一种异步电机矢量控制变频调速系统技术方案

一种异步电机矢量控制变频调速系统包括功率变换电路、电压检测电路、电流检测电路、转速检测电路、驱动电路、DSP核心电路和电源电路，其中功率变换电路包括依次顺序连接的桥式不可控整流电路、中间直流电路和三相全桥逆变电路组成，中间直流电路包括两个串联电容器组以及分别在两个电容器组两端并联的电阻。该异步电机矢量控制变频调速系统具有启动转矩大、调速范围宽、动态响应快、静态误差小等一系列优点。

Vector control variable frequency speed regulating system for asynchronous motor

An asynchronous motor vector control VVVF system includes power conversion circuit, voltage detection circuit, current detecting circuit, speed detection circuit, drive circuit, DSP circuit and power supply circuit, the power conversion circuit comprises sequentially connected bridge controlled rectifier circuit, the DC circuit and three-phase full bridge inverter circuit, intermediate the DC circuit includes two series capacitor and resistor respectively in two capacitors connected in parallel with the. The asynchronous motor vector control variable frequency speed regulating system has a series of advantages, such as large starting torque, wide speed range, fast dynamic response and small static error.

【技术实现步骤摘要】
一种异步电机矢量控制变频调速系统
本技术涉及的是一种异步电机矢量控制变频调速系统。
技术介绍
随着经济的快速发展,导致环境污染问题变得越来越严重,尤其是过去几年人们大量的使用汽柴油,对环境造成了极大的影响。为了有效的解决大量燃烧汽柴油对环境造成的危害,目前世界许多国家都在积极地改造各自的铁路网,逐渐用更高效、更环保的交流传动电力机车、电动车组来代替传统的内燃机车。此外,越来越多的国家正在投入大量的资源进行电动汽车的开发研制。交流传动电力机车、电动汽车的核心技术之一就是先进的交流电机调速技术。目前，交流调速技术目前己经开始朝着高频化以及智能化方向发展，因此，需要进一步提升交流调速系统的动静态特性和可靠性，同时能够降低其价格。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出一种异步电机矢量控制变频调速系统。该异步电机矢量控制变频调速系统包括功率变换电路、电压检测电路、电流检测电路、转速检测电路、驱动电路、DSP核心电路和电源电路，其中功率变换电路由依次顺序连接的桥式不可控整流电路、中间直流电路和三相全桥逆变电路组成，中间直流电路包括两个串联电容器组以及分别并联在两个电容器组两端的电阻，电压检测电路检测中间直流电路的输出电压，电流检测电路检测三相全桥逆变电路的输出电流，转速检测电路检测所述异步电机的转速，检测出的输出电压、输出电流和转速都发送至DSP核心电路，由DSP核心电路经过分析处理后向驱动电路输出PWM控制信号，由所述驱动电路控制三相全桥逆变电路，所述电源电路为DSP核心电路供电，所述异步电机的电能由电网电能经功率变换电路提供。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。图1为根据本技术的异步电机矢量控制变频调速系统框图。图2为根据本技术的异步电机矢量控制变频调速系统的功率变换电路的电路图。具体实施方式为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图详细描述本技术提供的实施例。该异步电机矢量控制变频调速系统的硬件电路主要由DSP核心电路、交-直-交功率主电路、IGBT驱动电路以及信号检测电路组成。本系统采用TMS320F2812作为DSP核心电路的芯片。TMS320F2812是TI公司推出的一款32位定点DSP芯片,是TI公司的28x系列成员之一。该芯片具有强大的数字信号处理能力,被广泛应用于工业控制领域,尤其是应用在对运算速度、运算精度都有很高要求的电机控制领域。该芯片主要有以下特征:(1)釆用了高性能的CMOS低功耗技术,主频高达150MHz,时钟周期仅为6.67ns。内核电压为1.8V,IO口工作电压为3.3V。(2)釆用高性能的32位中央处理器,一个周期内能完成32位X32位的乘法累加运算,一个周期内能完成2个16位X16位的乘法累加运算。(3)片内含有16位的128K的FLASH空间。外部可扩展多达lMxl6位的总存储空间。3个独立的片选信号,可编程的等待时间。(4)内含看门狗定时器模块。具有片内振荡器。支持动态锁相环倍频技术。(5)含有3个外部中断。外部中断模块PIE支持96个外部中断源。(6)CPU含有3个32位的定时器。(7)具备128位的安全密钥,可以保护FLASH、ROM等存储空间的程序代码，防止系统软件被随意修改或者读取。(8)具备实时分析以及设置断点功能,支持硬件实时仿真。如图2所示，功率变换电路由二极管桥式不可控整流模块、中间直流电路以及三相全桥逆变电路组成。逆变电路采用分立的IGBT元件构成。单相交流电经整流桥全桥整流之后成直流电,如电源电压为UN,则全波整流后平均直流电压Ud的大小是0.9倍UN。我国工业电源的电压为220V,考虑滤波电容的因素,直流电压Ud大小是1.2倍UN，即大约为265V。由于负载突变时,直流母线的电压波动较大,因此采用电容器来维持直流母线电压的相对稳定。此外,电容还可以减小交流电整流之后的电压纹波。一般系统中采用电解电容作为中间直流电路的滤波电容。由于受到电解电容的容量和耐压值的限制,变压变频系统中的滤波电容通常由若干个电容器并联成一组,又由两个电容器组串联而成,一般同型号的电解电容器电容量有较大的离散性,这会使上下两只电容所受的电压不平衡,为了消除这种不平衡,在两只电容上各并联一只阻值相等的电阻。逆变电路采用三相全桥结构,由六个分立的IGBT器件组合而成。由于IGBT的开关频率很高,且内部的三个结之间存在寄生电容及寄生电感,关断时会产生很大的Ldi/dt,从而在模块周边的分布电感上会产生很高的尖峰电压(关断浪涌电压),如果对其不加以抑制,则很有可能会对IGBT器件造成过压击穿。为了限制上述尖峰电压,根据电容的特性,采用在IGBT的集电极C和发射极E极之间并联上一只电容,电容可以抑制IGBT关断瞬间C和E极之间电压的突变。IGBT从通到断的过程中电容被充电,当IGBT开通的时候,电容就与IGBT形成放电回路。由于IGBT导通时IGBT的EC极间电抗几乎为零,可想而知,在IGBT那么短的导通时间里,流过IGBT的电流是相当大的,如不加限流措施,很有可能因此损坏IGBT器件。采用在电容的一端串接上一只电阻来限制放电电流。但是接入电阻之后又会影响电容在IGBT关断瞬间对EC极的缓冲抑制效果,通过在电阻旁边并联一只二极管,这样就能很好的解决上述问题。IGBT驱动电路的功能有以下几方面的作用:一是提供能使IGBT器件开通与关断的正反向栅极驱动电压;二是能实现对高压侧和低压侧的高压电隔离。此外,要求信号在驱动电路中的传输过程无延迟或延迟很小;三需要在栅极回路中串入一只电阻,用以调节驱动信号的上升沿下降沿的陆度,改变管子的导通关断时间,从而改变管子通断损耗。本文采用三菱公司的M57957L作为驱动电路的核心。该芯片具有以下特点:1)功耗较低,可用于单列直插式厚膜封装电路。2)外接串联电阻可匹配CMOS信号,输入信号与TTL电平兼容。3)内置高速光耦合器,隔离电压能力达到2500V。本技术采用ACS712作为电流检测电路的核心。ACS712量程有三种,分别是5A,20A以及30A,本系统选用的ACS712量程为30A。由于量程为30A的ACS712的输出电压在0.5V到4.5V之间,而DSP的AD接口所能接受的电压范围是0到3.3V,故需要采用相关调理电路对ACS712的输出电压进行处理之后才能送给DSP。系统中结合TI公司的一款高精运算放大器OPA4340来构建调理电路。磁链的电压模型需要电压信号,本文采用ACPL-C782和运算放大器OPA4340组成电压检测电路。ACPL-C782是一款高线性度的隔离运算放大器,具有很高的灵敏度。为了保证整个系统可靠运行,对主电路及电机温度的实时监测显得尤为重要。系统中采用单总线数字温度传感器DS18B20对各个点的温度进行监测。DS18B20是美国达拉斯公司研发的单线数字温度传感器,由于其独特的一线接口,只需要一条数据口线就能实现多点测温通信,大大简化了测温系统的布线。DS18B20的电压供电电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源。测量温度范围为-55°C至+125°C,精度为±0.5°C。本技术使用光电编码器来实现电机转子速度信号的检测。该型号的光电编码器输出两路相位差90°的脉冲信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异步电机矢量控制变频调速系统包括功率变换电路、电压检测电路、电流检测电路、转速检测电路、驱动电路、DSP核心电路和电源电路，其中功率变换电路由依次顺序连接的桥式不可控整流电路、中间直流电路和三相全桥逆变电路组成，中间直流电路包括两个串联电容器组以及分别并联在两个电容器组两端的电阻，电压检测电路检测中间直流电路的输出电压，电流检测电路检测三相全桥逆变电路的输出电流，转速检测电路检测所述异步电机的转速，检测出的输出电压、输出电流和转速都发送至DSP核心电路，由DSP核心电路经过分析处理后向驱动电路输出PWM控制信号，由所述驱动电路控制三相全桥逆变电路，所述电源电路为DSP核心电路供电，所述异步电机的电能由电网电能经功率变换电路提供。

【技术特征摘要】
1.一种异步电机矢量控制变频调速系统包括功率变换电路、电压检测电路、电流检测电路、转速检测电路、驱动电路、DSP核心电路和电源电路，其中功率变换电路由依次顺序连接的桥式不可控整流电路、中间直流电路和三相全桥逆变电路组成，中间直流电路包括两个串联电容器组以及分别并联在两个电容器组两端的电阻，电压检测电路检测中间直流电路的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁景平，
申请(专利权)人：沧州市荣昌电气设备有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13