基于dsp的交流調速系統硬件接口電路設計方案

1 引言

長(cháng)期以來(lái)，由于交流異步電機結構簡(jiǎn)單、運行可靠、制造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，其應用越來(lái)越廣泛。但因異步電機是一個(gè)多變量、非線(xiàn)性、強耦合的被控對象，磁通和轉矩耦合在一起，不能對磁通和轉矩分別控制，因此一直沒(méi)有獲得高性能的交流調速系統，直到70年代才有了突破性發(fā)展。在eblashke和w.flotor提出了“感應電機磁場(chǎng)定向的控制原理”后，文獻[2，3]對基于逆系統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)機解耦做了介紹。在交流調速理論發(fā)展的同時(shí)，人們也在研究交流調速系統硬件接口電路的設計方法。隨著(zhù)高性能dsp芯片、電力電子器件的出現，交流調速系統的硬件電路設計也逐漸形成標準。本文詳細介紹了一種基于dsp的交流調速系統硬件接口電路設計的方法，對各個(gè)電路如采樣電路、轉速反饋接口電路、驅動(dòng)電路的主要功能及電路元器件參數的選擇給出了詳細的說(shuō)明，實(shí)驗證明這種方法是可行的。

2 主電路設計

本文的設計實(shí)驗對象為：額定功率為55kw，額定電壓為440v，額定電流為90a，額定轉速為1800r/min的異步電機。調速系統原理圖如圖1所示。

本設計選取了tms320f2812系列定點(diǎn)dsp作為電動(dòng)機控制主芯片，圍繞它展開(kāi)了硬件接口電路的設計。具體包括：電流采樣電路的設計，速度檢測環(huán)節的設計，功率開(kāi)關(guān)器件的驅動(dòng)電路設計等幾個(gè)方面。因為本文以硬件設計為主，故在其他方面如park變換，clarke變換等軟件設計方面不予以贅言。

3 電流采樣電路的設計

3.1電流采樣電路

電流采樣電路的目的是在閉環(huán)控制系統中實(shí)時(shí)得到反饋的交流電動(dòng)機定子電流信號，即將傳感器檢測到的電流信號進(jìn)行放大，偏置輸出到dsp的a/d接口，將電流信號轉換成dsp可識別的數字信號，以方便dsp進(jìn)行處理。因為本課題研究的是三相平衡系統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

根據異步電機的數學(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(mǎn)足要求。根據設計要求，試驗電動(dòng)機的額定電流為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，與預選的電流值(180a)很接近，滿(mǎn)足選取原則。

3.3運算放大器的選擇

本文所研究設計的系統中電機線(xiàn)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，電流信號采用一個(gè)固定的放大倍數，精度堪憂(yōu)。所以初級采用可編程放大器ad526，通過(guò)調節放大倍數來(lái)滿(mǎn)足要求，并由ad526產(chǎn)生正的1.65v的電壓信號。由于tms320f2812要求的電壓為3.3v，所能識別的僅是正的電壓值，而電流信號為正負交替的交變信號，因此，需要有一個(gè)減法比較環(huán)節將正、負信號做減法運算，由比較環(huán)節最終輸出的電壓值就是可以為tms320f2812所能使用的電壓值。

設計中先將霍爾的電流信號通過(guò)電阻轉化為電壓信號，為了防止電壓過(guò)高或過(guò)低，設計了由二極管構成的限幅電路，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]到現場(chǎng)環(huán)境的影響以及其他未可預知的干擾，在本設計中，選取了op27型放大器。