一種泵升電壓再生制動控制電路的設計

摘要：給出一種泵升電壓控制電路的設計方法，將能量再生回饋到電網(wǎng)。同時給出了主電路、控制電路、主要參數(shù)的計算方法及相關波形。

關鍵詞：能量回饋；再生制動；同步控制

1引言

一般情況下,伺服系統(tǒng)主電路結構如圖1所示。能量是由電網(wǎng)經(jīng)整流器、濾波器、逆變器等傳輸?shù)诫妱訖C的。當電動機工作于發(fā)電狀態(tài)，即電動機快速制動或者帶位勢負載時，能量的傳輸需要反向，能量將在濾波電容上累積，產生泵升電壓，如果泵升電壓過高，會威脅系統(tǒng)的安全?？刂票蒙妷鹤詈唵蔚姆椒ㄊ牵罕蒙妷寒a生后，在直流母線之間接通一個能耗電阻，將能量釋放。如果電動機制動頻繁或長期帶位勢負載運行，則能量浪費嚴重；同時，由于電阻發(fā)熱，導致環(huán)境溫度升高，將會影響系統(tǒng)的可靠性。本文設計的這個電路，可以很好地解決這一問題。 2系統(tǒng)工作原理概述

將圖1中的三相不控整流器換為可控變流器，并在三相電源輸入端串入三個高頻扼流電抗器，用以抑制可能產生的雙向（電網(wǎng)姿歐系統(tǒng)）電磁干擾，以及在變流器工作于逆變狀態(tài)時，起到等效直流電抗器的作用，如圖2所示。

當電動機工作在電動狀態(tài)時，可控變流器的大功率開關器件S1～S6全部處于關斷狀態(tài)，而6個續(xù)流二極管構成三相不控橋式整流器，工作狀況同圖1。

當電動機工作在發(fā)電狀態(tài)時，則逆變器工作于整流狀態(tài)，而可控變流器工作于逆變狀態(tài)，使電動機工作在再生制動狀態(tài)。這時濾波電容貯能，直流母線電壓升高，在超過電網(wǎng)線電壓值后，二極管D1～D6反向阻斷；當直流母線電壓繼續(xù)升高，超過設定的上限允許值UdH時，變流器開始工作，將直流母線上的能量逆變回饋電網(wǎng)。此時，高頻扼流電抗器將平衡直流母線電壓和電網(wǎng)線電壓之間的差值，以保證逆變狀態(tài)的

圖2回饋變流器主電路

圖1一般伺服系統(tǒng)主電路結構

圖4電流檢測與控制信號產生電路

正常進行。當直流母線電壓回落到下限設定值UdL后，再關閉變流器。就能量回饋需要考慮的問題有：

1）回饋電流必須滿足回饋功率的要求，同時不能大于逆變器所允許的最大電流；

2）只有當直流母線電壓高于設定值時，才能啟動逆變器進行能量回饋；

3）為了提高回饋功率，盡量在電網(wǎng)電壓高時進行回饋，因為如果回饋電流一定，則電網(wǎng)電壓越高回饋功率越大。

因此，系統(tǒng)須有電壓控制電路，同步控制電路和電流限制電路。電流和電壓的控制由兩個遲滯比較器完成，同步控制由同步檢測與控制電路完成。

3控制電路設計

3．1電壓檢測與控制電路的設計

設計電壓控制電路的目的是：當電動機工作于發(fā)電狀態(tài)并且使直流母線電壓Ud升高到超過設定值UdH后，起動變流器中的開關管，以使直流母線上的能量逆變回饋回電網(wǎng)，迫使Ud回落；當Ud小于另一設定值UdL后再關閉開關管。為了避免逆變器過于頻繁地起動和關閉，電壓控制為滯環(huán)控制方式UdLUdH。UdL要大于電動機工作在電動狀態(tài)時可能出現(xiàn)的最高直流母線電壓，即必須考慮電網(wǎng)電壓的波動。設三相電網(wǎng)電壓波動為±15％，經(jīng)整流后，直流母線上可能出現(xiàn)的最高電壓為：UdM=U（1＋15％）×

式中：U為相電壓的有效值。

一般情況下，當電網(wǎng)相電壓為220V時，可設定UdL=630V，電壓滯環(huán)控制的環(huán)寬為20V，UdH=650V，采用線性光電隔離器NEC200檢測直流母線電壓，線性地將直流母線電壓轉換為弱電壓信號，作為電壓滯環(huán)控制器的反相輸入。電壓檢測與控制電路如圖3所示。Uv作為控制回饋逆變器主開關通斷的條件之一。

32電流檢測及電流控制信號的產生

由于直流母線上的電流和通過變流器開關管的電流以及回饋電網(wǎng)的線電流是相等的，因此只需在直流母線接變流器端裝一個LEM電流傳感器，就可以檢測能量回饋過程中的所有線電流IL。當IL低于滯環(huán)下限ILL時，UI為高電平，允許逆變器開關管導通；當IL高于滯環(huán)上限ILH時，UI為低電平，變流器開關管關斷。關斷后，在扼流電抗器的續(xù)流作用下，能量回饋線電流方向保持不變，變流器中相應二極管續(xù)流，直流母線上的電流反向。因此需要對LEM輸出的電壓信號整流，得到能量回饋的線電流反饋信號Iv，Iv作為控制回饋逆變器主開關通斷的條件之二。

電流檢測及電流控制電路就是由電流傳感器電路、精密整流電路和遲滯比較器組成，如圖4所示。