基于DSP的交流电机伺服控制器设计

2.3 三相逆变桥电路

三相逆变桥的功能是把直流电转换成频率可调的的三相交流电,由逆变电路和续流电路组成的[5]。

(1)逆变电路   在图1中，由开关器件V1~V6构成的电路，常称之为逆变桥。V1~V6接受控制电路SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。当电源电压为220 V时，整流后直流电压：

(2) 续流电路   图1中并联在开关管的6个二极管构成续流电路，其功能是为电动机绕组的无功电流返回直流电路时提供通路；当频率下降、同步转速下降时，为电动机的再生电能反馈至直流电路提供通路；为电路的寄生电感在逆变过程中释放能量提供通路。

2.4 能耗制动电路

在变频调速系统中，电动机的降速和停机通过逐渐减小频率实现。在频率刚减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，由于机械惯性的原因，电动机的转子转速未变。当同步转速低于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180°，电动机处于发电机状态。与此同时，电动机轴上的转矩变成了制动转矩，使发电机的转速迅速下降。电动机处于再生制动状态。电动机再生的电能经过续流二极管全波整流后反馈到直流电路，由于直流电路的电能无法输回给电网，仅靠滤波电容吸收，尽管部分电能还被继续消耗，但滤波电容上仍有短时间的电荷堆积，形成泵生电压使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此当直流电压超过一定值时，就要提供一条放生回路，将再生的电能消耗掉。能耗制动电路便是专门用来消耗电动机再生电能的电路。能耗制动电路由制动电阻和制动单元开关管组成，在图1中，介于滤波电路和逆变电路之间的电路是能耗制动电路。制动电阻R是专门用于将电动机的再生电能转换成热能而消耗掉，选择器件时主要考虑电阻阻值以及功率，一般情况下，阻值的大小以使制动电流不超过变频器额定电流的一半为宜。

取100 W即可，可选择珐琅大功率电阻510 Ω/200 W。

制动单元一般由功率管、电压取样与比较电路以及驱动电路组成。由于电压较大，应选用电流互感器将电流采样后转换为0~3 V的电压，经过2812的AD单元后与设定值进行比较，如果达到要求，则2812输出一路信号通过光电耦合器后驱动功率管打开，进行能耗制动。功率管经常选用GTR或IGBT，但本系统功率较小，选用功率较大的三极管即可。要求如下：

2.5 电流采样电路

系统中的电流检测环节是电流传感器，该电流传感器是利用霍尔效应和磁平衡原理制成的一种电流传感器，能够测量直流、交流及各种脉冲电流，同时在电气上高度绝缘。经过霍尔电流传感器，需要检测的电流信号按比例缩小为电压信号，为了防止后续电路对这个电压检测信号的干扰，系统利用运算放大器"虚短"和"虚断"的原理设计了电压跟随器，霍尔元件检测到电流信号后，由于电压PWM调制的影响，波形不可避免地会有一些毛刺，所以需要加一个低通滤波器，采用二阶压控型低通滤波器。滤波电路的输出在进入DSP和AD环节之前，为了防止电压太大损坏DSP，还需经过一个钳位电路,DSP芯片使用3．3 V 供电，因此系统设计了3．3 V钳位电路，使得输入AD转换模块引脚的模拟信号不超过3．3 V，如图2所示。

2.6 光电编码电路

测速是速度闭环控制系统的关键。本系统采用光电编码器，有A相、B相、Z相三路输出。其中A相与B相用于测速，它们的相位差为90°，每转一圈输出2 048个脉冲；而z相脉冲为每转一圈输出一个脉冲；脉冲的幅值为15 V。光电编码器的A 相和B相经光电隔离后进入74LS14转换成幅值较低的脉冲信号，输入到DSP的编码器接QEP1和QEP2引脚。其电路图如图3所示。

作者：李 伟 林旭梅   来源：电子技术应用