新型高速無刷直流槽筒電機控制系統的製作方法
2023-09-22 22:40:15
專利名稱：新型高速無刷直流槽筒電機控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種電機控制系統，尤其涉及與紡織細紗行業自動絡筒機相配套使
用的一種新型高速無刷直流槽筒電機控制系統。
背景技術：
在目前紡織工業生產中，高速自動絡筒機已經被越來越廣泛的使用，槽筒電機作 為高速自動絡筒機的必要組件，其重要性就越來越凸現出來。國產槽筒電機高速運行時易 有抖動現象，主要原因之一轉子上的磁鋼充磁不均勻，極數之間有弱磁點；轉子上磁鋼極對 數配備不合理，磁性密度不均勻，磁性密度低造成槽筒電機不能滿足長期高轉速運行的要 求，特別在炎熱的夏季，更是出現轉矩不穩定，轉子剛性差，轉子跳動大，電流大，功耗高，發 熱嚴重，溫升過高而燒毀。要獲得槽筒電機的高速(7000rpm)運行，槽筒電機必須有大的轉 矩，寬的調速範圍，在連續24小時運轉時，必須運轉平穩、噪音低、功耗低、溫升低，所以對 轉子及轉子上的磁鋼(永磁體)的研究至關重要。如果每塊磁鋼外表面上只有N或S極， 那麼，轉子運轉時，即從N — S或S — N，磁鋼塊的間隙會造成換極時，高速運轉的槽筒電機 有抖動現象。
發明內容
本發明的目的就是提供一種易於控制且運行平穩，與自動絡筒機相配套使用的新 型高速無刷直流槽筒電機控制系統。 為了達到上述目的，本發明涉及的新型高速無刷直流槽筒電機控制系統，電機採 用了十三塊磁鋼排列分布，並且讓每塊磁鋼上都同時擁有N、 S極，使得轉子在高速運轉換 極的過程中不存在間隙弱磁。高速新型無刷直流槽筒電機，包括由鐵心和筒型線圈組成的 定子鐵心，由軸、主磁鋼、不鏽鋼護套和支架構成的懸臂轉子，包括一個線路板支架，在線路 板支架上安裝有定位檢測霍爾傳感器及定位檢測線路板，兩者結合一起通過主磁鋼的感應 作用完成定位檢測任務，並通過信號線將信號傳輸至控制系統；另一方面安裝測速霍爾傳 感器和測速線路板及測速傳感磁鋼，測速霍爾傳感器和測速線路板通過測速傳感磁鋼完成 速度檢測，並通過信號線將信號傳遞至控制系統。 本發明由於採用新的信號採集與反饋模式，可以使得自動絡筒機相配套使用的高 速槽筒電機轉子在使用過程中不產生抖動現象，能夠保證槽筒電機在長期高負載的情況下 運轉平穩、噪音低、功耗低、溫升低、故障少，切實解決高速槽筒電機國產化的難題。
圖1為本發明的架構示意圖。
圖2為本發明的驅動電路示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，新型高速無刷直流槽筒電機控制系統主要由位置檢測電路、驅動電 路、保護電路、DSP微處理器、接口電路等組成。槽筒電機的控制系統都屬於自控式變頻系 統，就是說電動機的換相狀態是由轉子的位置決定的，電動機的控制頻率是由轉子的運行 速度決定的，這就需要轉子的位置檢測器採用簡易型的位置檢測器，發起件不能用來檢測 轉子的精確位置，其檢測精度通常只有60度的電角度，其主要作用是為了滿足電動機的換 相要求。位置傳感器是槽筒電機系統組件部分之一，也是區別於直流有刷電機和槽筒電機 的主要標誌。其作用是檢測主轉子在運動過程中的位置，將轉子磁鋼的位置信號轉換成電 信號，為邏輯開關電路提供正確的換相信息，以控制它們的導通和截止，使電動機電樞繞組 中的電流隨著轉子位置的變化按次序換相，形成氣隙中步進式的旋轉磁場，驅動永磁轉子 連續不斷的旋轉。位置傳感器的種類很多，有電磁式、光電式、磁敏式等。它們各具特點， 然而由於磁敏式霍耳位置傳感器具有結構簡單、體積小、安裝靈活方便、易於機電體化等優 點，故目前得到越來越廣泛的應用。霍耳位置傳感器必須滿足以下兩個條件(l)位置傳感 器在一個電周期內所產生的開關狀態是不重複的，每一個開關狀態所佔的電角度相等。(2) 位置傳感器在一個電周期內所產生的開關狀態數應和電動機的工作狀態數相對應。位置傳 感器輸出的開關狀態能滿足以上條件，那麼總町以通過一定的邏輯變換將位置傳感器的開 關狀態與電動機的換相狀態對應起來，進而完成換相。對於三相無刷直流電機，其位置傳感 器的霍耳元件的數量是3，安裝位置應當間隔120電角度。槽筒電機的位置傳感器信號通過 位置檢測電路傳給具有強大的計算和數據處理能力的DSP微處理器，由DSP控制驅動電路， 使槽筒電機高速運轉。槽筒電機的位置傳感器信號通過位置檢測電路傳給具有強大的計算 和數據處理能力的DSP微處理器，由DSP控制驅動電路，使槽筒電機高速運轉。
如圖2所示，在正常工作時，每一時刻都有兩相導通，第三相懸空，各相的導通順 序與時間由位置傳感器獲得的轉予位置信號決定定子合成磁場在宅間不是連續旋轉的磁 場，而是步進式的，步進角是60度電角度每轉過60度電角度，逆變橋進行一次換流，定子磁 狀態就相應改變之，由此可見，電機有六個磁狀態，每一狀態都有兩相導通，每相繞組中連 續流過電流的時間對應於轉於旋轉120度電角度所需的時間每一時刻都有一個上橋臂功 率管(如功率管1、3、5)導通，使相應的繞組獲得正向電流，產生轉矩，同時，又有一個下橋 臂功率管(如功率管2、4、6)導通，使另一相繞組獲得反相電流，產生轉矩，因此相應時刻的 合成轉矩是兩相繞組通電產生的轉矩之和每經過一次換相，合成轉矩的方向就轉過60度 電角度，一個周期內要經過六次方向轉換。控制系統在工作過程中有時會發生異常，會對控 制電路、驅動電路和槽筒電機造成損壞，所以加入保護電路更為重要最重要的保護就是過 電流保護，一般在主迴路中的直流母線上取得過電流反饋信號，在過電流環節與給定的保 護值相比較，如果超過了保護值就會引起保護電路動作，一般是封鎖逆度器中的功率管器 件從而實現保護，防止燒壞功率管和槽筒電機。
權利要求
新型高速無刷直流槽筒電機控制系統主要由位置檢測電路、驅動電路、保護電路、DSP微處理器、接口電路等組成。
2. 根據權利要求1所述的新型高速無刷直流槽筒電機控制系統，其特徵在於槽筒電機 的位置傳感器信號通過位置檢測電路傳給具有強大的計算和數據處理能力的DSP微處理 器，由DSP控制驅動電路，使槽筒電機高速運轉。槽筒電機的位置傳感器信號通過位置檢測 電路傳給具有強大的計算和數據處理能力的DSP微處理器，由DSP控制驅動電路，使槽筒電 機高速運轉。
3. 根據權利要求1所述的新型高速無刷直流槽筒電機控制系統，其特徵在於位置傳感 器檢測主轉子在運動過程中的位置，將轉子磁鋼的位置信號轉換成電信號，為邏輯開關電 路提供正確的換相信息，以控制它們的導通和截止，使電動機電樞繞組中的電流隨著轉子 位置的變化按次序換相，形成氣隙中步進式的旋轉磁場，驅動永磁轉子連續不斷的旋轉。
4. 根據權利要求1所述的新型高速無刷直流槽筒電機控制系統，其特徵在於加入保護 電路進行過電流保護，在過電流環節與給定的保護值相比較，如果超過了保護值就會引起 保護電路動作，封鎖逆度器中的功率管器件從而實現保護，防止燒壞功率管和槽筒電機，使 系統能夠正常運轉。
全文摘要
本發明涉及到一種電機控制系統，尤其涉及與紡織細紗行業自動絡筒機相配套使用的一種新型高速無刷直流槽筒電機控制系統。本發明新型高速無刷直流槽筒電機控制系統主要由位置檢測電路、驅動電路、保護電路、DSP微處理器、接口電路等組成，電機有定位檢測霍爾傳感器和定位檢測線路板；此外，還安裝有測速霍爾傳感器和測速線路板。採用新的信號採集與反饋模式，可以使得自動絡筒機相配套使用的高速槽筒電機轉子在使用過程中不產生抖動現象，能夠保證槽筒電機在長期高負載的情況下運轉平穩、噪音低、功耗低、溫升低、故障少，切實解決高速槽筒電機國產化的難題。
文檔編號H02P6/16GK101789740SQ20101013064
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者莊春興, 張中偉, 張浛赫, 徐伯俊, 蘇旭中, 謝春萍, 高衛東 申請人:江南大學