1 引言

　　長期以來，由于交流異步電機結構簡單、運行可靠、制造成本低等諸多優點，其應用越來越廣泛。在交流調速理論發展的同時，人們也在研究交流調速系統硬件接口電路的設計方法。隨著高性能dsp芯片、電力電子器件的出現，交流調速系統的硬件電路設計也逐漸形成標準。本文詳細介紹了一種基于dsp的交流調速系統硬件接口電路設計的方法，對各個電路如采樣電路、轉速反饋接口電路、驅動電路的主要功能及電路元器件參數的選擇給出了詳細的說明，實驗證明這種方法是可行的。

　　2 主電路設計

　　本文的設計實驗對象為：額定功率為55kw，額定電壓為440v，額定電流為90a，額定轉速為1800r/min的異步電機。調速系統原理圖如圖1所示。

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　　本設計選取了tms320f2812系列定點dsp作為電動機控制主芯片，圍繞它展開了硬件接口電路的設計。具體包括：電流采樣電路的設計，速度檢測環節的設計，功率開關器件的驅動電路設計等幾個方面。因為本文以硬件設計為主，故在其他方面如park變換，clarke變換等軟件設計方面不予以贅言。

　　3 電流采樣電路的設計

　　3.1電流采樣電路

　　電流采樣電路的目的是在閉環控制系統中實時得到反饋的交流電動機定子電流信號，即將傳感器檢測到的電流信號進行放大，偏置輸出到dsp的a/d接口，將電流信號轉換成dsp可識別的數字信號，以方便dsp進行處理。因為本課題研究的是三相平衡系統ua+ub+uc=0，故只需要檢測其中兩路電流即可。

　　3.2電流傳感器的選擇

　　根據異步電機的數學模型可知，定子電流檢測的精度和實時性是整個矢量控制系統精度的關鍵。因此，對電流的檢測要求精度高和速度快，顯然普通的電流傳感器很難滿足要求。根據設計要求，試驗電動機的額定電流為90a，考慮兩倍的安全裕量，實際定子電流取到180a。本實驗選取深圳市貝爾特電子有限技術公司出品的csns200m-002電流傳感器。該電流傳感器的原邊電流為200a，與預選的電流值(180a)很接近，滿足選取原則。

　　3.3運算放大器的選擇

　　本文所研究設計的系統中電機線電流變化范圍從0a～90a，變化范圍很大。如果在如此寬的范圍之內，電流信號采用一個固定的放大倍數，精度堪憂。所以初級采用可編程放大器ad526，通過調節放大倍數來滿足要求，并由ad526產生正的1.65v的電壓信號。由于tms320f2812要求的電壓為3.3v，所能識別的僅是正的電壓值，而電流信號為正負交替的交變信號，因此，需要有一個減法比較環節將正、負信號做減法運算，由比較環節最終輸出的電壓值就是可以為tms320f2812所能使用的電壓值。

　　設計中先將霍爾的電流信號通過電阻轉化為電壓信號，為了防止電壓過高或過低，設計了由二極管構成的限幅電路，由于電流反饋具有較大的噪音紋波，因而采用低通濾波電路。考慮到現場環境的影響以及其他未可預知的干擾，在本設計中，選取了op27型放大器。

　　3.4采樣電阻的計算

　　由電流傳感器的變比2000:1，及原邊電流值大小：200a，ad526輸出電壓為1.65v，可以求出采樣電阻r9《16.5ω，故可取r9=10ω。其中，a相電流的采樣電路如圖2所示，b相與其相同。

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　　4 轉速反饋接口電路設計

　　起動的快速性是電動機的基本要求。以目前無位置傳感器控制技術發展的情況來看，由于低速特別是起動瞬間反電動勢非常低，控制精度和性能并不理想。因此有必要保留位置速度傳感器。

　　4.1編碼器的選擇

　　與旋轉變壓器相比，光電編碼器信號處理簡單、噪聲容限大、易于實現高分辨率。特別是在選用tms320f2812作為控制器的情況下，光電編碼器可以通過dsp的qep接口十分方便地實現與控制器的連接。

　　本設計選用了sumtak株式會社產的lhe-055-2000型帶u、v、w信號增量式光電編碼器。它輸出12路信號：a、b、z、u、v、w以及他們的補信號a’、b’、z’、u’、v’、w’。其中a、b、a’、b’為占空比為50%的方波，2000p/r。u、v、w、u’、v’、w’以轉子每360°電角度為一個循環周期。u、v、w(或u’、v’、w’)相差120°，按照u、v、w(或u’、v’、w’)不同組合，可以把一對轉子磁極分為6個等距區間。所以在電機起動時，可以先根據u、v、w信號按照無刷直流電動機控制，使電機運行起來，待檢測到z信號，按照事先確定好的轉子磁極位置確定定子磁鏈初值，然后轉入直接轉矩控制。通常把z信號定位于a相繞組反電動勢的過零點，此時，轉子磁極軸線正好與a相繞組軸線重合。

　　其中a、b信號分別通過qep1、qep2接到lf2407a上;而z信號通過cap3接到lf2407a上;u、v、w是以60°電角度為周期的數字信號，分別通過qep1、qep2、qep3接到lf2407a上。