電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

劉德超

摘 要：為了更好的實(shí)現(xiàn)電梯的調(diào)速控制，需要對(duì)電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化與處理，確保其能夠充分發(fā)揮作用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、舒適的運(yùn)作需求。本文首先探索了電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的整體規(guī)劃，其次針對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中主回路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行有針對(duì)性的分析。

關(guān)鍵詞：電梯;永磁同步電機(jī);調(diào)速控制系統(tǒng);硬件設(shè)計(jì)

引言：電梯在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)了垂直交通運(yùn)輸，電梯的轎廂需要從靜止加速到額定速度并逐漸減速到靜止的過程，期間要始終兼顧快速和舒適兩大要素，同時(shí)也要充分考慮到人們?cè)陔娞莩俗^程中生理領(lǐng)域?qū)﹄娞菁铀俣鹊某惺苄Ч?。因此本文針?duì)電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析與研討有重要的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐意義。

1 電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)整體規(guī)劃

在電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理控制芯片（DSP控制芯片）TMS320LF2407A作為整體設(shè)計(jì)的控制核心，并采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制形式進(jìn)行，具體的控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)調(diào)速控制系統(tǒng)主要分為主回路和控制電路兩大類，在功率主回路中主要涵蓋了交流電源、整流電路、濾波和智能功率模塊等部分，而在控制電路模塊中主要涵蓋了隔離驅(qū)動(dòng)、電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)、保護(hù)電路等多種類型的電路。

2 電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

2.1 主回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在主回路系統(tǒng)中主要涵蓋了三相交流電源、整流電路、逆變電路等相關(guān)細(xì)節(jié)，其中在不可控整流方式中，因?yàn)槠湔w功率因數(shù)較高，因此可以有效減少對(duì)電網(wǎng)的干擾，當(dāng)三相交流電通過整流橋之后，能夠有效實(shí)現(xiàn)平滑的直流電，隨后可以增加功率開關(guān)，讓其經(jīng)過SVPWM控制電路的有效控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)三相交流電以更好的供給電梯永磁同步電機(jī)，確保能夠有效運(yùn)轉(zhuǎn)。主回路系統(tǒng)中所表示的電容，其主要功能在于濾波，確保系統(tǒng)內(nèi)部直流電壓始終保持平穩(wěn)狀態(tài)，應(yīng)用電容也能有效緩解電梯永磁同步電機(jī)在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的無(wú)功功率。當(dāng)系統(tǒng)中限流電阻發(fā)生作用時(shí)，能夠保障在系統(tǒng)上電初始期，如果缺少必要的限流措施，則整體回路電阻會(huì)更小，因此可以應(yīng)用電容實(shí)現(xiàn)較大的充電電流，但是這樣的電流難免會(huì)給三相整流橋造成一定的沖擊和損壞，并進(jìn)一步導(dǎo)致電源和電壓出現(xiàn)下降的問題。

在整個(gè)電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主回路發(fā)揮作用過程中，要保證電動(dòng)機(jī)能夠快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)，并同步實(shí)現(xiàn)較好的自動(dòng)化運(yùn)行功能，但不容忽視的是在系統(tǒng)主回路中特別是整流部分，大多為不可控的整流。因此一旦電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)則會(huì)導(dǎo)致電梯機(jī)械運(yùn)行的機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為電能，并同樣反饋給濾波電容，這樣的問題會(huì)造成電容出現(xiàn)泵升電壓，而電壓的不斷增大也會(huì)給主回路中相關(guān)電路和元器件造成嚴(yán)重的損壞和影響。

2.2 電流檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的電流檢測(cè)系統(tǒng)中，主要采用霍爾電流傳感器LT58-S7進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，其工作電壓為±15V，一次側(cè)額定有效值電流為50A，二次側(cè)額定有效值電流為50mA，轉(zhuǎn)換率為1：1000。此種傳感器應(yīng)用效果更為明顯，且線性度相比于其他類型的傳感器更好，另具有低溫漂、寬頻帶的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于電流過載能力方面表現(xiàn)良好且抗干擾，效果更強(qiáng)。在電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，需要檢測(cè)電動(dòng)機(jī)三相電流，以更好的實(shí)現(xiàn)電梯坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，因此為了實(shí)現(xiàn)高效化控制，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中應(yīng)用兩個(gè)傳感器以更好的實(shí)現(xiàn)兩相電流檢測(cè)定子，其中一項(xiàng)需要有三相平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算而得出。另外電流檢測(cè)系統(tǒng)中一旦檢測(cè)到電流信號(hào)，經(jīng)過了轉(zhuǎn)換電路則會(huì)將其轉(zhuǎn)變?yōu)?A3.3V的電壓信號(hào)，隨后將其輸入至端口之中，但是其轉(zhuǎn)換后以及轉(zhuǎn)換中的相應(yīng)數(shù)值則也會(huì)保存在寄存器中，更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。

2.3 電壓檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要采用霍爾電壓傳感器LV28-P作為電壓檢測(cè)系統(tǒng)的核心，主要應(yīng)用零磁平衡式的工作原理進(jìn)行操作和運(yùn)轉(zhuǎn)，電壓傳感器LV28-P的測(cè)量范圍更加廣泛且線性度表現(xiàn)更好。電壓傳感器LV28-P一次側(cè)額定電流和二次側(cè)額定電流分別為10mA、25mA，傳感器的供電電源電壓主要為±15V，且測(cè)量范圍為10V～500V。電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的電壓檢測(cè)部分電路中檢測(cè)電阻分別為R1和R2，二者能夠在具體運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，根據(jù)所檢測(cè)的電路電壓情況進(jìn)行有效設(shè)定，也能不斷提升檢測(cè)電阻的精度和測(cè)量電壓的精度。此外，在該系統(tǒng)輸出端口處增加二極管，也同樣起到電流檢測(cè)和限幅的作用，避免電壓輸出量過大而損壞數(shù)字信號(hào)處理控制芯片，造成不必要的損失，增加系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本。

2.4 隔離驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)隔離驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路主要采用專用驅(qū)動(dòng)模塊，模塊內(nèi)部需要具備較強(qiáng)的邏輯短路保護(hù)功能，且具備延時(shí)保護(hù)的特點(diǎn)。在應(yīng)用專用驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，需要進(jìn)行雙電源的驅(qū)動(dòng)作用，確保IGBT能夠?qū)崿F(xiàn)可靠通斷效果，此類專用驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)功率更大，能夠驅(qū)動(dòng)的IGBT模塊范圍更加廣泛，例如600A/600V和400A/1200V等等。電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的隔離驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路設(shè)置，首先需要保證信號(hào)接收端與專用驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行有效連接，當(dāng)信號(hào)接收端出現(xiàn)正電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部的二極管截止;只有當(dāng)信號(hào)接收端出現(xiàn)負(fù)電平狀態(tài)，專用驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部的光隔離器才會(huì)有效導(dǎo)通。另外當(dāng)出現(xiàn)IGBT的故障和問題時(shí)，應(yīng)用隔離驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)電路過流時(shí)的軟關(guān)斷，避免IGBT受到電流和電壓的影響，出現(xiàn)損壞問題。

2.5 保護(hù)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要應(yīng)用多重保護(hù)電路，以進(jìn)一步滿足電路運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性需求。大多數(shù)情況下，需要配備有功率開關(guān)器械的短路保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)、過電壓保護(hù)等多個(gè)系統(tǒng)，與此同時(shí)各個(gè)保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)信號(hào)同樣需要輸送至TMS320LF2407A控制芯片之中，而控制芯片則可以根據(jù)不同的保護(hù)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的故障狀態(tài)。其中，針對(duì)需要立即反饋的短路信號(hào)和保護(hù)信號(hào)，需要通過保護(hù)電路進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)即時(shí)關(guān)斷功率開關(guān)器件的作用。

總結(jié)：總而言之，電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃對(duì)于當(dāng)前電梯運(yùn)行控制至關(guān)重要。因此本文從系統(tǒng)整體規(guī)劃入手，結(jié)合主回路、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)、隔離驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路等多個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行有針對(duì)性的研究與探討，希望能夠有效實(shí)現(xiàn)電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能和高效控制的目的。

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