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基于瑞萨单片机的交流感应电机驱动电路的设计

作者:时间:2012-08-01来源:网络收藏

0 引言
随着电力电子技术和微控制器技术的飞速发展,现代交流变频调速系统技术在电机控制系统中的应用也越来越广,采用全控型器件IGBT的全数字控制的变频调速器已经实现了通用化,具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、操作方便等优点。变频调速器的普及应用提高了现代工业的自动化水平,提高了产品质量和劳动效率,最大限度地节约了能源,因此符合国家发展建设和谐、节约型社会的方针。
本文选用瑞萨公司推出的性价比较高的微控制器R5F21246 seties,嵌入R8C/Tiny系列CPU内核,R8C/Tiny系列中的所有MCU都集成了片上闪存,具有高性能和很好的易用性,1 MB地址空间,2 KB片上数据存储FLASH,非常适合于空调、洗衣机、冰箱等家电应用以及交流伺服马达等工业控制应用等。

1 系统的基本构架
控制系统的原理构成如图1所示,它包括主电路、控制单元、功率驱动单元、保护单元以及信号反馈采集单元等。

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控制单元包括速度控制器、转矩和电流控制器等。Renesas单片机R5F21246以其价格低、功耗小、性能高、处理速度快等优点成为交流感应电机控制系统控制核心的一种趋势。功率驱动单元采用以驱动芯片IRS2136S,其内部不但集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠电压等故障检测保护电路,当系统出现问题时能及时进行自我保护,提高了系统的可靠性。各采集信号经过反馈传输到R5F21246内部,进行精确、快速的处理后输出,以实现各个部件的实时控制。在主回路中还加入了软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

2 交流感应电机系统的驱动电路设计
功率驱动模块作为交流感应电机控制系统的强电部分包括两个单元:电源单元为整个系统的数字和模拟电路提供电源;功率驱动单元IRS2136S用于电机的驱动(见图2)。

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功率板的设计中包括4个硬件保护功能,分别是过流(正反向电流)保护、母线过压保护、母线欠压保护和IGBT过热保护,每种保护都有LED报警显示。为了增强可靠性,保护动作发生后都会分别给MCU发送关断信号,保护功率器件IRS2136S,防止元件的损坏。这些信号必须由单独的复位信号才能取消,否则保护电路会一直有效,以防止误操作损坏设备和影响人身安全。
2.1 电源电路
电源主电路如图3所示。输入电压范围:交流187~264 V,频率范围:48~53 Hz。直流母线电压输出稳定在正常值310 V左右,肖特基二极管D110并联在母线电压两端,防止母线过压,滤波电容C110滤除干扰信号,电阻R104~R109别C107与C106并联,用来稳定电容两端电压。直流母线电压输出采用预充电回路,通电后的瞬间由限流电阻R102给整流桥D101和滤波电容C107,C108提供电流,减小了对整流桥的冲击,滤波电容充电接近完成后通过继电器K101旁路限流电阻。直流母线电压通过VIPER12(U101)与LM78L05(U102)芯片产生16 V与5 V稳定的直流电压,分别给驱动电路和其他电路供电,如图4所示。

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2.2 温度检测电路
图5为IGBT的温度检测电路。电路中R379为负温度系数热敏电阻NTC,当温度过高时R379阻值就变小。通过检测电路的电压输出故障信号反馈给单片机,经单片机分析处理后采取的措施对系统进行保护,如令驱动芯片停止工作,当温度恢复正常时再解除保护。

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