一種三相高速電機的變頻控制電路的製作方法

2023-06-03 18:54:01

專利名稱：一種三相高速電機的變頻控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相高速電機的變頻控制電路。
背景技術：
高速電機除了採用特殊的材料和工藝外，其電磁原理與三相交流電機一樣，當在三個繞組上分別施加相同幅值、相同頻率、相位相差120°的電壓時，電機轉動。高速電機廣泛應用於數控高速鑽孔、精密雕刻、加工中心等高速鑽孔設備。電機的轉速是由加在繞組上的信號頻率決定的，改變加在繞組上的電壓頻率，即可調節電機的轉速。因此，電機的調速實際上就是電壓頻率的調節，交流電機調速器也就常被稱為變頻器。交流電機變頻器目前已有許多成熟的技術可以採用，市場上成型的變頻器產品也比較多，都為通用型設計、獨立式結構，控制電路複雜、成本高。因此，如何提供一種電路簡單、經濟實用、變頻範圍廣且具有較好的應用價值的基於單片機的三相高速電機的變頻控制電路，是本領域要解決的技術問題。
發明內容本實用新型要解決的技術問題在於提供一種簡單可靠、電路簡單、經濟實用、變頻範圍廣且具有較好的應用價值的基於單片機的三相高速電機的變頻控制電路。為解決上述技術問題，本實用新型的三相高速電機的變頻控制電路的包括單片機、與單片機相連的用於驅動三相高速電機的驅動電路、與驅動電路相連的用於檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用於在過流時關斷所述驅動電路的過流保護電路。所述單片機的串行通訊埠與一用於接收過流信息的計算機相連。所述驅動電路是由六個MOS管構成的三相橋式全控逆變電路，所述單片機與各 MOS管的柵極之間設有光耦隔離電路。所述電流取樣電路包括串聯於所述驅動電路的直流電源端的過流取樣電阻、與該過流取樣電阻相連的用於在過電流時導通的過流檢測光耦。所述過流保護電路包括與所述過流檢測光耦相連的用於在過流檢測光耦導通時輸出低電平的R-S觸發器、用於控制各MOS管通斷的三極體V ；該三極體V的集電極與一直流電源相連，所述R-S觸發器的輸出端與該三極體V的基極相連。本實用新型與現有技術相比，具有如下優點本實用新型的基於單片機設計的變頻器設計方法，模塊化設計，具有過流保護、通信等功能，易於將變頻控制器硬體、軟體嵌入到應用系統中，架構成一個專用系統，電路簡單、經濟實用、變頻範圍廣，具有較好的應用價值。

圖1為本實用新型的三相高速電機的變頻控制電路的電路框圖；[0012]圖2為本實用新型的驅動電路輸出的三相相電壓的波形圖；圖3為本實用新型的驅動電路的原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過具體實施方式
，對測量原理進一步說明，更深入介紹本實用新型的技術手段及功能，但所附圖及具體實施方式
僅是提供參考與說明，並非用於對本實用新型加以限制。如圖1-3所示，本實施例的三相高速電機的變頻控制電路的包括單片機U1、與單片機Ul相連的用於驅動三相高速電機的驅動電路U2、與驅動電路U2相連的用於檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用於在過流時關斷所述驅動電路U2的過流保護電路。所述單片機Ul的串行通訊埠與一用於接收過流信息的計算機相連。所述驅動電路U2是由六個MOS管構成的三相橋式全控逆變電路，所述單片機Ul 與各MOS管的柵極之間設有光耦隔離電路。所述電流取樣電路包括串聯於所述驅動電路U2的直流電源端的過流取樣電阻 R1、與該過流取樣電阻Rl相連的用於在過電流時導通的過流檢測光耦m。所述過流保護電路包括與所述過流檢測光耦m相連的用於在過流檢測光耦m 導通時輸出低電平的R-S觸發器、用於控制各MOS管通斷的三極體V ；該三極體V的集電極與一直流電源相連，所述R-S觸發器的輸出端與該三極體V的基極相連。驅動電路採用模塊化設計，分成A、B、C三個獨立驅動模塊，三個驅動模塊的電路結構、工作原理完全相同，現以A相驅動模塊為例來進行分析①MOS管驅動電路VtllJtl2為MOS功率電晶體，控制MOS管柵極-源極之間的電壓Ugs，就可以控制MOS 管的「開」與「關」。當Ugs彡12V時，MOS管Vtll導通，A相負載接通+Vd ；同理，當Vtl2導通時， A相負載接地。所以，通過控制MOS管VcilJtl2的開關狀態，即可以改變A相負載的導通狀況， 顯然MOS管V, V02不能同時導通，否則會發生短路。②柵極-源極電壓Ugs的形成MOS管為電壓控制型器件，漏極電流Id受控於柵極-源極電壓^，圖中由於MOS管 V02源極接地，故Ugs電壓形成比較簡單，即當Ntl2導通時柵極-源極之間便可形成12V電壓； 但MOS管Vtll的源極電壓是動態的，隨負載電路而變化，圖中Dc^Ctll構成了一個電壓自舉電路，當源極電壓動態變化時，由於電容兩端電壓不能突變，便在柵極形成一個浮動電平，使柵極-源極電壓Ugs保持在12V左右。③輸入信號光電耦合隔離N01, N02為光電耦合器件，光電耦合電路的作用是使輸入信號電路與驅動電路之間在電氣上不存在公共通路，提高系統的抗幹擾能力，同時使控制電平發生移動，由原來的 +5V轉變為+12V，以滿足MOS管控制的需要。EN為過流保護信號，系統正常工作時EN為 +5V，當P1Q、Pn輸入低電平時，光電耦合電路輸入、輸出迴路導通，^電壓形成，MOS管導通； 當P1(1、P11輸入高電平時，光電耦合電路輸入、輸出迴路不通，Ugs電壓為零，MOS管截止。一旦系統有過流發生時，EN為高阻，光電耦合器件輸入、輸出迴路被強制關斷，MOS管截止，達到保護目的。④元件選取單片機Ul選用89C2051 ；MOS管的選取應根據負載電流、電源電壓Vd來確定，可選用IRF640、反向電SUK=200V、漏極電流ID=18A，或者IRF460、反向電壓UK=500V、漏極電流 Id=21A。ΝρΝ^Ν^ΝρΝ^ΝΜ、^為光電耦合器件，選用高速光電耦合器6附37。電壓自舉電路中的二極體Dc^D11J21可選用快恢復二極體FR107，電容CciPCc^Ccil選用47 μ F電解電容，耐壓根據電源電壓Vd來確定。過流取樣電阻R1應根據負載額定電流Imax的120%來確定，光電耦合電路輸入迴路的導通電壓為1.5V，則禮=1.25/1_(0)，功率P彡I2maxR1(W)n電阻禮2、1 12、1 22、1 。6、1 16、1^6選取^^；電阻 R。!、!^、!^、!^、!^、I^5 選取 47 Ω ；電
阻Rtl3、Rtl3、R13、R14、I^23、Rm為限流電阻，取300 Ω ；電阻R1、&為上拉電阻，取9. IK Ω ；電阻R3 取4. 7ΚΩ ;Ν2、Ν3選取施密特與非門⑶4093 ；C為濾波電容，選用47 μ F電解電容，耐壓根據電源電壓Vd來確定。R1為過流取樣電阻，當負載發生過流時，R1兩端電壓上升；當電壓達到1. 5V左右時，光電耦合電路N1導通，由N2、N3構成的R-S觸發器輸出低電平，三極體V工作在截止狀態，EN為處於浮置狀態(即高阻態)，MOS管截止保護。INTtl為單片機外部中斷0輸入信號， 當系統發生過流時，INTtl從高電平變為低電平，單片機產生中斷，通知系統做好保護工作。 P3tl為啟動觸發信號，低電平有效，系統啟動時，單片機P3tl輸出一個負脈衝觸發信號，使R-S 觸發器輸出高電平，過流保護解鎖，三極體V飽和導通，EN有效接+5V，三相驅動模塊工作。單片機Ul每輸出十二個數據，MOS管VQ1、V02, V11, V12, V21, V22循環導通一次，三相負載獲得相電壓幅值為2Vd/3，Ua。、Ub。、Uco相位互差120°的電壓。上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非是對本實用新型的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬於本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍之中。
權利要求1.一種三相高速電機的變頻控制電路，其特徵在於包括單片機(U1)、與單片機(Ul) 相連的用於驅動三相高速電機的驅動電路(U2)、與驅動電路(U2)相連的用於檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用於在過流時關斷所述驅動電路(U2 )的過流保護電路。
2.根據權利要求1所述的三相高速電機的變頻控制電路，其特徵在於所述單片機 (Ul)的串行通訊埠與一用於接收過流信息的計算機相連。
3.根據權利要求1所述的三相高速電機的變頻控制電路，其特徵在於所述驅動電路 (U2)是由六個MOS管構成的三相橋式全控逆變電路，所述單片機(Ul)與各MOS管的柵極之間設有光耦隔離電路。
4.根據權利要求3所述的三相高速電機的變頻控制電路，其特徵在於所述電流取樣電路包括串聯於所述驅動電路(U2)的直流電源端的過流取樣電阻(R1)、與該過流取樣電阻(Rl)相連的用於在過電流時導通的過流檢測光耦(Ni)；所述過流保護電路包括與所述過流檢測光耦(Ni)相連的用於在過流檢測光耦(Ni) 導通時輸出低電平的R-S觸發器、用於控制各MOS管通斷的三極體V ；該三極體V的集電極與一直流電源相連，所述R-S觸發器的輸出端與該三極體V的基極相連。
專利摘要本實用新型涉及一種三相高速電機的變頻控制電路，其包括單片機、與單片機相連的用於驅動三相高速電機的驅動電路、用於檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用於在過流時關斷所述驅動電路的過流保護電路。本實用新型的基於單片機設計的變頻器設計方法，模塊化設計，具有過流保護、通信等功能，易於將變頻控制器硬體、軟體嵌入到應用系統中，架構成一個專用系統，電路簡單、經濟實用、變頻範圍廣，具有較好的應用價值。
文檔編號H02P27/04GK202111660SQ201120199138
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者張建兵, 徐煜明, 李春光, 肖賢建, 韓雁 申請人:常州工學院