雙變頻控制系統的製作方法
2023-06-16 05:30:31
專利名稱：雙變頻控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及變頻控制技術領域，更具體地說，涉及一種雙變頻控制系統。
背景技術：
在中大型功率電機動力系統中，常用的有交流電機和直流電機，直流電機又分為 無刷直流電機和有刷直流電機。例如，在空調控制系統中，需要控制兩個電機，一個是壓縮 機，一個是室外風機，傳統的控制方法是用兩套控制系統來分別控制壓縮機和室外風機，然 而這兩個電機的產家一般不同，採用的控制方法也不一樣，有的是用交流電機，有的是用 120度直流變頻控制，但各有缺點，如交流電機的功耗普遍較大，120度直流變頻驅動無刷 電機的電能利用率較低，噪聲較大，電機運行的穩定性較低，可見，在具體實施中均存在一 定的制約性。於是，在需同時應用兩個電機的動力系統中，如上述空調、冰箱和洗衣機等控制系 統，若採用上述交流電機或120度直流變頻驅動無刷電機，並且用兩套控制系統來分別控 制這兩個電機時，功耗較大，電能利用率較低，噪聲較大，電機運行的穩定性較低，且成本較
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發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種雙變頻控制 系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種雙變頻控制系統，其包 括用於對180度直流變頻控制的第一電機的工作狀態進行控制的第一電機控制模 塊；用於對180度直流變頻控制的第二電機的工作狀態進行控制的第二電機控制模 塊；產生第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號、並依據所述第一組PWM控制信 號對所述第一電機控制模塊進行控制、以及依據所述第二組PWM控制信號對所述第二電機 控制模塊進行控制的MCU主控模塊；將交流電進行整流濾波產生直流電從而為所述第一電機控制模塊、所述第二電機 控制模塊和所述MCU主控模塊供電的電源模塊；所述第一組PWM控制信號和第二組P麗控制信號各包含6路PWM信號。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，所述第一電機控制模塊包括依據所述第一組PWM控制信號控制第一組開關管導通與截至從而驅動所述第一 電機運行的第一開關管驅動單元；用於對所述第一電機的三相工作電流進行採樣得到第一採樣電流、並將第一採樣 電流進行放大處理後送至所述MCU主控模塊的第一電機電流檢測單元；
所述第一組開關管包括6個開關管。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，所述第二電機控制模塊包括依據所述第二組PWM控制信號控制第二組開關管導通與截至從而驅動所述第二 電機運行的第二開關管驅動單元；用於對所述第二電機的三相工作電流進行採樣得到第二採樣電流、並將第二採樣 電流進行放大處理後送至所述MCU主控模塊的第一電機電流檢測單元；所述第一組開關管包括6個開關管。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，所述開關管為絕緣柵雙極型電晶體。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，所述MCU主控模塊包括採用空間矢量算法磁定向技術對第一採樣電流進行運算以計算出第一電機的轉 子位置信息的第一計算單元；採用空間矢量算法磁定向技術對第二採樣電流進行運算以計算出第二電機的轉 子位置信息的第二計算單元；依據所述第一電機的轉子位置信息對第一組PWM控制信號中的各路PWM信號的佔 空比進行調節的第一 PWM調節單元；依據所述第二電機的轉子位置信息對第二組PWM控制信號中的各路PWM信號的佔 空比進行調節的第二 PWM調節單元。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，還包括分別與所述MCU主控模塊、第一電 機控制模塊和第二電機控制模塊相連的、用於所述第一電機控制模塊與所述第二電機控制 模塊之間進行通信的通信電路。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，所述第一電機為室外風機，第二電機為壓 縮機。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，還包括與所述MCU主控模塊相連的、用於 控制四通閥的開關狀態的四通閥控制模塊。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，還包括與所述MCU主控模塊相連的、採用 光耦進行隔離的過零檢測電路。進一步地，上述所述的雙變頻控制系統，還包括分別與所述MCU主控模塊相連的 溫度採樣電路、復位電路和EEPROM及其控制電路。實施本發明的雙變頻控制系統，具有以下有益效果在需同時應用兩個電機的動 力系統中，採用一個MCU主控模塊同時對兩個180度直流變頻控制的電機進行控制，功耗較 小，電能利用率較高，噪聲較小，電機運行的穩定性較高，且降低了成本，減少了資源消耗。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明雙變頻控制系統的結構示意圖；圖2是本發明雙變頻控制系統的第一電機控制模塊的一實施例的電路圖；圖3是本發明雙變頻控制系統的第二電機控制模塊的一實施例的電路圖；圖4是本發明雙變頻控制系統的MCU主控模塊的一實施例的電路圖；圖5是本發明雙變頻控制系統的電源模塊的一實施例的電路圖6是本發明雙變頻控制系統的通信電路的一實施例的電路圖；圖7是本發明雙變頻控制系統的四通閥控制模塊的一實施例的電路圖；圖8是本發明雙變頻控制系統的過零檢測電路的一實施例的電路圖；圖9是本發明雙變頻控制系統的復位電路的一實施例的電路圖；圖10是本發明雙變頻控制系統的溫度採樣模塊的一實施例的電路圖。
具體實施例方式如圖1所示，是本發明雙變頻控制系統的結構示意圖。本發明中，主要以該雙變頻 控制系統應用於空調控制為例進行闡述，該雙變頻控制系統包括第一電機控制模塊1、第 二電機控制模塊2、MCU主控模塊3、電源模塊4、通信電路5、四通閥控制模塊6、過零檢測電 路7、溫度採樣電路8、復位電路9和EEPROM及其控制電路10。第一電機控制模塊1用於對180度直流變頻控制的第一電機的工作狀態進行控 制。第二電機控制模塊2用於對180度直流變頻控制的第二電機的工作狀態進行控制。MCU 主控模塊3產生第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號，並依據第一組PWM控制信號 對第一電機控制模塊1進行控制，以及依據第二組PWM控制信號對第二電機控制模塊2進 行控制；並且，第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號各包含6路PWM信號。電源模塊 4將交流電進行整流濾波產生直流電從而為第一電機控制模塊1、第二電機控制模塊2、MCU 主控模塊3供電以及其它模塊供電。通信電路5分別與MCU主控模塊3、第一電機控制模 塊1和第二電機控制模塊2相連，用於第一電機控制模塊1與第二電機控制模塊2之間進 行通信。四通閥控制模塊6與MCU主控模塊3相連，用於控制四通閥的開關狀態。過零檢 測電路7與MCU主控模塊3相連，採用光耦進行隔離。檢測電源溫度採樣電路8與MCU主 控模塊3相連，用於對室內、室外或主板的工作溫度進行採樣。復位電路9與MCU主控模塊 3相連，對MCU主控模塊3以及整個系統起復位作用。EEPROM及其控制電路10與MCU主控 模塊3相連，用於存貯MCU主控模塊3的程序代碼的外部參數數據。其中，第一電機控制模塊1包括第一開關管驅動單元11和第一電機電流檢測單元 12。第一開關管驅動單元11依據第一組PWM控制信號控制第一組開關管導通與截至從而 驅動第一電機運行，第一組開關管包括6個開關管；第一電機電流檢測單元12對第一電機 的三相工作電流進行採樣得到第一採樣電流，並將第一採樣電流進行放大處理後送至MCU 主控模塊3。同樣地，第二電機控制模塊2包括第二開關管驅動單元21和第二電機電流檢測 單元22。第二開關管驅動單元21依據第二組PWM控制信號控制第二組開關管導通與截至 從而驅動第二電機運行，第二組開關管包括6個開關管；第二電機電流檢測單元22對第二 電機的三相工作電流進行採樣得到第二採樣電流，並將第二採樣電流進行放大處理後送至 MCU主控模塊3。MCU主控模塊3包括第一計算單元31、第二計算單元33、第一 PWM調節單元32和 第二 PWM調節單元；34。第一計算單元31採用空間矢量算法對第一採樣電流進行運算以計算出第一電機 的轉子位置信息；第二計算單元33採用空間矢量算法對第二採樣電流進行運算以計算出 第二電機的轉子位置信息；第一 PWM調節單元32依據第一電機的轉子位置信息對第一組PWM控制信號中的各路PWM信號的佔空比進行調節；第二 PWM調節單元34依據第二電機的 轉子位置信息對第二組PWM控制信號中的各路PWM信號的佔空比進行調節。進一步地，在作為空調控制系統時，第一電機為室外風機，第二電機為壓縮機。如圖2所示，是本發明雙變頻控制系統的第一電機控制模塊的一實施例的電路 圖。第一電機控制模塊包括第一開關管驅動單元和第一電機電流檢測單元。第一開關管驅動單元主要由晶片ICF108及其外圍電路、絕緣柵雙極型電晶體 QF106、QF107、QF108、QF109、QF110和QFlll構成，且埠 CONl用來連接第一電機即室外風 機。其中，優選地，晶片ICF108採用型號為頂2136的三相橋式驅動晶片，絕緣柵雙極型晶 體管採用型號為GT20J321的電晶體。第一開關管驅動單元依據MCU主控模塊3產生的第 一組PWM控制信號控制絕緣柵雙極型電晶體QF106、QF107、QF108、QF109、QFllO和QFlll 導通與截至，以驅動第一電機運行。 第一電機電流檢測單元主要由運算放大器ICFl 12A及其外文電路構成。其中，優 選地，運算放大器ICF112A採用型號為MCP6002的運算放大器晶片。第一電機電流檢測單 元對第一電機的三相工作電流進行採樣得到第一採樣電流，並將第一採樣電流進行放大處 理後通過埠 FAN 1送至MCU主控模塊。如圖3所示，是本發明雙變頻控制系統的第二電機控制模塊的一實施例的電路 圖。同樣地，第二電機控制模塊包括第二開關管驅動單元和第二電機電流檢測單元。第二開關管驅動單元主要由晶片IC108及其外圍電路、絕緣柵雙極型電晶體 Q106、Q107、Q108、Q109、QllO和Qlll構成，且埠 W、V和U用來連接第二電機。其中，優 選地，晶片IC108採用型號為頂2136的三相橋式驅動晶片，絕緣柵雙極型電晶體採用型號 為GT20J321的電晶體。第二開關管驅動單元依據MCU主控模塊3產生的第二組PWM控制 信號控制絕緣柵雙極型電晶體Q106、Q107、Q108、Q109、Q110和Qlll導通與截至，以驅動第 二電機運行。第二電機電流檢測單元主要由運算放大器IC112A、運算放大器IC112B及其外圍 電路構成。其中，優選地，運算放大器IC112A和運算放大器IC112B均採用型號為MCP6002 的運算放大器晶片。第二電機電流檢測單元對第二電機的三相工作電流進行採樣得到第二 採樣電流，並將第二採樣電流進行放大處理後分別通過埠 FU_I和埠 IP_CURR送至MCU 主控模塊。如圖4所示，是本發明雙變頻控制系統的MCU主控模塊的一實施例的電路圖。MCU 主控模塊包括第一計算單元、第二計算單元、第一 PWM調節單元和第二 PWM調節單元。MCU主控模塊主要由主控晶片Ul及其外圍電路構成，優選地，主控晶片Ul採用型 號為STM32_64_RC的MCU控制晶片。在MCU主控模塊中，第一計算單元通過內部的運算程 序，採用空間矢量算法磁定向技術對第一採樣電流進行運算以計算出第一電機的轉子位置 信息，第一 PWM調節單元依據第一電機的轉子位置信息對第一組PWM控制信號(即三相電 機控制信號)中的三路PWM信號的佔空比分別進行調節。同樣地，第二計算單元採用空間矢 量算法對第二採樣電流進行運算以計算出第二電機的轉子位置信息；第二 PWM調節單元依 據第二電機的轉子位置信息對第二組PWM控制信號(即三相電機控制信號)中的三路PWM 信號的佔空比分別進行調節。本實施例中，該MCU主控模塊支持多種與外界進行通信的I/O接口，如可提供支持USART (串口)、IIC等協議的接口。如圖5所示，是本發明雙變頻控制系統的電源模塊的一實施例的電路圖。本實施 例中，該電源模塊將交流電進行整流濾波產生直流電從而為第一電機控制模塊、第二電機 控制模塊和MCU主控模塊以及其它模塊供電。該電源模塊包括整流電路和開關電源電路，整流電路採用整流橋將電源提供的 220V的交流電轉換為310V的直流電，然後開關電源電路將該310V的直流電轉換為15V和 5V的直流電，其中15V的直流電用於給第一電機控制模塊和第二電機控制模塊供電，5V的 直流電用於給MCU主控模塊等弱電模塊供電。當然，5V的直流電需通過電源轉換晶片轉化 為3. 3V的直流電，才可為型號為STM32_64_RC的MCU控制晶片供電。如圖6所示，是本發明雙變頻控制系統的通信電路的一實施例的電路圖。本實施 例中，該通信電路用於用於室外控制板與室內控制單元之間的第一電機控制模塊與第二電 機控制模塊之間進行通信，其分別與MCU主控模塊、第一電機控制模塊和第二電機控制模 塊相連，其中，MCU主控模塊通過埠 CRxd和埠 CTxd傳遞數據信息使第一電機控制模塊 與第二電機控制模塊之間進行通信。如圖7所示，是本發明雙變頻控制系統的四通閥控制模塊的一實施例的電路圖。 本實施例中，該四通閥控制模塊主要包括電源濾波電路和四通閥控制電路。電源濾波電路 對電源提供的220V的交流電進行濾波，以消除共模和差模幹擾。四通閥控制電路控制四通 閥打開或閉合，以控制空調進行製冷或制熱。如圖8所示，是本發明雙變頻控制系統的過零檢測電路的一實施例的電路圖。本 實施例中，該過零檢測電路採用光耦進行隔離。當然，在其他實施例中，該過零檢測電路還 可採用變壓器進行隔離。如圖9所示，是本發明雙變頻控制系統的復位電路的一實施例的電路圖。本實施 例中，通過該復位電路可對MCU主控模塊及整個雙變頻控制系統進行復位。如圖10所示，是本發明雙變頻控制系統的溫度採樣模塊的一實施例的電路圖。本 實施例中，通過該溫度採樣模塊可對室內和室外的溫度進行採集，並將溫度採集數據送至 MCU主控模塊後，MCU主控模塊可依據該溫度採集數據調節第一電機或第二電機的運行狀 態，如轉速、運行時間等。以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種雙變頻控制系統，其特徵在於，包括用於對180度直流變頻控制的第一電機的工作狀態進行控制的第一電機控制模塊； 用於對180度直流變頻控制的第二電機的工作狀態進行控制的第二電機控制模塊； 產生第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號、並依據所述第一組PWM控制信號對 所述第一電機控制模塊進行控制、以及依據所述第二組PWM控制信號對所述第二電機控制 模塊進行控制的MCU主控模塊；將交流電進行整流濾波產生直流電從而為所述第一電機控制模塊、所述第二電機控制 模塊和所述MCU主控模塊供電的電源模塊；所述第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號各包含6路PWM信號。
2.根據權利要求1所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，所述第一電機控制模塊包括 依據所述第一組PWM控制信號控制第一組開關管導通與截至從而驅動所述第一電機運行的第一開關管驅動單元；用於對所述第一電機的三相工作電流進行採樣得到第一採樣電流、並將第一採樣電流 進行放大處理後送至所述MCU主控模塊的第一電機電流檢測單元； 所述第一組開關管包括6個開關管。
3.根據權利要求2所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，所述第二電機控制模塊包括 依據所述第二組PWM控制信號控制第二組開關管導通與截至從而驅動所述第二電機運行的第二開關管驅動單元；用於對所述第二電機的三相工作電流進行採樣得到第二採樣電流、並將第二採樣電流 進行放大處理後送至所述MCU主控模塊的第一電機電流檢測單元； 所述第一組開關管包括6個開關管。
4.根據權利要求3所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，所述開關管為絕緣柵雙極型電晶體。
5.根據權利要求4所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，所述MCU主控模塊包括 採用空間矢量算法磁定向技術對第一採樣電流進行運算以計算出第一電機的轉子位置信息的第一計算單元；採用空間矢量算法磁定向技術對第二採樣電流進行運算以計算出第二電機的轉子位 置信息的第二計算單元；依據所述第一電機的轉子位置信息對第一組PWM控制信號中的各路PWM信號的佔空比 進行調節的第一 PWM調節單元；依據所述第二電機的轉子位置信息對第二組PWM控制信號中的各路PWM信號的佔空比 進行調節的第二 PWM調節單元。
6.根據權利要求5所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，還包括分別與所述MCU主控模 塊、第一電機控制模塊和第二電機控制模塊相連的、用於所述第一電機控制模塊與所述第 二電機控制模塊之間進行通信的通信電路。
7.根據權利要求6所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，所述第一電機為室外風機，第 二電機為壓縮機。
8.根據權利要求6所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，還包括與所述MCU主控模塊相 連的、用於控制四通閥的開關狀態的四通閥控制模塊。
9.根據權利要求1所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，還包括與所述MCU主控模塊相 連的、採用光耦進行隔離的過零檢測電路。
10.根據權利要求1所述的雙變頻控制系統，其特徵在於，還包括分別與所述MCU主控 模塊相連的溫度採樣電路、復位電路和EEPROM及其控制電路。
全文摘要
本發明涉及一種雙變頻控制系統，包括用於對180度直流變頻控制的第一電機的工作狀態進行控制的第一電機控制模塊；用於對180度直流變頻控制的第二電機的工作狀態進行控制的第二電機控制模塊；產生第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號、並依據所述第一組PWM控制信號對所述第一電機控制模塊進行控制、以及依據所述第二組PWM控制信號對所述第二電機控制模塊進行控制的MCU主控模塊；所述第一組PWM控制信號和第二組PWM控制信號各包含6路PWM信號。在需同時應用兩個電機的動力系統中，採用一個MCU主控模塊同時對兩個180度直流變頻控制的電機進行控制，功耗較小、噪聲較小，電機運行的穩定性較高，成本較低。
文檔編號H02P5/74GK102064751SQ200910109739
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者塗柏生, 鍾偉, 陳澤孫, 陳軒 申請人:深圳市博巨興實業發展有限公司