專利名稱：可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流伺服驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，特別涉及一種可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)
O
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及非線性用電負(fù)載負(fù)荷的增加，越來(lái)越要求用電設(shè)備對(duì) 電網(wǎng)無(wú)污染，即要求在電源的輸入側(cè)加入功率因數(shù)校正功能。目前國(guó)內(nèi)在中小容量系統(tǒng)中 大都采用能耗制動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行。該方法雖然簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效 率，電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作、限制了制動(dòng)性能的提高等缺點(diǎn)。因此能 耗制動(dòng)方式只能用于幾十千瓦以下的中小容量系統(tǒng)。同時(shí)，由于電阻發(fā)熱，導(dǎo)致環(huán)境溫度升 高，將會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性；另一方面，能源越來(lái)越緊張的情況要求能將電機(jī)的制動(dòng)能量回 饋電網(wǎng)以節(jié)約能源。目前，國(guó)內(nèi)常采用整流后加濾波電容的整流電路，雖然電路簡(jiǎn)單，但是存在很多問(wèn) 題，如輸入電流諧波大，污染電網(wǎng)，干擾其它用電設(shè)備；輸入電流有效值大，增加了電網(wǎng)傳 輸損耗；能量只能單向流動(dòng)，電機(jī)負(fù)載制動(dòng)能量無(wú)法回饋電源，造成能量的浪費(fèi)。如果電動(dòng) 機(jī)制動(dòng)頻繁或長(zhǎng)期帶位勢(shì)負(fù)載運(yùn)行，則能量浪費(fèi)嚴(yán)重。在國(guó)外，德國(guó)西門子公司已經(jīng)推出了電機(jī)四象限運(yùn)行的電壓型交-直-交變頻器， 日本富士公司也成功研制了電源再生裝置，如RHR系列、FRENIC系列電源再生單元，它把有 源逆變單元從變頻器中分離出來(lái)，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直 流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。同時(shí)，已見到國(guó)外有四象限電壓型交-直_交變頻器及電 網(wǎng)側(cè)脈沖整流器等的研制報(bào)道。國(guó)外的一些公司推出的回饋型制動(dòng)單元可以把97%的再生 能量回饋電網(wǎng)，在需要頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，節(jié)電明顯；熱損耗較能耗制動(dòng)大大降低，改善了工 作環(huán)境，不會(huì)污染電網(wǎng)和干擾其他設(shè)備；這些回饋型制動(dòng)單元內(nèi)部裝有電抗器和噪聲濾波 器，可直接和380V電網(wǎng)駁接使用，大大改善了使用制動(dòng)電阻造成的高溫環(huán)境，提高了電機(jī) 運(yùn)行的穩(wěn)定性能和質(zhì)量。但是這些產(chǎn)品需要增加額外的處理環(huán)節(jié)，間接增加了成本，其價(jià)格 昂貴，因此也難以在較大范圍得到推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺 服驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器可將再生能量回饋電網(wǎng)，有效減少電網(wǎng)的污染。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，包括功率單元和 控制單元，功率單元包括依次連接的過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗器、PFC 校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊，過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗器和 PFC校正再生制動(dòng)模塊組成伺服電源，過(guò)壓保護(hù)模塊的輸入端與三相交流電源連接，伺服 驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電機(jī)連接，PFC校正再生制動(dòng)模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊之間還設(shè)有軟啟動(dòng) 模塊和儲(chǔ)能濾波電容；控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器、接口電路模塊、直流母線電壓檢測(cè)模
4塊、電壓采樣模塊和兩個(gè)電流采樣模塊，接口電路模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的PWM輸出端 并分別與PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸入端和伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，直流母線電壓檢 測(cè)模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的A/D輸入端并分別與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端和PFC校正再生 制動(dòng)模塊的輸入端連接，電壓采樣模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的A/D輸入端并與三相輸入交 流電抗器的輸入端連接，兩個(gè)電流采樣模塊的采樣值分別來(lái)源于PFC校正再生制動(dòng)模塊和 伺服驅(qū)動(dòng)模塊；功率單元中，過(guò)壓保護(hù)模塊用于檢測(cè)三相交流電源的輸出電壓，防止電壓過(guò)高，保 證功率單元正常工作；噪聲濾波器用于消除三相交流電在電網(wǎng)中產(chǎn)生的噪聲；三相輸入交 流電抗器用于消除進(jìn)出伺服電源的高次諧波和電網(wǎng)中諧波對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)模塊的干擾以及伺 服驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)電網(wǎng)電壓的污染；PFC校正再生制動(dòng)模塊用于調(diào)節(jié)整流后的直流母線電壓到 設(shè)定值，改善輸入電路的功率因數(shù)值；伺服驅(qū)動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度、位置和電流的 全數(shù)字化控制；軟啟動(dòng)模塊用于減小電機(jī)開機(jī)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流；儲(chǔ)能濾波電容用于對(duì) 整流形成的直流電壓進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，以給后極負(fù)載供給穩(wěn)定平滑的電壓；控制單元中，數(shù)字信號(hào)處理器用于完成控制單元內(nèi)各模塊的運(yùn)算控制、顯示和連 接通訊；接口電路模塊用于將數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生的信號(hào)送入功率單元；直流母線電壓檢 測(cè)模塊用于檢測(cè)直流母線電壓的過(guò)壓或欠壓的情況，并將其信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器; 電壓采樣模塊跟隨電路對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器，以使 逆變產(chǎn)生的能量回饋時(shí)的電流和電網(wǎng)電壓反相同頻、整流時(shí)電流和電網(wǎng)電壓同相同頻；電 流采樣模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC校正再生制動(dòng)模塊輸入端的電流或伺服驅(qū)動(dòng)模塊輸出端的電流， 并將其信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器。所述PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸出端設(shè)有保護(hù)報(bào)警模塊，保護(hù)報(bào)警模塊的輸出端 與數(shù)字信號(hào)處理器的I/O端口連接。所述數(shù)字信號(hào)處理器為DSP，DSP還與FPGA相連接。所述數(shù)字信號(hào)處理器還連接有顯示模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊。所述顯示模塊為L(zhǎng)ED顯示面板，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊為EEPR0M。所述PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸入端通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換模塊與開關(guān)電源連接。所述電流采樣模塊由三個(gè)設(shè)于PFC校正再生制動(dòng)模塊輸入電路上或兩個(gè)設(shè)于伺 服驅(qū)動(dòng)模塊輸出電路上的電流傳感器組成。所述PFC校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊還分別與DC/DC轉(zhuǎn)換電路相連。本交流伺服驅(qū)動(dòng)器使用時(shí)，其硬件系統(tǒng)的工作原理是電網(wǎng)的三相交流電源接入 后，首先經(jīng)過(guò)過(guò)壓保護(hù)模塊和噪聲濾波器，然后通過(guò)三相輸入交流電抗器和PFC校正再生 制動(dòng)模塊來(lái)進(jìn)行功率因數(shù)校正和直流母線電壓的提升，其后經(jīng)過(guò)軟啟動(dòng)模塊、儲(chǔ)能濾波電 容、最后通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)模塊(IGBT)輸出到電機(jī)。其中，能量從電源送往負(fù)載時(shí)，PFC校正再 生制動(dòng)模塊工作在PFC整流狀態(tài)，通過(guò)控制電路將輸入電流控制成與電源電壓同相位的正 弦波；用PFC校正再生制動(dòng)模塊完成交流(AC)到直流(DC)的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)整流后的直流母線 電壓到需要值，同時(shí)可以大大改善輸入電路的功率因數(shù)值；采用三相輸入交流電抗器以維 持輕載時(shí)電流連續(xù)、改善諧波干擾以及交流電源輸入端的功率因數(shù)值(PF)，同時(shí)也保證輸 出的直流電壓Vdc穩(wěn)定，且具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；能量從負(fù)載送往電源時(shí)，PFC校正再 生制動(dòng)模塊工作在能量回饋狀態(tài)，通過(guò)控制單元將輸入電流控制成與電源電壓反相位的正弦波。本交流伺服驅(qū)動(dòng)器使用時(shí)，其軟件算法具體為PFC校正再生制動(dòng)模塊主要是由 直流母線電壓環(huán)和電流環(huán)組成，外環(huán)是直流母線電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)；為了保證電壓和電 流同步，必需要對(duì)三相輸入電壓進(jìn)行鑒相；為了保持直流母線穩(wěn)定，必需要對(duì)直流母線電壓 進(jìn)行采樣；采樣后通過(guò)電壓PI調(diào)節(jié)器，輸出電流指令，再對(duì)輸入的電流進(jìn)行采樣，把電流反 饋和指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后通過(guò)IPM(IGBT，即PFC校正再生制動(dòng)模塊)的PWM調(diào)制成與輸入 電壓同步的正弦電流；PFC校正再生制動(dòng)模塊可實(shí)現(xiàn)整流和能量回饋的功能，實(shí)現(xiàn)能量的 雙向自由流動(dòng)。PFC校正再生制動(dòng)模塊的控制有兩個(gè)閉環(huán)直流母線電壓Vdc反饋經(jīng)過(guò)電 壓調(diào)節(jié)器以保證輸出電壓恒定，電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為正弦電流給定的幅值；而正弦電流 給定的相位則是根據(jù)三相輸入電壓推導(dǎo)，對(duì)三相輸入電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行歸一化處理，得 到與三相輸入電壓同相位的正弦波信號(hào)并與電流幅值給定Im相乘，即可得到最終三相輸 入電流的給定波形C、4和/，將此給定與實(shí)際的輸入電流波形相比較，利用PWM調(diào)制產(chǎn)生 控制信號(hào)，這樣三相PWM整流電路不僅能夠保證最終三相輸入電流與三相輸入電壓同步正 弦，還能保證直流母線保持一定的恒定值；當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，必然使直流母線電壓Vdc大 于給定值，電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)值與整流狀態(tài)時(shí)極性相反，從而電流的給定波形C、4和 4相位也與整流狀態(tài)時(shí)相反(即差180度)，PWM調(diào)制結(jié)果使輸入電流相位正好與電網(wǎng)電壓 反相，表示電源吸收能量，同時(shí)電流波形也是正弦的，功率因數(shù)也是接近1。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果本交流伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)三相輸入交流電抗器和PFC校正再生制動(dòng)模塊，可實(shí)現(xiàn)電 網(wǎng)中能量的回饋，也可對(duì)電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流和濾波，有效減少電網(wǎng)產(chǎn)生的污染，既 節(jié)能又環(huán)保。本交流伺服驅(qū)動(dòng)器中，三相輸入交流電抗器用來(lái)消除進(jìn)出交流伺服電源的高次諧 波和電網(wǎng)中諧波對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的干擾以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓的污染；PFC校正再 生制動(dòng)模塊可以調(diào)節(jié)整流后的直流母線電壓到需要值，同時(shí)可以大大改善輸入電路的功率 因數(shù)值，為滿足環(huán)保節(jié)能的要求，實(shí)現(xiàn)能量高效率的利用、減小熱耗引起的溫升、以及保證 伺服驅(qū)動(dòng)頻繁地長(zhǎng)時(shí)間地制動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)的可靠性，PFC校正再生制動(dòng)模塊包含將電動(dòng)機(jī)減 速制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量回饋到電網(wǎng)的控制及轉(zhuǎn)換，其功率因數(shù)較高，接近1。本交流伺服驅(qū)動(dòng)器與同類產(chǎn)品相比，對(duì)電網(wǎng)的要求不高，可較好地適用于380V的 電網(wǎng)電壓，且其價(jià)格低廉，可以大范圍的推廣應(yīng)用。


圖1為本交流伺服驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本交流伺服驅(qū)動(dòng)器的原理示意圖。圖3為本交流伺服驅(qū)動(dòng)器的軟件算法原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
實(shí)施例本實(shí)施例一種可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，如圖1或圖2所示，包括功率 單元和控制單元，功率單元包括依次連接的過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗 器、PFC校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊，過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗 器和PFC校正再生制動(dòng)模塊組成伺服電源，過(guò)壓保護(hù)模塊的輸入端與三相交流電源連接， 伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電機(jī)連接，PFC校正再生制動(dòng)模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊之間還設(shè)有軟 啟動(dòng)模塊和儲(chǔ)能濾波電容；控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器、接口電路模塊、直流母線電壓檢 測(cè)模塊、電壓采樣模塊和兩個(gè)電流采樣模塊，接口電路模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的PWM輸 出端并分別與PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸入端和伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，直流母線電 壓檢測(cè)模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的A/D輸入端并分別與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端和PFC校正 再生制動(dòng)模塊的輸入端連接，電壓采樣模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的A/D輸入端并與三相輸 入交流電抗器的輸入端連接，兩個(gè)電流采樣模塊的采樣值分別來(lái)源于PFC校正再生制動(dòng)模 塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊；功率單元中，過(guò)壓保護(hù)模塊用于檢測(cè)三相交流電源的輸出電壓，防止電壓過(guò)高，保 證功率單元正常工作；噪聲濾波器用于消除三相交流電在電網(wǎng)中產(chǎn)生的噪聲；三相輸入交 流電抗器用于消除進(jìn)出伺服電源的高次諧波和電網(wǎng)中諧波對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)模塊的干擾以及伺 服驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)電網(wǎng)電壓的污染；PFC校正再生制動(dòng)模塊用于調(diào)節(jié)整流后的直流母線電壓到 設(shè)定值，改善輸入電路的功率因數(shù)值；伺服驅(qū)動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度、位置和電流的 全數(shù)字化控制；軟啟動(dòng)模塊用于減小電機(jī)開機(jī)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流；儲(chǔ)能濾波電容用于對(duì) 整流形成的直流電壓進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，以給后極負(fù)載供給穩(wěn)定平滑的電壓；控制單元中，數(shù)字信號(hào)處理器用于完成控制單元內(nèi)各模塊的運(yùn)算控制、顯示和連 接通訊；接口電路模塊用于將數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生的信號(hào)送入功率單元；直流母線電壓檢 測(cè)模塊用于檢測(cè)直流母線電壓的過(guò)壓或欠壓的情況，并將其信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器; 電壓采樣模塊跟隨電路對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器，以使 逆變產(chǎn)生的能量回饋時(shí)的電流和電網(wǎng)電壓反相同頻、整流時(shí)電流和電網(wǎng)電壓同相同頻；電 流采樣模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC校正再生制動(dòng)模塊輸入端的電流或伺服驅(qū)動(dòng)模塊輸出端的電流， 并將其信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器(即電流采樣模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)回饋逆變器的輸出電流，檢 測(cè)值送入數(shù)字信號(hào)處理器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，以控制回饋逆變器將功率回饋給電網(wǎng)；同時(shí) 也可監(jiān)測(cè)輸入電流，防止輸入電流過(guò)大超過(guò)整流橋所能負(fù)荷而燒毀；可以避免諸如因掛接 負(fù)載(伺服驅(qū)動(dòng)模塊)過(guò)重、負(fù)載(伺服驅(qū)動(dòng)模塊)短路、輸出配線短路等異常而造成對(duì)電 源模塊的損壞)。上述結(jié)構(gòu)中，PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸出端設(shè)有保護(hù)報(bào)警模塊，保護(hù)報(bào)警模塊的 輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的I/O端口連接。數(shù)字信號(hào)處理器為DSP (本實(shí)施例所采用的型號(hào)為TMS320F2812)，DSP還與FPGA 相連接。數(shù)字信號(hào)處理器還連接有顯示模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊；顯示模塊為L(zhǎng)ED顯示面板， 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊為EEPR0M。PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸入端通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換模塊與開關(guān)電源連接。電流采樣模塊由多個(gè)設(shè)于三相輸入交流電抗器輸出電路上的電流傳感器組成，電壓采樣模塊由多個(gè)設(shè)于三相輸入交流電抗器輸入端電路上的電壓傳感器組成，伺服電流檢 測(cè)模塊由多個(gè)設(shè)于伺服驅(qū)動(dòng)模塊輸出電路上的電流傳感器組成。電流采樣模塊由三個(gè)設(shè)于PFC校正再生制動(dòng)模塊輸入電路上或兩個(gè)設(shè)于伺服驅(qū) 動(dòng)模塊輸出電路上的電流傳感器組成，電壓采樣模塊由多個(gè)設(shè)于三相輸入交流電抗器輸入 端電路上的電壓傳感器組成。PFC校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊還分別與DC/DC轉(zhuǎn)換電路相連。本交流伺服驅(qū)動(dòng)器使用時(shí)，其硬件系統(tǒng)的工作原理是電網(wǎng)的三相交流電源接入 后，首先經(jīng)過(guò)過(guò)壓保護(hù)模塊和噪聲濾波器，然后通過(guò)三相輸入交流電抗器和PFC校正再生 制動(dòng)模塊來(lái)進(jìn)行功率因數(shù)校正和直流母線電壓的提升，其后經(jīng)過(guò)軟啟動(dòng)模塊、儲(chǔ)能濾波電 容、最后通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)模塊(IGBT)輸出到電機(jī)。其中，能量從電源送往負(fù)載時(shí)，PFC校正再 生制動(dòng)模塊工作在PFC整流狀態(tài)，通過(guò)控制電路將輸入電流控制成與電源電壓同相位的正 弦波；用PFC校正再生制動(dòng)模塊完成交流(AC)到直流(DC)的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)整流后的直流母線 電壓到需要值，同時(shí)可以大大改善輸入電路的功率因數(shù)值；采用三相輸入交流電抗器以維 持輕載時(shí)電流連續(xù)、改善諧波干擾以及交流電源輸入端的功率因數(shù)值(PF)，同時(shí)也保證輸 出的直流電壓Vdc穩(wěn)定，且具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；能量從負(fù)載送往電源時(shí)，PFC校正再 生制動(dòng)模塊工作在能量回饋狀態(tài)，通過(guò)控制單元將輸入電流控制成與電源電壓反相位的正 弦波；本交流伺服驅(qū)動(dòng)器使用時(shí)，其軟件算法具體為PFC校正再生制動(dòng)模塊主要是由 直流母線電壓環(huán)和電流環(huán)組成，外環(huán)是直流母線電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)；為了保證電壓和電 流同步，必需要對(duì)三相輸入電壓進(jìn)行鑒相；為了保持直流母線穩(wěn)定，必需要對(duì)直流母線電壓 進(jìn)行采樣；采樣后通過(guò)電壓PI調(diào)節(jié)器，輸出電流指令，再對(duì)輸入的電流進(jìn)行采樣，把電流反 饋和指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后通過(guò)IPM(IGBT，即PFC校正再生制動(dòng)模塊)的PWM調(diào)制成與輸入 電壓同步的正弦電流；PFC校正再生制動(dòng)模塊可實(shí)現(xiàn)整流和能量回饋的功能，實(shí)現(xiàn)能量的 雙向自由流動(dòng)。PFC校正再生制動(dòng)模塊的控制有兩個(gè)閉環(huán)直流母線電壓Vdc反饋經(jīng)過(guò)電 壓調(diào)節(jié)器以保證輸出電壓恒定，電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為正弦電流給定的幅值；而正弦電流 給定的相位則是根據(jù)三相輸入電壓推導(dǎo)，對(duì)三相輸入電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行歸一化處理，得 到與三相輸入電壓同相位的正弦波信號(hào)并與電流幅值給定Im相乘，即可得到最終三相輸 入電流的給定波形C、4和/，將此給定與實(shí)際的輸入電流波形相比較，利用PWM調(diào)制產(chǎn)生 控制信號(hào)，這樣三相PWM整流電路不僅能夠保證最終三相輸入電流與三相輸入電壓同步正 弦，還能保證直流母線保持一定的恒定值；當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，必然使直流母線電壓Vdc大 于給定值，電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)值與整流狀態(tài)時(shí)極性相反，從而電流的給定波形C、4和 4相位也與整流狀態(tài)時(shí)相反(即差180度)，PWM調(diào)制結(jié)果使輸入電流相位正好與電網(wǎng)電壓 反相，表示電源吸收能量，同時(shí)電流波形也是正弦的，功率因數(shù)也是接近1。將本實(shí)施例的交流伺服驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)30KW的電機(jī)時(shí)，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn) 矩的條件下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)PFC整流后，其相電流波形呈現(xiàn)明顯的正弦波狀。而采用目前的常用 的交流伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)30KW的電機(jī)時(shí)，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩的條件下運(yùn)行，未經(jīng)過(guò) PFC整流，其相電流波形為非正弦波狀。如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要 求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括功率單元和控制單元，功率單元包括依次連接的過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗器、PFC校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊，過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗器和PFC校正再生制動(dòng)模塊組成伺服電源，過(guò)壓保護(hù)模塊的輸入端與三相交流電源連接，伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電機(jī)連接，PFC校正再生制動(dòng)模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊之間還設(shè)有軟啟動(dòng)模塊和儲(chǔ)能濾波電容；控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器、接口電路模塊、直流母線電壓檢測(cè)模塊、電壓采樣模塊和兩個(gè)電流采樣模塊，接口電路模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的PWM輸出端并分別與PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸入端和伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，直流母線電壓檢測(cè)模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的A/D輸入端并分別與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端和PFC校正再生制動(dòng)模塊的輸入端連接，電壓采樣模塊設(shè)于數(shù)字信號(hào)處理器的A/D輸入端并與三相輸入交流電抗器的輸入端連接，兩個(gè)電流采樣模塊的采樣值分別來(lái)源于PFC校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊；功率單元中，過(guò)壓保護(hù)模塊用于檢測(cè)三相交流電源的輸出電壓，防止電壓過(guò)高，保證功率單元正常工作；噪聲濾波器用于消除三相交流電在電網(wǎng)中產(chǎn)生的噪聲；三相輸入交流電抗器用于消除進(jìn)出伺服電源的高次諧波和電網(wǎng)中諧波對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)模塊的干擾以及伺服驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)電網(wǎng)電壓的污染；PFC校正再生制動(dòng)模塊用于調(diào)節(jié)整流后的直流母線電壓到設(shè)定值，改善輸入電路的功率因數(shù)值；伺服驅(qū)動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度、位置和電流的全數(shù)字化控制；軟啟動(dòng)模塊用于減小電機(jī)開機(jī)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流；儲(chǔ)能濾波電容用于對(duì)整流形成的直流電壓進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，以給后極負(fù)載供給穩(wěn)定平滑的電壓；控制單元中，數(shù)字信號(hào)處理器用于完成控制單元內(nèi)各模塊的運(yùn)算控制、顯示和連接通訊；接口電路模塊用于將數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生的信號(hào)送入功率單元；直流母線電壓檢測(cè)模塊用于檢測(cè)直流母線電壓的過(guò)壓或欠壓的情況，并將其信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器；電壓采樣模塊跟隨電路對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器，以使逆變產(chǎn)生的能量回饋時(shí)的電流和電網(wǎng)電壓反相同頻、整流時(shí)電流和電網(wǎng)電壓同相同頻；電流采樣模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC校正再生制動(dòng)模塊輸入端的電流或伺服驅(qū)動(dòng)模塊輸出端的電流，并將其信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述PFC校正 再生制動(dòng)模塊的輸出端設(shè)有保護(hù)報(bào)警模塊，保護(hù)報(bào)警模塊的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的I/ 0端口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述數(shù)字信 號(hào)處理器為DSP，DSP還與FPGA相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述數(shù)字信 號(hào)處理器還連接有顯示模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述顯示模 塊為L(zhǎng)ED顯示面板，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊為EEPR0M。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述PFC校正 再生制動(dòng)模塊的輸入端通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換模塊與開關(guān)電源連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述電流采 樣模塊由三個(gè)設(shè)于PFC校正再生制動(dòng)模塊輸入電路上或兩個(gè)設(shè)于伺服驅(qū)動(dòng)模塊輸出電路 上的電流傳感器組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述PFC校正 再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊還分別與DC/DC轉(zhuǎn)換電路相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可實(shí)現(xiàn)能量回饋的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，包括功率單元和控制單元，功率單元包括依次連接的過(guò)壓保護(hù)模塊、噪聲濾波器、三相輸入交流電抗器、PFC校正再生制動(dòng)模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊，PFC校正再生制動(dòng)模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊之間還設(shè)有軟啟動(dòng)模塊和儲(chǔ)能濾波電容；控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器、接口電路模塊、直流母線電壓檢測(cè)模塊、電壓采樣模塊和兩個(gè)電流采樣模塊，接口電路模塊、直流母線電壓檢測(cè)模塊、電壓采樣模塊和電流采樣模塊分別連接于數(shù)字信號(hào)處理器和功率單元之間。本交流伺服驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中能量的回饋，也可對(duì)電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流和濾波，有效減少電網(wǎng)產(chǎn)生的污染，既節(jié)能又環(huán)保。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101969294SQ20101051830
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者廖德貴, 曾慶明, 李爽, 李長(zhǎng)兵, 王文鋒, 謝明釗 申請(qǐng)人:廣州數(shù)控設(shè)備有限公司