智能化全数字式专用变频器的设计原理

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       1前言

  医学治疗仪的服务对象是人,由此决定了对其传动控制系统要求的严格性,尤其是用于治疗颈椎病和腰椎间盘突出症的治疗设备,对传动系统的安全性和准确性提出了 更高的要求:绝对不允许失速,不允许越位,且停车准确。同时为了简化机械部分的设计及减少相关的传感器,从机电一体化的原则考虑,将大部分控制功能由电气 控制来完成。

  治疗仪传动系统要求电机转速控制在100~250r/min之间,再通过50∶1的机械减速器减速,传动扭矩>1.5Nm。摆动幅度要求为颈椎:±30°~±60°;腰椎:±60°~±100°;起终点均应控制在中心位置。转速及摆幅均应根据具体病例可调。

  2智能化全数字式专用变频器的设计

  (1) 考虑到医学治疗仪的特殊要求,为了提高变频器的工作可靠性和控制精度,采用智能化数字化设计,同时也结合小型化的特点,主功率器件采用日本三菱电机的 IGBT智能功率模块(IPM)PM20CSJ060。输入为单相220V交流,经单相全桥整流器整流后供给智能功率模块,输出为三相220V交流,接 0.5kW三相异步电动机(改为△接法)。

  (2) 采用INTEL公司的16位单片机80C196KC作为系统CPU,它具有运算速度快,精度高,指令功能强等特点。并带有8路10位A/D转换器,可以完 成模拟量和数字量信号的检测。控制运算及数据处理,保护功能的逻辑判断,给PWM产生电路SA4828送设定和控制数据,以及管理键盘和数码显示等功能。

  (3)SPWM波发生器采用英国MITEL公司 的增强型运动控制大规模集成电路SA4828。该芯片作为一种独立于微处理器的外设形式工作,但它可以受控于任何类型的微处理器而几乎不需要附加任何逻辑 电路。管脚的配置使其能适用于大部分总线格式,包括复用的地址/数据总线格式和RD/WR或R/W控制模式。由于仅在改变运行状态时需要微处理器的介入, 因此工作时芯片几乎不占用CPU的资源。

  SA4828采用全数字化操作,载波频率可达24kHz。内部ROM中存有三种可选的输出电源波形,谐波抑制技术可减少功率器件的损耗。16位频率控制精度,三个独立的幅值寄存器可进行三相不平衡补偿。利用SA4828设计的变频器硬件结构图如图1所示。

 

图1采用SA4828的变频器硬件结构框图

  3SA4828的功能特点及工作原理

  3.1SA4828管脚图及管脚功能说明

  SA4828管脚图如图2所示。管脚功能说明见表1。

 

图2 SA4828管脚图

表1 SA4828管脚说明

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