2022年永磁同步电机交流伺服系统检测电路 .pdf

《2022年永磁同步电机交流伺服系统检测电路 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年永磁同步电机交流伺服系统检测电路 .pdf（3页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第24卷第6期2007年6月机 电 工 程MECHAN ICAL& ELECTR ICAL ENGI NEER IN GMAG AZI NEVol. 24 No. 6Jun.2007收稿日期: 2007 - 01 - 19基金项目:安徽省教育厅自然科学重点科研项目(2005kj006zd )作者简介:凌有铸( 1962 - ) ,男,安徽庐江人,副教授,主要从事电力电子技术及现代电力传动控制方面的研究。永磁同步电机交流伺服系统检测电路凌有铸 ,刘丙友(安徽工程科技学院安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽 芜湖241000 )摘 要 :交流伺服系统检测电路由电流、 电压 、 转速及位置检测电路组

2、成。讨论了伺服电机的直流母线电压 、 电机定子相电流及转速与位置信号的检测电路。从检测电路获取的电流、 电压 、 转速及位置信号为系统的控制提供依据,从而使系统能够获得好的性能,为进一步发展研究提供了依据。关键词 :交流伺服 ;检测电路 ;永磁同步电机中图分类号: T M301. 2文献标识码: A文章编号 :1001 - 4551 (2007) 06 - 0052 - 03Test circu it of AC servo syste m for P M S ML I N G You2zhu, L I U Bing2you(Anhui Provincial KeyLaboratory of

3、Electric and Control, Anhui University of Technologyand Science,Wuhu241000, China)Abstract:Test circuit of AC servo syste m was composed of current test circuit,voltage test circuit,s peed and position testcircuit . DC voltage, phase current in motor stator and the s peed and positi on test circuit

4、of servo syste m were disscussed.The signal of current,voltage,s peed and position which were got by test circuitbrought warranty for the syste m to control,so that this syste m could get a good control performance.Andit takes a foundati on for development.Key words:AC servo; test circuit;permanent

5、magnet synchrouous motor (P MSM )0 前 言目前 ,交流伺服系统在控制领域得到了越来越广泛的应用 。虽然无速度传感器交流伺服系统得到了一定的发展,但是电流 、 电压 、 转速及位置三环伺服系统依然是高性能全数字交流伺服系统研究的主流 。因此 ,精确获取P MSM 的直流母线电压、 电机定子相电流 、 转速与位置信号就成为整个交流伺服系统的关键,获取的信号的精确、 可靠程度直接影响到系统性能的优劣。电流闭环 、 电压闭环 、 速度和位置闭环为交流伺服系统获得良好的控制性能提供了可能 。 3个环的输入分别为电动机相电流、 直流母线电压 、 电动机转子位置和速度,由传

6、感器获取后构成检测电路 。电动机相电流的检测是为了实现电流闭环控制和主电路的过流保护;直流母线电压的检测是为了满足电压空间矢量调制的需要;而电动机转子位置和速度的检测是为了实现位置闭环和速度闭环控制 。本研究介绍伺服电机的直流母线电压、 电机定子相电流及转速与位置信号的检测电路。1 电流 、 电压检测电路1 . 1定子相电流的采集在永磁同步电机交流伺服系统中,控制器需要及时 、 准确地知道电机定子相电流的实际大小,以实现电流控制和电流保护。电流采样必须实时可靠。电流检测通常有以下几种方式 1 : 电 阻采 样 ; 采用磁场平衡式霍尔电流检测器(LEM 模块 ) ; 采用电流互感器。目前 ,广泛

7、使用的是磁场平衡式霍尔电流检测器(LEM 模块 ) 。该 LEM 模块把互感器 、 磁放大器 、 霍尔元件和电子线路集成在一起,具有测量 、 反馈 、 保护3重功能 。它的工作原理是:当外电路供给其电流时,将产生磁感应强度为B的磁场 ,垂直穿过霍尔元件,同时在信号电压输出端有霍尔效应电压U二线性输出。LEM 模块使用方便,电流过载能力强,且整个传感器已模块化,套在被测名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 母线上即可工作

8、。其响应速度可以达到3s以内 ,响应速度快,是理想的电流检测方法。采集到的信号比较弱,不为系统CPU所识别,因此作了放大处理 ,放大倍数为:A =1+R6R7(1)根据需要设定R6、R7的值,可得到理想的放大倍数,如图 1所示 。图1采用IEM模块采集定子相电流原理图1.2定子相电流的处理通过电流霍尔传感器及放大电路得到反映三相电流量的电压信号后,还需要设计模拟量前向滤波电路,其作用是通过滤波电路,滤掉模拟量在传输过程中产生的干扰信号,获取性能稳定的信号。 现在广泛采用的是滤波效果较好的2阶低通滤波器。 通入到电机中的电流最高频率为:f =pn60(2)式中p电机极对数; n电机最高转速。一般

9、需要将截n频率设定得略高于电机的工作频率,故设计2阶低通滤波电路的截止频率为:fc=12R5R6C3C4(3)取合适的R5、R6、C3、C4值即可 。 要想得到理想的反馈信号,还要充分考虑到过流保护等措施。 2阶低通滤波器的原理,如图 2所示 。图22阶低通滤波器1. 3 直流母线电压检测电路在交流伺服系统中,电压信号的检测是一个容易被忽视但又重要的问题,要对电压进行闭环调节,就要实时地获取当前电网电压波动情况,那么就需要将IP M 直流侧母线电压值经过采样、 隔离后送至控制器的A /D转换模块进行处理。电压的检测方式通常有以下3种 2 : 分压电阻采样; 采用电压互感器 ; 采用磁场平衡式霍

10、尔电压传感器(LEM模块 )。分压电阻采样可以用于直流母线电压的检测,交流伺服系统中所要检测的即是直流母线电压,因此使用本方法,但要进行强、 弱电隔离时,需采用光电耦合电路。一般情况下所测得的直流母线电压范围达到百伏量级,因此通过电阻分压电路将其按比例分压成控制器能够识别的电压级别(05 V) 。为了实现模拟量的隔离转换,通常采用线性光耦电压信号的隔离转换。在电压检测电路中还要进行过压 、 欠压保护电路设计和母线电压补偿,用差分电路反防止共模干扰。2 电机速度 、 转子位置检测电路2 . 1电机速度 、 转子位置信号的检测目前广泛用于交流伺服电机的速度和位置检测的方法是采用光电编码器来检测。按

11、脉冲与对应位置 (角度 )的关系 ,光电编码器通常分为增量式光电编码器 、 绝对式光电编码器以及将上述两者结合为一体的混合式光电编码器3类 。采用光电编码器从电机检测到的6路信号分别为 3:检测转子空间绝对位置的互差120 的U、V、W脉冲信号,该组信号与电机对应的相的反电势同相位、 同频率 ,脉宽为180 ;用于检测转子旋转速度的两个频率变化且正交的 A、 B脉冲信号,其频率一般为电动机机械转速频率的几百甚至几千倍,相位相差1/4脉冲周期 ;每转一个周期的Z信号脉冲,该信号通常配置在U信号的上升沿处。为了提高检测的精度,通常将A、 B序列脉冲4倍频后送入相应的计数器,记数方向由A、 B序列脉

12、冲的相位差决定,这样通过软件定时读取该计数器的值即可计算电机转子位置、 转速和转向。U、V、W脉冲信号经A /D 转换送入控制器以确定电机启动时的初始位置。电机速度 、 转子位置检测的原理,如图 3所示 。图3电机速度 、 转子位置检测电路2 . 2电机速度信号的处理通过脉冲计算转速的常用方法有M 法 、 T法和M /T法 。M 法通过检测固定时间间隔内的脉冲数?35?第6期凌有铸,等:永磁同步电机交流伺服系统检测电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页

13、 - - - - - - - - - 来计算转速 。 T法通过检测脉冲之间的时间间隔来计算转速 。为了扩大调速范围,提高低速和高速段的分辨率,现在广泛采用的是M /T混合法测速。M /T混合法测速的原理图,如图 4所示 。图4M /T混合法测速的原理图在高速时(500 r/m 以上 )用 M 法 ,即采用一个频率较低的基准时钟信号,周期为Tc,作为计时标准,记录在一个标准时钟周期内,转速信号脉冲的个数m1,此时转速的计算公式为4:n=60m1NTc(4)在低速时(500 r/m 以下 )用 T法 ,即采用一个频率较高的基准脉冲,周期为Tc,作为计数单元,记录在被测信号一个周期的时间内,基准脉冲

14、信号的个数m2,此时转速的计算公式为5:n=60m2N Tc(5)式中 N光电编码器每秒输出的脉冲个数。3 结束语交流伺服系统以其良好的控制性能得到了广泛的应用 ,获得可靠的反馈信号组成闭环是其良好性能的保证 ,因此 ,信号检测电路是其重要组成部分。本研究主要讨论了伺服电机的直流母线电压、电机定子相电流及转速与位置信号的检测电路,通过获得精确、 可靠的信号 ,以提高系统的性能。这为以后的研究提供了依据,同时也将赢得广阔的发展应用前景。参考文献( Reference): 1 舒志兵.交流伺服运动控制系统M .北京:清华大学出版社, 2006. 2 冯国楠.现代伺服系统的分析与设计M .北京:机械

15、工业出版社, 1990. 3 高晋占.微弱信号检测M .北京:清华大学出版社,2004. 4 孙业树.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统的研究与设计D .镇江:江苏大学, 2003. 5 Q I AN Hao,ZHAO Rong2xiang.Vect or control syste m ofPM S M based on DSP J.M echan ical & Electr ical En2gineer ingM agaz ine, 2006, 23 (5) : 12 - 15.编辑 :张 翔 (上接第51页 )3 结束语本研究采用PLC技术改造了控制系统,大大提高了卧式螺旋卸料离心

16、脱水机的可靠性、 稳定性和自动化程度,实现了较复杂的控制。采用变频器实现了无级调速,使离心机的调节变得便捷,整个系统启动平稳 、 操作方便简洁。克服了离心机工作转速调节单一 、 故障率高等缺陷。参考文献( Reference) : 1YU Lei2lin, X IL i2feng, YU Ru2you. Domestic status andinternational development of centrifugalseparation tech2nology and design for mass customization J .Chem icalW orld , 2006, 47 (

17、 11) : 696 - 699. 2ROSE P.Filtrati on mechanism of UH MW PE tubular m i2cro2filtrati on membrane J .F iltra tion&Separa tion,2003, 40 (5) : 20 - 22. 3 ZHANGGang, ZENG Jie2p ing, SHEN Huang2hong .Thehorizontal spiral filter centrifuge is used in the dehydrati onof ammonium chloride J .Chem ical Produ

18、cti on andTechnology , 2005, 12 (5) : 18 - 20. 4 孙启才,离心机原理结构与设计计算M .北京:机械工业出版社, 1987. 5 路玉峰.卧螺离心机电液伺服控制系统的设计与研究D .兰州:兰州理工大学, 2005. 6 刘 杰,杨书国,刘 岗.卧式螺旋沉降离心机在C9芳烃回收磷酸盐中的应用 J .轻 工 机 械, 2005, 23(3) : 129 - 131.L IU Jie, YANG Shu2guo, L IU Gang. App lication of hori2zontal decanter centrifuge in sulfonate recovery plant withC9 arene J . L ight IndustryM ech inery , 2005, 23 (3) :129 - 131.编辑 :张 翔 ?45?机 电 工 程第24卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -