基于dsp的交流調(diào)速系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)方案

1 引言

長期以來，由于交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣泛。但因異步電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的被控對象，磁通和轉(zhuǎn)矩耦合在一起，不能對磁通和轉(zhuǎn)矩分別控制，因此一直沒有獲得高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，直到70年代才有了突破性發(fā)展。在eblashke和w.flotor提出了“感應(yīng)電機(jī)磁場定向的控制原理”后，文獻(xiàn)[2，3]對基于逆系統(tǒng)理論和基于微分幾何控制理論的解耦方法，以及如何對異步電動(dòng)機(jī)解耦做了介紹。在交流調(diào)速理論發(fā)展的同時(shí)，人們也在研究交流調(diào)速系統(tǒng)硬件接口電路的設(shè)計(jì)方法。隨著高性能dsp芯片、電力電子器件的出現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)也逐漸形成標(biāo)準(zhǔn)。本文詳細(xì)介紹了一種基于dsp的交流調(diào)速系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)的方法，對各個(gè)電路如采樣電路、轉(zhuǎn)速反饋接口電路、驅(qū)動(dòng)電路的主要功能及電路元器件參數(shù)的選擇給出了詳細(xì)的說明，實(shí)驗(yàn)證明這種方法是可行的。

2 主電路設(shè)計(jì)

本文的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對象為：額定功率為55kw，額定電壓為440v，額定電流為90a，額定轉(zhuǎn)速為1800r/min的異步電機(jī)。調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

本設(shè)計(jì)選取了tms320f2812系列定點(diǎn)dsp作為電動(dòng)機(jī)控制主芯片，圍繞它展開了硬件接口電路的設(shè)計(jì)。具體包括：電流采樣電路的設(shè)計(jì)，速度檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。因?yàn)楸疚囊杂布O(shè)計(jì)為主，故在其他方面如park變換，clarke變換等軟件設(shè)計(jì)方面不予以贅言。

3 電流采樣電路的設(shè)計(jì)

3.1電流采樣電路

電流采樣電路的目的是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)得到反饋的交流電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)，即將傳感器檢測到的電流信號(hào)進(jìn)行放大，偏置輸出到dsp的a/d接口，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成dsp可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，以方便dsp進(jìn)行處理。因?yàn)楸菊n題研究的是三相平衡系統(tǒng)ua+ub+uc=0，故只需要檢測其中兩路電流即可。

3.2電流傳感器的選擇

根據(jù)異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可知，定子電流檢測的精度和實(shí)時(shí)性是整個(gè)矢量控制系統(tǒng)精度的關(guān)鍵。因此，對電流的檢測要求精度高和速度快，顯然普通的電流傳感器很難滿足要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的額定電流為90a，考慮兩倍的安全裕量，實(shí)際定子電流取到180a。本實(shí)驗(yàn)選取深圳市貝爾特電子有限技術(shù)公司出品的csns200m-002電流傳感器。該電流傳感器的原邊電流為200a，與預(yù)選的電流值(180a)很接近，滿足選取原則。

3.3運(yùn)算放大器的選擇

本文所研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中電機(jī)線電流變化范圍從0a～90a，變化范圍很大。如果在如此寬的范圍之內(nèi)，電流信號(hào)采用一個(gè)固定的放大倍數(shù)，精度堪憂。所以初級(jí)采用可編程放大器ad526，通過調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來滿足要求，并由ad526產(chǎn)生正的1.65v的電壓信號(hào)。由于tms320f2812要求的電壓為3.3v，所能識(shí)別的僅是正的電壓值，而電流信號(hào)為正負(fù)交替的交變信號(hào)，因此，需要有一個(gè)減法比較環(huán)節(jié)將正、負(fù)信號(hào)做減法運(yùn)算，由比較環(huán)節(jié)最終輸出的電壓值就是可以為tms320f2812所能使用的電壓值。

設(shè)計(jì)中先將霍爾的電流信號(hào)通過電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，為了防止電壓過高或過低，設(shè)計(jì)了由二極管構(gòu)成的限幅電路，由于電流反饋具有較大的噪音紋波，因而采用低通濾波電路?？紤]到現(xiàn)場環(huán)境的影響以及其他未可預(yù)知的干擾，在本設(shè)計(jì)中，選取了op27型放大器。