无刷直流电机调速系统中的电子换向器.doc

无刷直流电机调速系统中的电子换向器电力电子技术研究的内容包括三个方面：电力电子器件、变流电路和控制电路。电力电子变流技术在工业化领域有着广泛地应用。如电机拖动及其调速系统中都会用到变流技术，因此简单、实用、控制准确的触发和驱动电路就显得尤其重要。本文介绍由8098单片机控制的一种电子换向器在IGBT逆变器中的应用，用于无刷直流电机的调速系统。 1系统硬件组成及其原理本系统为转速电流双闭环调速系统，被控对象是无刷直流电机，如图1所示。无刷直流电机是由一组变流器、一台同步电机和一个转子位置检测器组成。主电路由蓄电池,电容以及IGBT逆变器组成，如图2所示。但无刷直流电机中的变流器和一般变流器不同，它受控于转子位置检测器，是一个所谓“自控式逆变器”。无刷直流电机绕组中流过的电流和通常电机中所通过的电流不同。以三相Y连接全控桥两两导通电路为例，所谓两两导通是指每一瞬间只有两个功率管道通，每隔1/6周期（60度电角度）换向一次，每次换向一个功率管，每一个功率管导通120度电角度。位置信号发生器既用来产生位置信号，又可输入8098进行测速和转向判别。控制电路由8098单片机及其外围电路组成。控制系统将直流电变成三相可调的交流电,实现调压调速。电流环是利用滞回比较器对电流进行跟踪控制。转速环则是由8098单片机实现转速的数字PI调节以及电机运行状态的判别。 外围电路主要是由键盘电路、数模转换电路、EPROM(2764)、驱动输出电路等组成。由上述可知电机的调速系统应该是一个完整而又相对复杂的整体，由于篇幅有限，以下仅对逆变器的触发和驱动电路作比较详细地介绍。 2电子换向器根据三相桥式逆变器对触发脉冲的要求，PWM电子换向器即是综合电流调节器输出的PWM信号、电机转向、转矩等多种控制信号，产生逆变器开关触发信号的主要部件。本系统使用一片EPROM（2764）来实现控制逻辑。即将2764的地址线作为输入信号端，数据线作为输出信号端，预先将电机各种运行状态下的开关信号存入EPROM中，对应不同的输入信号，输出相应的控制信号。电子换向器的电路图如图3所示。表1为电机正常工作的情况下，处于正转电动状态时的开关状态表。其中EPROM地址线所输入的信号为：A0：保护信号，“1”：正常运行，“0”：故障运行。 A1：电流调节器输出的PWM信号，电流调节器在本系统中采用的是滞回调节器（两态调节器），对电机定子电流进行直接跟踪控制，即将电流给定值和电流反馈的实时采样值输入到比较器，有滞回比较器调节开关元件的导通关断时间，从而调节电流大小，“1”：高电平。“0”：低电平。 A2：转矩信号（电动、制动信号），“1”：电动状态，“0”：制动状态。 A3A5：转子位置信号（PAPBPC）。 A6：限速回馈制动信号，“1”正常，“0”制动。 A7：紧急停机信号，“1”正常，“0”停机。 A8：转向信号，“1”正转，“0”反转。 图中，与非门4049、非门7406以及和它相连的电阻组成的电路的作用是完成电平之间的匹配。 3驱动电路IGBT是集MOSFET的电压激励和GTR的大电流低导通电阻等优点于一体的器件，其驱动电路采用IGBT的专用驱动模块EXB841，其驱动电路如图4所示。系统正常工作时，当PWM信号为高电平时，EXB841的14脚变低电平，在15脚和14脚之间有电流流过，3脚和11脚间输出+15V电压，开通IGBT。当IGBT过流时，EXB841的6脚通过快速二极管D1检测到C点电位升高，3脚输出电压逐步降低，慢速关断IGBT。若延时后过流仍未消失，则认为是真短路，5脚变低电平，使光耦工作，输出封锁信号去封锁PWM脉冲，使IGBT完全关断。驱动电路中的“GND”所指地为驱动电路地，为了安全，图中驱动电路和控制电路通过光耦个离开了，所以驱动