第9章：交流电机驱动技术.pdfVIP

交流电机驱动技术 贝加莱工业自动化有限公司 何新峰 1. 目前交流电机一般数字控制系统的构成及各部分的功能介绍 交流电机的一般数字控制系统是指以工业计算机为核心，控制对象为各种交流电机的开 环或闭环的控制系统。一般情况下为了提高交流电机的控制精度和动态特性我们均采用闭环 控制的方式。 针对交流电机的不同类型，目前已经典型应用的控制系统有以下几种： 同步电机控制系统，异步电机控制系统，开关磁阻电机控制系统等。虽然不同的控制方式控 制原理不同，但是系统的构成和各部分的功能基本一致。 1) 电源系统 电源系统是指将输入系统的动力电源转换成用于驱动交流电机的直流或交流电源，根据 实际控制方式的不同，一般可以分为“交直交” 电压源型逆变电路，“交直交” 电流源型逆变电 路，“交交”型变频电路以及泵电源电路等。图 1 是“交直交” 电压源型电源系统的典型电路， 如果将并联的滤波电容去掉，在直流侧串联一个大滤波电感则为“交直交” 电流源型电路。 图 1 2) 微处理器板 微处理器是用来实现交流电机各种数字控制算法的硬件平台。主要组成如下： a) CPU，通常根据系统的复杂程度选择通用单片机或专用的 DSP 芯片 b) RAM，ROM，EPROM，CPU 外围驱动芯片组 c) 实时钟，通讯接口 d) 总线系统，用来连接主机板和各种外围系统支持板，接口板等。主要有 STD 总线， 工业 PC 总线，VME 总线等 e) 在实时内核上运行的各种控制算法（U/F 控制，矢量控制，直接转矩控制，无速度 传感器控制等） 3) 功率开关器件 功率开关器件通过根据来自微处理器板的控制信号控制大功率输出器件的关断和导通， 来实现对交流电机的输出电流和电压的控制。根据控制方式的不同，其输出方式由方波输出 逐渐发展到 PWM 输出或 SPWM 输出。开关器件也由原来的 GTR，MOSFET，发展到 IGBT， IPM 等。参见下面的典型 IGBT 逆变输出电路。 图2 4) 接口和外围设备 接口和外围设备主要用来连接外部的输入装置和数字控制系统的各种数字量，模拟量等 被控量的反馈信号。 a) 数字输入输出接口，主要分为并行输入输出接口扩展和串行输入输出接口扩展，主 要用来扩展系统外部存储器和数字量的输入输出。 b) 模拟量输入输出接口，主要分为数/模转换器和模/数转换器。来自微处理器的数字 量控制信号经过 D/A 转换成模拟量信号输出到外围控制部件，同样系统外部的各 种传感器信号（电压，电流，温度等）也经过 A/D 转换成数字量信号经过总线系 统传送到 CPU 中进行相应的控制。 c) 通信接口，主要分为并行通信和同步或异步串行通信。使用通信接口可以将多个处 理器系统连接起来实现故障诊断，软件监控，多台交流电机联动控制等功能。 d) 键盘与显示接口，用来实现人机交互。 5) 信号检测及处理 采用闭环控制的数字控制系统必须实时检测被控对象的各个参变量，然后反馈给主 CPU。交流电机的主要检测物理量为，电机电枢温度，定子电流，电子电压，电机转速， 电机位置等。 a) 电流检测主要采用采样电阻法，电流互感器法和霍尔元件检测法。 b) 电压检测主要采用电阻分压法，电压互感器法和霍尔传感器法 c) 温度检测主要采用热电阻和热开关继电器等元件 d) 电机位置和速度检测主要采用测速电机和位置编码器等反馈形式。其中位置编码器 可以根据实际使用的要求分别选用旋转编码器，光电编码器等多种类型。 一般数字系统的构成框图请参见图 3： 图3 2. 异步电机调速通用控制方法：标量控制，矢量控制，无传感器控制，直接转 矩控制的原理介绍及功能特点分析 标量控制是指对只对交流异步电机的输入电压和输入频率进行幅值的控制，不考虑电机 中各物理量