基于 DSP 的永磁同步电机交流伺服控制系统主电路的设计 

    随着现代化工业的不断发展，交流伺服控制系统的应用越来越广泛，而高性能的全数
字化伺服控制系统是当代交流伺服控制系统发展的趋势，这种系统被广泛应用在高精度
数控机床、机器人、特种加工装备和精细进给系统中，因此对其性能的要求也越来越高，
尤其是在军用领域和机器人系统中，要求伺服控制系统具有高速度、高精度、高可靠性及
高抗干扰能力。由于集高速运算能力和面向电机的高效控制能力于一体的数字信号处理芯
片 DSP 的应用，因此基于 DSP 的永磁同步电机交流伺服控制系统逐步成为交流伺服控制
系统的主流。而交流伺服控制系统的主电路是交流伺服控制系统的主要部分，主电路的性
能优劣直接影响整个交流伺服控制系统的性能，因此对主电路的设计显得尤为重要。因此，
对交流伺服控制系统主电路的设计成为研究的热点。本文介绍的基于 DSP 的永磁同步电
机交流伺服控制系统主电路由三相整流电路、智能功率模块、滤波电容、能耗制动回路组成。

    

 

主电路工作原理及各部分设计

    功率主电路的作用是直接驱动伺服电机工作，主要由三相整流电路、智能功率模块、滤
波电容、能耗制动回路组成。三相交流电经三相全控桥整流电路整流后，再经过滤波电容
滤波，将其转换为直流电，使加于逆变器桥臂的电压为一恒压源。R 和 T 组成能耗制动回
路。智能功率模块由三相六个桥臂构成，把直流电变换成三相交流输出，即变压也变频，
输到电动机的三相电压和频率都是同时变换的。实际应用上经电流反馈控制后，智能功率
模块输出的三相电流为近似对称的正弦交流电流，以使电动机获得圆形旋转的气隙磁场。
主电路的具体构成。
   

 

三相整流电路

    整流电路采用富士公司的三相整流桥 6R130G-1600，整流电路为三相桥式全波整流电
路，耐压高，可达 1600V ,输入是三相交流电，三相输入为 220V，则经整流后平均直流
电压为的=2.34×220=514.8V。三相桥式全波整流电路完成工频电流到直流的转换，经整流
器整流后的直流电存在脉动。滤波电容起到稳压滤波的作用，滤波电容中的滤波电容值很

 

大。

    

 

智能功率模块

    功率变换部分是永磁同步电机控制系统的重要组成部分，其功能是依据 PWM 控制信
号将三相工频交流电变换成频率、相位和幅值均可调的交流电，功率变换单元的结构形式
多种多样，而采用交一直一交变换方式的电压源逆变器，目前在永磁同步电动机控制系
统中应用广泛。在功率变换单元的设计中，功率电子开关的选择很重要， IGBT 由于输入
阻抗高、开关损耗小、饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好，耐高压且承受大电流、驱动
电路简单而得到广泛的应用。因此，本文采用的智能功率模块是富士公司的 R 系列
PM25RSBI20 智能功率模块。它以 IGBT 为主开关器件，这就决定了它的开关速度较高，
目前己达到 20kHz。它的智能化主要表现在容易实现控制、保护和接口功能等三个方面。采
用它来构建主逆变电路，可以极大地简化电路结构，同时也提高了电路工作的可靠性与
稳定性。智能功率模块的内部结构。