一种伺服电机节能控制系统的制作方法

本发明涉及伺服电机，具体是一种伺服电机节能控制系统。

背景技术：

伺服电机受电运行时，是以电动机的方式运行，从电网吸收能量；伺服电机制动过程中，是以发电机的方式运行，往外反向输出能量。如何将伺服电机在运行过程中快速制动和频繁正反转时所产生的再生能量加以回收利用，对于节能有很大价值。当今最常用的解决方案是利用电力电子技术，将半控型晶闸管器件用于整流、逆变电路，以控制导通角的方式，把电机制动时的再生能量逆变送回电网。这种技术相当成熟，但存在诸多缺点：首先，由于采用半控型晶闸管器件，若逆变角控制不当，或晶闸管发生故障、触发电路工作不可靠、换相裕量角不足等，均易导致逆变过程失败。其次，晶闸管相控整流电路位移因数、基波因数较低，导致电网电能波形畸变严重，波形中的谐波分量较大，电路功率因数很低，大大降低了再生电能的回馈质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种伺服电机节能控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种伺服电机节能控制系统，包括电抗器、浪涌控制器、三相全桥可控整流器、有源逆变器、中央处理器和dsp电源，所述有源逆变器分别连接浪涌控制器、三相全桥可控整流器、电压电流检测模块、故障保护输出模块、隔离驱动电路、储能电容、无源逆变变频器和直流电压检测模块，储能电容还连接三相全桥可控整流桥另一端，所述无源逆变变频器还连接伺服电机群组，所述浪涌控制器还通过电抗器连接交流电网，所述故障保护输出模块还连接中央处理器，中央处理器还分别连接电压电流检测模块另一端、dsp电源、直流电压检测模块另一端和信号处理模块，信号处理模块还连接驱动隔离电路另一端；所述dsp电源包括输入滤波单元、整流单元、逆变桥、驱动电路、变压器t、dsp控制器、接口模块、触摸屏和电压采样模块，所述dsp控制器分别连接驱动电路、接口模块、温度采样电路、电流采样电路和电压采样模块，所述输入滤波单元一端连接220v交流电，输入滤波单元还连接整流单元，整流单元还连接逆变桥，逆变桥还分别连接驱动电路另一端和变压器t，变压器t还连接输出滤波单元，输出滤波单元还分别连接输出端、温度采样电路另一端、电流采样电路另一端和电压采样模块另一端；所述电压采样模块包括电阻r1、变压器t、电容c1和运放u1，变压器t线圈l1两端分别连接220v交流电两端，变压器t线圈l2一端分别连接电阻r1和电阻r2，电阻r1另一端分别连接电阻r3和变压器t线圈l2另一端，电阻r3另一端分别连接运放u1同相端、电阻r4和电容c2，电容c2另一端连接电阻r4另一端并接地，所述电阻r2另一端分别连接电阻r5、运放u1反相端和电容c1，电容c1另一端分别连接电阻r5另一端、电阻r6和运放u1输出端，电阻r6另一端分别连接输出端vo、二极管d1负极和电容c3，电容c3另一端连接二极管d1正极并接地；所述dsp控制器采用tms320f2812。

作为本发明进一步的方案：所述中央处理器采用tms320f2812。

作为本发明进一步的方案：所述隔离驱动电路采用igbt隔离驱动电路。

作为本发明再进一步的方案：所述无源逆变变频器采用igbt电压型无源逆变变频器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明伺服电机节能控制系统，通过将伺服电机群组频繁制动时产生的再生能量储存于储能电容中，当储能电容两端电压达到限定值时，由中央控制器启动有源逆变器，将储存于储能电容中的能量以spwm波的形式反馈回电网，有效节约了能源。

附图说明

图1为伺服电机节能控制系统的电路结构框图；

图2为伺服电机节能控制系统中dsp电源的电路原理框图；

图3为伺服电机节能控制系统中电压采样模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1~3，本发明实施例中，一种伺服电机节能控制系统，包括电抗器、浪涌控制器、三相全桥可控整流器、有源逆变器、中央处理器和dsp电源，所述有源逆变器分别连接浪涌控制器、三相全桥可控整流器、电压电流检测模块、故障保护输出模块、隔离驱动电路、储能电容、无源逆变变频器和直流电压检测模块，储能电容还连接三相全桥可控整流桥另一端，所述无源逆变变频器还连接伺服电机群组，所述浪涌控制器还通过电抗器连接交流电网，所述故障保护输出模块还连接中央处理器，中央处理器还分别连接电压电流检测模块另一端、dsp电源、直流电压检测模块另一端和信号处理模块，信号处理模块还连接驱动隔离电路另一端；所述dsp电源包括输入滤波单元、整流单元、逆变桥、驱动电路、变压器t、dsp控制器、接口模块、触摸屏和电压采样模块，所述dsp控制器分别连接驱动电路、接口模块、温度采样电路、电流采样电路和电压采样模块，所述输入滤波单元一端连接220v交流电，输入滤波单元还连接整流单元，整流单元还连接逆变桥，逆变桥还分别连接驱动电路另一端和变压器t，变压器t还连接输出滤波单元，输出滤波单元还分别连接输出端、温度采样电路另一端、电流采样电路另一端和电压采样模块另一端；所述电压采样模块包括电阻r1、变压器t、电容c1和运放u1，变压器t线圈l1两端分别连接220v交流电两端，变压器t线圈l2一端分别连接电阻r1和电阻r2，电阻r1另一端分别连接电阻r3和变压器t线圈l2另一端，电阻r3另一端分别连接运放u1同相端、电阻r4和电容c2，电容c2另一端连接电阻r4另一端并接地，所述电阻r2另一端分别连接电阻r5、运放u1反相端和电容c1，电容c1另一端分别连接电阻r5另一端、电阻r6和运放u1输出端，电阻r6另一端分别连接输出端vo、二极管d1负极和电容c3，电容c3另一端连接二极管d1正极并接地；所述dsp控制器采用tms320f2812；所述中央处理器采用tms320f2812；所述隔离驱动电路采用igbt隔离驱动电路；所述无源逆变变频器采用igbt电压型无源逆变变频器。

本发明的工作原理是：请参阅图1，伺服电机群组频繁制动时产生的再生能量储存于储能电容中，当储能电容两端电压达到限定值时，由中央控制器启动有源逆变器，将储存于储能电容中的能量以spwm波的形式反馈回电网，有效节约了能源。

在实时控制过程中，为了产生和电网同步的spwm波信号，需要对交流电网电压电流实施跟踪采样，这采用电压电流采样模块完成，本设计采用霍尔传感器采集信号，为提高信号采集质量，需经过一阶滤波器、限幅电路和射极跟随器连接到中央处理器的模拟输入信号引脚上，霍尔传感器输出信号电压为0～5v，而tms320f2812模拟输入信号电压范围为0～3v，这就要求电路必须进行电平转换，本设计采用电阻分压实现电平转换。

采样信号到达中央处理器的模拟输入信号引脚上后，由中央控制器内部a/d转换电路实行信号转换，tms320f2812adc模块是一个12位的带流水线的模数转换器(adc)，模数转换单元的模拟电路包括前向模拟多路复用开关(muxs)、采样/保持(s/h)电路、变换内核、电压参考以及其它辅助模拟电路。adc模块有16个通道，可配置为2个独立的8通道模块，分别服务于事件管理器eva和evb，也可级联成一个16通道模块。各个通道模块能够自动排序，对于每个通道而言，一旦adc转换完成，将会把转换结果存储到结果寄存器(adcresult)中，通过合理的中断处理和中断服务子程序，将结果寄存器中的数据读出。

有源逆变器回馈能量时所需spwm控制信号，是与交流电网同步同频的脉宽调制信号，首先，将交流电网电流电压信号通过滞回比较电路，使信号在过零时刻产生与电网信号同步同频的正向脉冲，然后通过tms320f2812中的eva或evb的捕获单元将其正向脉冲进行捕获。每一次正脉冲的捕获，捕获单元都会对内部时钟个数进行存储，前后两次时钟数存储结果之差值，即为交流电网信号的时钟周期数，因此，通过对交流电网信号的实时捕获，可以使spwm控制信号实时跟踪电网信号变化，其信号的同步性和周期性均等同于交流电网信号，从而达到了预期目的。

三相桥式逆变电路产生的spwm逆变信号，在反馈电网过程中存在一定的谐波成分。由于本设计采用了spwm波的控制形式，所以三相电流逆变回馈电网时，谐波成分较少，不含有与调制波相关的低次谐波，也不含有三角载波整数倍的频率谐波。

请参阅图2，主电路采用交-直-交结构，包括整流单元、输入滤波单元、逆变桥、变压器t及输出滤波单元，交-直部分将50hz220v交流市电经输入滤波单元、整流单元后变为平稳直流，逆变桥选用igbt作为开关器件，利用igbt开关频率较高的优点，dsp控制器采用正弦脉宽调制方式对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，输出spwm波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，逆变桥输出的交流电经变压器t及输出滤波单元滤波后，得到纯正的正弦波交流电。

请参阅图3，从变压器t副边送来的正弦波反馈信号经变压器t采样，经过分压和偏置处理后，转换成0~3.3v的信号送入dsp控制器的a/d转换口.

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。