一種通用型三相電機控制器的製作方法

2024-03-07 21:32:15

專利名稱：一種通用型三相電機控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相電機控制器，尤其涉及一種無需改變硬體電路即可適配各種三相電機(包括三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機、三相開關磁阻電機)的控制器，屬於電機驅動與控制技術。
背景技術：
隨著電機設計與驅動控制技術的不斷發展，高性能變頻驅動電機系統正日趨成熟並得到大規模應用，主要包括高效異步電機(三相正弦波電流驅動)、永磁同步電機(三相正弦波電流驅動)、無刷直流電機(兩相方波電流驅動)、開關磁阻電機(單拍或雙拍，電流斬波控制或者角度位置控制)等傳統與新型電機驅動系統。然而，上述的四大類電機驅動系統都必須有相對應的電機控制器；不同類型的電機，其控制器的控制程序與硬體電路存在很大差異。硬體電路主要包括供電電路、弱電控制電路和強電功率電路，其中弱電控制電路一般包含有嵌入控制軟體的微處理器或可編程器件，如單片機、DSP、ARM、FPGA、CPLD等；而控制程序則根據電機類型的不同，分為恆壓頻比控制、電流滯環矢量控制、電壓空間矢量脈寬調製控制、直接轉矩控制、電流斬波控制、角度位置控制等不同的控制策略。由於不同類型電機工作原理不同，導致相應的電機控制器中弱電控制電路部分微處理器所嵌入的控制軟體和強電功率電路部分的拓撲結構不同。因此，各類型電機驅動系統的控制器相互獨立，通用性差，給科研和生產帶來諸多不便。

實用新型內容發明目的為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種無需改變硬體電路即可適配各種三相電機(包括三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機、三相開關磁阻電機)的控制器。技術方案為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案為一種通用型三相電機控制器，包括弱電控制電路和強電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊(或控制軟體)的微處理器；所述控制模塊兼具三相異步電機控制模塊、三相永磁同步電機控制模塊、三相無刷直流電機控制模塊和三相開關磁阻電機控制模塊，所述強電功率電路為各相分別通過開關結構與供電迴路相連的拓撲結構，且通過開關結構的狀態選擇，該拓撲結構能夠適配三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機或三相開關磁阻電機。上述通用型三相電機控制器，其控制軟體為一種通用型控制軟體，同時兼具了各種類型電機的控制軟體，通過對電機類型的選擇或者設定，即可從軟體上適配電機的控制；硬體上，通過開關結構狀態的調整，即可將強電功率電路調整為適配電機的拓撲結構；這樣不同類型的電機(功率、轉速等性能指標參數同等級)就能夠共用同一臺控制器，避免了更換電機類型不得不更換控制器的麻煩，無需額外增加電機驅動控制成本，簡單易行。不同電機類型，需要對控制軟體和開關結構的狀態加以選擇，這種選擇可以通過弱電控制電路實現，可以將微處理器內再嵌入一個電機類型選擇模塊，其輸出端與控制模塊的輸入端、開關結構的狀態控制端相連接，簡化了操作者的選擇過程。所述開關結構為雙刀雙擲開關或其他類型的多選狀態開關。上述控制器的設計思想還可以適用於單相、兩相、四相及任意多相電機的通用控制，只需要改變對應的控制軟體及強電功率電路既可。有益效果本實用新型提供的通用型三相電機控制器，打破了傳統的一種類型電機適配一個專用控制器的方案，對功率、轉速等主要性能指標參數處於相同等級的不同類型電機採用相同的控制器，即電機更換時，無需對控制器進行更換，只需對電機類型進行選擇即可，節約成本，簡單易行。

圖1為本實用新型提出的通用型三相電機控制器及電機構成的電機驅動系統框圖；圖2為本實用新型提出的通用型三相電機控制器作為異步電機控制器、或永磁同步電機控制器、或無刷直流電機控制器時的強電功率電路圖；圖3為本實用新型提出的通用型三相電機控制器作為開關磁阻電機控制器時的強電功率電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。一種通用型三相電機控制器，包括弱電控制電路和強電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊和電機類型選擇模塊的微處理器，所述控制模塊兼具三相異步電機控制模塊、三相永磁同步電機控制模塊、三相無刷直流電機控制模塊和三相開關磁阻電機控制模塊，所述強電功率電路為各相分別通過開關結構與供電迴路相連的拓撲結構，且通過開關結構的狀態選擇，該拓撲結構能夠適配三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機或三相開關磁阻電機；所述電機類型選擇模塊的輸出端與控制模塊的輸入端、開關結構的狀態控制端相連接。如圖1所不為一種通用型三相電機控制器及電機構成的電機驅動系統,包括供電電路1、弱電控制電路2、強電功率電路3、電機4、電流傳感器(A相電流傳感器51、B相電流傳感器52、C相電流傳感器53)、位置傳感器6。供電電路I的輸入為三相工頻交流電，經過整流電路輸出兩路供電一路給強電功率電路3供電，驅動電機4旋轉；另一路給弱電控制電路2供電。弱電控制電路2上包含有嵌入控制軟體的微處理器21和4個電機類型選擇按鈕，其中四個電機類型選擇按鈕分別是異步電機選擇按鈕221、永磁同步電機選擇按鈕222、無刷直流電機選擇按鈕223和開關磁阻電機選擇按鈕224，通過電機類型選擇按鈕可以對電機類型進行選擇。微處理器21根據待控制電機類型運行對應的控制程序，並對強電功率電路3中A相可控雙刀雙擲開關313和B相可控雙刀雙擲開關323和C相可控雙刀雙擲開關333的控制信號S置「左」或「右」。通過對電機4的A相電流傳感器51的輸出信號IA、B相電流傳感器52的輸出信號IB、C相電流傳感器53的輸出信號IC和位置傳感器6的輸出信號Θ進行處理，得到電機4的三相實時電流和實時位置，進而得到實時轉速，經過對應電機類型控制程序的處理，輸出A相上臂功率管311、Α相下臂功率管312、Β相上臂功率管321、B相下臂功率管322、C相上臂功率管331、C相下臂功率管332的驅動信號、A相可控雙刀雙擲開關313、B相可控雙刀雙擲開關323和C相可控雙刀雙擲開關333的控制信號S。強電功率電路3由A相上臂功率管311、Α相下臂功率管312、Β相上臂功率管321、B相下臂功率管322、C相上臂功率管331、C相下臂功率管332、A相可控雙刀雙擲開關313、B相可控雙刀雙擲開關323、C相可控雙刀雙擲開關333組成。當電機4為三相異步電機時，控制信號S為「左」，A相可控雙刀雙擲開關313、B相可控雙刀雙擲開關323和C相可控雙刀雙擲開關333均左擲，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟體中三相異步電機的控制程序，強電功率電路3的拓撲如圖2所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關頻率，使得強電功率電路3輸出三相正弦波電流驅動三相異步電機旋轉並實現調速，此時三相電機通用控制器作為三相異 步電機控制器使用。當電機4為三相永磁同步電機時，控制信號S為「左」，A相可控雙刀雙擲開關313、B相可控雙刀雙擲開關323和C相可控雙刀雙擲開關333均左擲，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟體中三相永磁同步電機的控制程序，強電功率電路3的拓撲如圖2所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關頻率，使得強電功率電路3輸出三相正弦波電流驅動三相永磁同步電機旋轉並實現調速，此時三相電機通用控制器作為三相永磁同步電機控制器使用。當電機4為三相無刷直流電機時，控制信號S為「左」，A相可控雙刀雙擲開關313、B相可控雙刀雙擲開關323和C相可控雙刀雙擲開關333均左擲，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟體中三相無刷直流電機的控制程序，強電功率電路3的拓撲如圖2所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關頻率，使得強電功率電路輸出兩相方波電流(三相無刷直流電機任意時刻只有兩相導通)驅動三相無刷直流電機旋轉並實現調速，此時三相電機通用控制器作為三相無刷直流電機控制器使用。當電機4為三相開關磁阻電機時，控制信號S為「右」，A相可控雙刀雙擲開關313、B相可控雙刀雙擲開關323和C相可控雙刀雙擲開關333均右擲，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟體中三相開關磁阻電機的控制程序，強電功率電路3的拓撲如圖3所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關頻率，使得強電功率電路輸出單相電流或兩相電流(三相開關磁阻電機任意時刻只有一相或兩相導通)驅動三相開關磁阻電機旋轉並實現調速，此時三相電機通用控制器作為三相開關磁阻電機控制器使用。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種通用型三相電機控制器，包括弱電控制電路和強電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊的微處理器，其特徵在於所述控制模塊兼具三相異步電機控制模塊、三相永磁同步電機控制模塊、三相無刷直流電機控制模塊和三相開關磁阻電機控制模塊，所述強電功率電路為各相分別通過開關結構與供電迴路相連的拓撲結構，且通過開關結構的狀態選擇，該拓撲結構能夠適配三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機或三相開關磁阻電機。
2.根據權利要求1所述的通用型三相電機控制器，其特徵在於所述微處理器還嵌入有電機類型選擇模塊，所述電機類型選擇模塊的輸出端與控制模塊的輸入端、開關結構的狀態控制端相連接。
3.根據權利要求1所述的通用型三相電機控制器，其特徵在於所述開關結構為雙刀雙擲開關。
專利摘要本實用新型公開了一種通用型三相電機控制器，包括弱電控制電路和強電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊的微處理器；所述控制模塊兼具三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機和三相開關磁阻電機控制模塊，所述強電功率電路為各相分別通過開關結構與供電迴路相連的拓撲結構，且通過開關結構的狀態選擇，該拓撲結構能夠適配各種類型電機。本實用新型提供的通用型三相電機控制器，打破了傳統的一種類型電機適配一個專用控制器的方案，對功率、轉速等主要性能指標參數處於相同等級的不同類型電機採用相同的控制器，即電機更換時，無需對控制器進行更換，只需對電機類型進行選擇即可，節約成本，簡單易行。
文檔編號H02P23/00GK202856684SQ201220233470
公開日2013年4月3日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者花為, 吳中澤, 華浩, 程明 申請人:東南大學