一種泵升電壓再生制動(dòng)控制電路的設計

摘要：給出一種泵升電壓控制電路的設計方法，將能量再生回饋到電網(wǎng)。同時(shí)給出了主電路、控制電路、主要參數的計算方法及相關(guān)波形。

關(guān)鍵詞：能量回饋；再生制動(dòng)；同步控制

1引言

一般情況下,伺服系統主電路結構如圖1所示。能量是由電網(wǎng)經(jīng)整流器、濾波器、逆變器等傳輸到電動(dòng)機的。當電動(dòng)機工作于發(fā)電狀態(tài)，即電動(dòng)機快速制動(dòng)或者帶位勢負載時(shí)，能量的傳輸需要反向，能量將在濾波電容上累積，產(chǎn)生泵升電壓，如果泵升電壓過(guò)高，會(huì )威脅系統的安全?？刂票蒙妷鹤詈?jiǎn)單的方法是：泵升電壓產(chǎn)生后，在直流母線(xiàn)之間接通一個(gè)能耗電阻，將能量釋放。如果電動(dòng)機制動(dòng)頻繁或長(cháng)期帶位勢負載運行，則能量浪費嚴重；同時(shí)，由于電阻發(fā)熱，導致環(huán)境溫度升高，將會(huì )影響系統的可靠性。本文設計的這個(gè)電路，可以很好地解決這一問(wèn)題。 2系統工作原理概述

將圖1中的三相不控整流器換為可控變流器，并在三相電源輸入端串入三個(gè)高頻扼流電抗器，用以抑制可能產(chǎn)生的雙向（電網(wǎng)姿歐系統）電磁干擾，以及在變流器工作于逆變狀態(tài)時(shí)，起到等效直流電抗器的作用，如圖2所示。

當電動(dòng)機工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可控變流器的大功率開(kāi)關(guān)器件S1～S6全部處于關(guān)斷狀態(tài)，而6個(gè)續流二極管構成三相不控橋式整流器，工作狀況同圖1。

當電動(dòng)機工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，則逆變器工作于整流狀態(tài)，而可控變流器工作于逆變狀態(tài)，使電動(dòng)機工作在再生制動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)濾波電容貯能，直流母線(xiàn)電壓升高，在超過(guò)電網(wǎng)線(xiàn)電壓值后，二極管D1～D6反向阻斷；當直流母線(xiàn)電壓繼續升高，超過(guò)設定的上限允許值UdH時(shí)，變流器開(kāi)始工作，將直流母線(xiàn)上的能量逆變回饋電網(wǎng)。此時(shí)，高頻扼流電抗器將平衡直流母線(xiàn)電壓和電網(wǎng)線(xiàn)電壓之間的差值，以保證逆變狀態(tài)的

圖2回饋變流器主電路

圖1一般伺服系統主電路結構

圖4電流檢測與控制信號產(chǎn)生電路

正常進(jìn)行。當直流母線(xiàn)電壓回落到下限設定值UdL后，再關(guān)閉變流器。就能量回饋需要考慮的問(wèn)題有：

1）回饋電流必須滿(mǎn)足回饋功率的要求，同時(shí)不能大于逆變器所允許的最大電流；

2）只有當直流母線(xiàn)電壓高于設定值時(shí)，才能啟動(dòng)逆變器進(jìn)行能量回饋；

3）為了提高回饋功率，盡量在電網(wǎng)電壓高時(shí)進(jìn)行回饋，因為如果回饋電流一定，則電網(wǎng)電壓越高回饋功率越大。

因此，系統須有電壓控制電路，同步控制電路和電流限制電路。電流和電壓的控制由兩個(gè)遲滯比較器完成，同步控制由同步檢測與控制電路完成。

3控制電路設計

3．1電壓檢測與控制電路的設計

設計電壓控制電路的目的是：當電動(dòng)機工作于發(fā)電狀態(tài)并且使直流母線(xiàn)電壓Ud升高到超過(guò)設定值UdH后，起動(dòng)變流器中的開(kāi)關(guān)管，以使直流母線(xiàn)上的能量逆變回饋回電網(wǎng)，迫使Ud回落；當Ud小于另一設定值UdL后再關(guān)閉開(kāi)關(guān)管。為了避免逆變器過(guò)于頻繁地起動(dòng)和關(guān)閉，電壓控制為滯環(huán)控制方式UdLUdH。UdL要大于電動(dòng)機工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)可能出現的最高直流母線(xiàn)電壓，即必須考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。設三相電網(wǎng)電壓波動(dòng)為±15％，經(jīng)整流后，直流母線(xiàn)上可能出現的最高電壓為：UdM=U（1＋15％）×

式中：U為相電壓的有效值。

一般情況下，當電網(wǎng)相電壓為220V時(shí)，可設定UdL=630V，電壓滯環(huán)控制的環(huán)寬為20V，UdH=650V，采用線(xiàn)性光電隔離器NEC200檢測直流母線(xiàn)電壓，線(xiàn)性地將直流母線(xiàn)電壓轉換為弱電壓信號，作為電壓滯環(huán)控制器的反相輸入。電壓檢測與控制電路如圖3所示。Uv作為控制回饋逆變器主開(kāi)關(guān)通斷的條件之一。

32電流檢測及電流控制信號的產(chǎn)生

由于直流母線(xiàn)上的電流和通過(guò)變流器開(kāi)關(guān)管的電流以及回饋電網(wǎng)的線(xiàn)電流是相等的，因此只需在直流母線(xiàn)接變流器端裝一個(gè)LEM電流傳感器，就可以檢測能量回饋過(guò)程中的所有線(xiàn)電流IL。當IL低于滯環(huán)下限ILL時(shí)，UI為高電平，允許逆變器開(kāi)關(guān)管導通；當IL高于滯環(huán)上限ILH時(shí)，UI為低電平，變流器開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。關(guān)斷后，在扼流電抗器的續流作用下，能量回饋線(xiàn)電流方向保持不變，變流器中相應二極管續流，直流母線(xiàn)上的電流反向。因此需要對LEM輸出的電壓信號整流，得到能量回饋的線(xiàn)電流反饋信號Iv，Iv作為控制回饋逆變器主開(kāi)關(guān)通斷的條件之二。

電流檢測及電流控制電路就是由電流傳感器電路、精密整流電路和遲滯比較器組成，如圖4所示。