在IPM器件上，每一个单元都有单独的过压和过流保护。当有故障发生时，IPM会封锁住所有的输入信号，停止输出驱动电压，并且会发出一个错误信号F0。因此，必须有一个外部电路检测到这个信
号，并将其送至DSP中的PDPINT引脚。当IPM模块正常工作时DSP的PDPINT引脚为高电平，DSP正常输出脉宽调制波；如为低电平，说明IPM模块已经检测到故障，如过流，过温等，则DSP的PWM引脚被置为高阻态，封锁PWM输出。由于保护电路属于系统的弱电控制，而故障信号又是从系统的主电路取出的，为保证系统稳定，要实行弱电与强电的隔离，本文采用PC817作为错误信号隔离电路，如图8所示。
4检测电路
电机的控制系统大多是通过闭环进行控制的，为了进行闭环控制，首先要将控制量（电压，电流等）检测出来，然后再反馈给控制系统，检测电路是交流控制系统中的重要组成部分，它的设计是否合理，直接影响到装置运行的可靠性和控制的精度。由于电机是采用电压源型逆变器供电，电流波形是含有高次谐波的毛刺形状，DSP的AD转换器只能接受幅值在一定范围（0～3.3）内变化的电压信号，因此模拟量输入通道设计应考虑滤除干扰，极性变化和幅值变换等因素，然后再把电压信号输入到A/D 转换器，以便DSP采样处理。本系统采用LEM霍尔电流传感器LT100-P，它的工作电压是V，输入输出比是1000∶1，由于霍尔传感器输出的是弱电流信号，因此要把霍尔传感器的电流信号转换为电压信号，然后再经电压跟随器，再经过滤波处理，但此时霍尔传感器输出的是有正负的交流信号，而TMS320F2812的AD口的输入需是0～3.3V的电压信号，所以为了AD转换器既能转换其正信号，又能转换其负信号，还需要将电压信号提升，将其负信号全部提升至正电压信号以适应DSP的输入需求。
图8错误信号隔离电路
运放MCP604构成了一个巴特沃斯有源低通滤波器，为了使AD采样能够正确的反映电流的变化情况，同时也滤除干扰，滤波器的截止频率设置为10kHZ。
图9电路检测电路
5结语
由于DSP具有高速运算能力，实时控制性能及较高的采样精度，使当前一些先进的控制策略，如矢量控制或直接转矩控制达到预期的效果，对变频调速系统的发展有很大的帮助。
PWM1R1
330VCC
1
2
3
4
NC
ANODE
CARH0DE
NC
Vcc
NC
V0
GND
8
7
6
5
R2
6.8K
C1
100P
V15D1
C2
0.1u
V15GND1
1
2
V15D1
F01
Collector Anode
Emitter Cathode
R3
10K
GND
VCC
C3
100nF
4
3
R56
2.5K C49
0.001μF
1
1
AMP1A
ADCIN01
1
MCP604
2
3
10K
R58
C47
0.01μF
AGND
R57
2.5K
AGND
+15V
U19
6
2
3
8
4OP07
-15V
R42
15
AGND
CURA
u1
1
2
3
+15
-15
LT100-P
OFFSET
（下转第160页）
147
··
参考文献
[1]李永东.交流电机数字控制系统[M].北京：机械工业出版
社,2002.
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机械工业出版社，2007.
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版社，2005.
Hardware Design on Conrol System of Six-phase Motor Based on DSP
JIANG Cheng LI Shan
(Chongqing University of Technology ，Chongqing 400050)
Abstract ：This paper designs the hardware structure of the six-phase motor control system and introduces every component.The control platform consists of DSP control system,main drive circuit system and detection circuit system .The control system adopts TMS320F2812DSP chip of TI Company.Key words ：DSP ；six-phase motor ；hardware design
(上接第147页)
工作人员就可以及时了解监控终端的信息，并确定事故发生的位置，实现了整个系统的监控。
4结语
该智能化变电所遥视系统解决了变电所现场的可视化和环境监控问题。该系统利用嵌入式技术连续监测变电站的实际情况，还能够节约硬件资源，提高录像有用数据提取的效率。另外通过遥视技术能够更加方便快捷地处理图片以及更加准确地确定存储的时刻和实现报警功能；改善了传统图像边缘分
析算法，提高了采集图像的稳定性；提高了经济效益和工作效率，实现了真正意义上的“无人值守”。
参考文献
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[M].北京：中国电力出版社，2003.
张华：一种图像预处理方式的变电站智能遥视系统设计
Intelligent Remote Vision System with Image Preprocessing
for Substations
ZHANG Hua
(Beibei Supply Bureau of Chongqing Municipal Power Corporation ，Chongqing 400700)
Abstract ：In the paper,it develops an intelligent remote vision system with image preprocessing for substations shall reduce or avoid the accident caused by no-electrical factors for adapting to the una
ttended substation.This system using remote viewing technique and embedded technology,through the improvement of computational method of getting picture,gets image edge extraction quickly and accurately,and improves the working efficiency.By experimental analysis,this proves its feasibility and reliability.Key words ：remote vision technique ；embedded technology ；picture edge
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