交流永磁同步电机控制器制造技术

一种交流永磁同步电机控制器，包括ＤＳＰ微处理器、功率变化器、交流永磁同步电机及位置检测器和电流检测器，所述位置检测器将其检测到的交流永磁同步电机的转子位置信号和转子速度信号由ＤＳＰ微处理器的ＱＥＰ单元输入，所述电流检测器将其检测到的交流永磁同步电机的电流信号由ＤＳＰ微处理器的ＱＥＰ的Ａ／Ｄ转换接口输入，所述ＤＳＰ微处理器根据输入的转子位置信号和转子速度信号计算出电流的给定值，再与输入的电流检测值相比较，得出相应的控制信号控制输出ＰＷＭ脉冲的宽度，ＰＷＭ信号经功率变化器驱动交流永磁同步电机。本发明专利技术具有结构紧凑牢固、电路简单成本低、性能可靠、运行稳定以及调速范围宽、高效率、高精度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种交流永磁同步电机控制器，电动汽车、数控机床、工业机器人、空 调等领域均可使用该控制器。
技术介绍
控制器是电动汽车驱动系统至关重要的组成部分，决定着驱动系统性能的优良与 否。近十年来，主要发展交流异步电机控制器和无刷永磁电机控制器。与原有的直流牵引 电机控制器相比，具有明显优势，其突出优点是效率高、基本免维护、调速范围广。其研究开 发现状和发展趋势如下。1.异步电机控制器异步电机控制器的特点是坚固耐用、运行可靠，可实现控制电机低转矩脉动，低噪 声，不需要位置传感器，转速极限高。异步电机控制器的矢量控制调速技术比较成熟，因此 被较早应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车控制器的主流产品(尤其在美国)，但已被其 它新型无刷永磁牵引电机控制器逐步取代。最大缺点是控制器电路复杂，控制效率不高，不 利于实现产业化。2.无刷永磁同步电机控制器无刷永磁同步电机控制器具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展 前景十分广阔，在电动车辆牵引电机控制器中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车 辆中获得应用。最大的缺点是控制精度不高，因此通常应用在一些对精度要求较低的场合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑牢固、电路简单 成本低、性能可靠以及在宽广的转速范围内控制效率和控制精度都比较高的交流永磁同步 电机控制器。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案一种交流永磁同步电机控制器，包括DSP微处理器、功率变化器、交流永磁同步电 机及位置检测器和电流检测器，所述位置检测器将其检测到的交流永磁同步电机的转子位 置信号和转子速度信号由DSP微处理器的QEP单元输入，所述电流检测器将其检测到的交 流永磁同步电机的电流信号由DSP微处理器的A/D转换接口输入，所述DSP微处理器根 据输入的转子位置信号和转子速度信号计算出电流的给定值，再与输入的电流检测值相比 较，得出相应的控制信号控制输出PWM脉冲的宽度，PWM信号经功率变化器驱动交流永磁同 步电机。所述功率变化器采用三相逆变桥式结构，当控制器电压低于200V时，所述功率变 化器采用MOSFET逆变器，当控制器电压高于200V时，所述功率变化器采用IGBT逆变器。所述位置检测器采用增量式光电编码器，其输出3对差分信号A+、A-，B+、B-，Z+、 Z-；其中A相和B相信号正交，判断两个信号相位差即可判断交流永磁同步电机的旋转方向，Z相信号是零位信号，增量式光电编码器每旋转1圈经过零位输出1个脉冲。所述电流检测器包括霍尔传感器、运算放大器A、运算放大器B和运算放大器C，所 述交流永磁同步电机的相电流由霍尔传感器检测，检测信号经运算放大器A进行电流/电 压转换后输出负电压，随后加到运算放大器B的输入端，对该负电压进行反向和比例放大， 最后经过运算放大器C进行电平偏移，使得输出电压范围调成0 3V。所述功率变化器的电路中设有过流保护电路，所述过流保护电路主要通过一集成 电压比较器LM393来实现，当电机正常工作时，FAULT端高阻，集成电压比较器LM393的正输 入端电压高于负输入端电压，输出端输出高电平；当电机工作于过流状态时，FAULT端输出 低电平，使得集成电压比较器LM393的正输入端电压低于负输入端电压，输出端电压反转， 触发DSP微处理器的PWM输出端处于高阻状态，功率变化器停止工作。所述DSP微处理器主要由CPU、片内5M字RAM与8K字Flash EPR0M、事件管理器 和片内外设接口组成。还包括有PC上位机、键盘和LED显示，所述DSP微处理器用SCI接口完成与PC上 位机的串行通讯功能，所述键盘和LED显示分别与DSP微处理器的I/O扩展接口和SPI接口相接。所述功率变换器中设置有具有滤波功能和回馈能量存储功能的电容。本专利技术由于采用了以上技术方案，因而相对于现有技术具有如下优点1，通过选用运算速度快的DSP微处理器以及快恢复、快响应的三相桥式功率变换 器，以及对各种参数的优化配合，提高了交流永磁同步电机的低速转矩，使其无异步电机起 动时所出现的电流冲击现象。2，提高位置及电流检测器对信号采样的精确度，从而对电机速度进行准确的控 制。3，对于不同的电池电压，灵活采用不同的主电路功率原件，提高控制器的运行效 率，减少了控制器的发热，增加了车辆的续航里程。4，控制系统稳定，主电路以数字电路为主，结构简单，便于维护。5，能实现电能回馈功能。刹车、减速或下坡滑行时将电机产生的能量反馈给电池， 起到反充电的效果，从而对电池进行维护，延长了电池的使用寿命。6，调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性，也可以实现 交流永磁同步电机的恒转矩控制，从而达到节能降耗的目的。附图说明下面结合附图和具体实施例详细介绍本专利技术。图1为本专利技术交流永磁同步电机控制器的控制原理图；图2为本专利技术中增量式光电编码器的连接线路图，图中仅示出了 A相的电路连 接；图3为本专利技术中的电流检测电路；图4为本专利技术中的过电流保护电路。具体实施例方式参照图1，按照本专利技术提供的交流永磁同步电机控制器，包括DSP微处理器(型号 TMS320F243)、功率变化器、交流永磁同步电机及位置检测器和电流检测器，位置检测器和 电流检测器用于监测交流永磁同步电机的转子位置、转子速度和相电流，工作时，位置检测 器将其检测到的转子位置信号和转子速度信号由DSP微处理器的QEP单元输入，电流检测 器将其检测到的电流信号由DSP微处理器的A/D转换接口输入，DSP微处理器根据输入的 转子位置信号和转子速度信号计算出电流的给定值，再与输入的电流检测值相比较，得出 相应的控制信号控制输出PWM脉冲的宽度，PWM信号经功率变化器驱动交流永磁同步电机， 从而保证电机转速的稳定。所述功率变化器采用三相逆变桥式结构，属于能量回收型，其间的电容具有滤波 功能和回馈能量的存储功能，从而提高了系统的运行效率。当控制器电压低于200V时，所 述功率变化器采用MOSFET逆变器，当控制器电压高于200V时，所述功率变化器采用IGBT 逆变器，从而实现了电机的高效率控制。所述位置检测器采用增量式光电编码器，其输出3对差分信号A+、A-，B+、B-，Z+、 Ζ-。其中A相和B相信号正交，判断两个信号相位差即可判断交流永磁同步电机的旋转方 向，Z相信号是零位信号，增量式光电编码器每旋转1圈经过零位输出1个脉冲。图2为A 相电路连接图，A+、A-差分信号经过运算放大器反相加强后，分别输入电压比较器的反相、 同相输入端，经过电压比较后，输出端得到A相有效电平，该信号直接输入DSP微处理器。B 相和Z相的处理方法与A相相同，在这里就不重复说明。获得准确的Α、B、Z输入信号后， DSP就可以进行转向判断、位置和转速计算。所述电流检测器包括霍尔传感器、运算放大器Α、运算放大器B和运算放大器C。 电流检测电路如图3所示，交流永磁同步电机的相电流由霍尔传感器检测，检测信号Ju经 运算放大器A进行电流/电压转换后输出，根据运算放大器的工作原理可知输出为负电压。 随后，电压加到运算放大器B的输入端，对该负电压进行反向和比例放大。由于微处理器 TMS320F243的A/D输入电压范围是0 3V，所以运算放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流永磁同步电机控制器，其特征在于：包括ＤＳＰ微处理器、功率变化器、交流永磁同步电机及位置检测器和电流检测器，所述位置检测器将其检测到的交流永磁同步电机的转子位置信号和转子速度信号由ＤＳＰ微处理器的ＱＥＰ单元输入，所述电流检测器将其检测到的交流永磁同步电机的电流信号由ＤＳＰ微处理器的Ａ／Ｄ转换接口输入，所述ＤＳＰ微处理器根据输入的转子位置信号和转子速度信号计算出电流的给定值，再与输入的电流检测值相比较，得出相应的控制信号控制输出ＰＷＭ脉冲的宽度，ＰＷＭ信号经功率变化器驱动交流永磁同步电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程基江，
申请(专利权)人：程基江，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]