專利名稱：一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制電路，尤其涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Motor Drive),簡(jiǎn)稱為SRD,作為新一代調(diào)速產(chǎn)品，具有高效節(jié)能，調(diào)速范圍寬，適用范圍廣，簡(jiǎn)單可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。不過，由于出現(xiàn)較晚，推廣應(yīng)用工作滯后，其優(yōu)越性尚未被廣大用戶所接受，經(jīng)過多年的發(fā)展，該系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用到越來越多的場(chǎng)合，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能和良好的節(jié)能效果。隨著理論的完善和技術(shù)的成熟，開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)最終將成為調(diào)速市場(chǎng)的主力軍。現(xiàn)代的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器多采用單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)開發(fā)，采用純單片機(jī)開發(fā)的控制器外圍邏輯電路復(fù)雜，調(diào)速控制達(dá)不到理想的效果，也不便于系統(tǒng)的升極維護(hù)，而采用DSP開發(fā)的控制器成本較高，難以被普通用戶接受，大面積推廣也有困難?！ぐl(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器，該控制器驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)時(shí)穩(wěn)定可靠，調(diào)速范圍寬，控制靈活，高效節(jié)能，成本低，電路簡(jiǎn)單，便于系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器，包括磁阻電機(jī)和磁阻電機(jī)控制電路，所述磁阻電機(jī)控制電路包括單片機(jī)、復(fù)雜可編程邏輯器件、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路、功率電路、位置檢測(cè)電路和保護(hù)電路，其特征是所述磁阻電機(jī)控制電路還包括隔離驅(qū)動(dòng)電路；單片機(jī)通過串行通信口與復(fù)雜可編程邏輯器件相連，復(fù)雜可編程邏輯器件的六路輸出相信號(hào)與隔離驅(qū)動(dòng)電路連接，鍵盤電路輸出與復(fù)雜可編程邏輯器件連接，復(fù)雜可編程邏輯器件輸出與數(shù)碼管顯示電路連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出接功率電路，功率電路的輸出驅(qū)動(dòng)磁阻電機(jī)，位置檢測(cè)電路檢測(cè)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，位置信號(hào)與復(fù)雜可編程邏輯器件相連，保護(hù)電路從磁阻電機(jī)取樣電壓電流溫度信號(hào)，其輸出與單片機(jī)的外部中斷和單片機(jī)的PWM輸出端口相連；所述隔離驅(qū)動(dòng)電路是由型號(hào)為HCPL3120的光電耦合器U1、電阻R4和Cl并聯(lián)組成的脈沖加速電路、三極管Ql和電阻Rl構(gòu)成的反相器、電容C2和穩(wěn)壓管ZD2并聯(lián)構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路和穩(wěn)壓二極管ZDl和ZD3串聯(lián)組成的輸出電壓限幅電路組成；電阻RWPCl并聯(lián)組成的脈沖加速電路一端與單片機(jī)的PWM脈沖信號(hào)輸出引腳連接，另一端與三極管Ql的基極相接，Rl為三極管Q2的集電極電阻，三極管Ql的集電極和發(fā)射極分別與光電耦合器Ul的2腳和3腳連接，電容C2和穩(wěn)壓管ZD2并聯(lián)構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路一端接地，另一端通過穩(wěn)壓管ZD2的限流電阻R2串聯(lián)后接在光電耦合器Ul的8腳上，光電耦合器Ul的8腳接在+15V電源上，輸出電壓限幅電路中的穩(wěn)壓二極管ZDl的陽極與ZD3的陽極相連，穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極通過電阻R3與光電耦合器Ul的7腳相接，穩(wěn)壓二極管ZD3的陰極和穩(wěn)壓管ZD2的陰極連接，電阻R5接在穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極與ZD3的陰極之間。在上述技術(shù)方案中，單片機(jī)與復(fù)雜可編程邏輯器件通過串口進(jìn)行通信，單片機(jī)提供PWM作為復(fù)雜可編程邏輯器件的輸入，復(fù)雜可編程邏輯器件提供測(cè)速脈沖給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)速，鍵盤電路和數(shù)碼管顯示電路分別作為可編程邏輯器件的輸入和輸出與其連接，可編程邏輯器件提供六路相信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離放大后送入功率電路，位置檢測(cè)電路檢測(cè)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將獲得的位置信號(hào)送給復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，保護(hù)電路采樣磁阻電機(jī)各相電流、母線電壓、溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁阻電機(jī)的過壓、欠壓、過流、過熱保護(hù)，保護(hù)電路的輸出與單片機(jī)的外部中斷和PWM輸出端連接，這樣電路一旦進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)就可從軟件和硬件上關(guān)閉單片機(jī)PWM輸出。本實(shí)用新型的一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器，可應(yīng)用于各種通用調(diào)速場(chǎng)合，具有調(diào)速范圍寬、成本低、電路簡(jiǎn)單、控制靈活、自適應(yīng)能力強(qiáng)及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。另外本設(shè)計(jì)所采用的保護(hù)電路由簡(jiǎn)單的外圍電路組成，可輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的過流、過溫、過壓、欠壓保護(hù)，保證了系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行。

圖I是本實(shí)用新型原理框圖；圖2是本實(shí)用新型隔離驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型功率電路原理框圖；圖4是本實(shí)用新型保護(hù)電路中的過壓欠壓電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型保護(hù)電路中的過流保護(hù)電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型保護(hù)電路中的過熱保護(hù)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器作進(jìn)一步說明。在圖I中，本實(shí)施例是由單片機(jī)I、復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD) 2、鍵盤電路3、數(shù)碼管顯示電路4、隔離驅(qū)動(dòng)電路5、功率電路6、磁阻電機(jī)7、位置檢測(cè)電路8和保護(hù)電路9組成，單片機(jī)I通過串行通信口與復(fù)雜可編程邏輯器件2相連，復(fù)雜可編程邏輯器件2的六路輸出相信號(hào)與隔離驅(qū)動(dòng)電路5連接，鍵盤電路3輸出與復(fù)雜可編程邏輯器件2連接，復(fù)雜可編程邏輯器件2輸出與數(shù)碼管顯示電路4連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路5的輸出接功率電路6，功率電路6的輸出驅(qū)動(dòng)磁阻電機(jī)7，位置檢測(cè)電路8檢測(cè)磁阻電機(jī)7的轉(zhuǎn)子位置，位置信號(hào)與復(fù)雜可編程邏輯器件2相連，保護(hù)電路9從磁阻電機(jī)7在取樣電壓電流溫度信號(hào)，其輸出與單片機(jī)I的外部中斷和單片機(jī)的PWM輸出端口相連；在本實(shí)施例中，單片機(jī)I與復(fù)雜可編程邏輯器件2通過串口進(jìn)行通信，復(fù)雜可編程邏輯器件2提供測(cè)速脈沖給單片機(jī)I進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)速，鍵盤電路3和數(shù)碼管顯示電路4分別作為可編程邏輯器件2的輸入和輸出與其連接，可編程邏輯器件2提供六路相信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路5進(jìn)行隔離放大后送入功率電路6，位置檢測(cè)電路8檢測(cè)磁阻電機(jī)7轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將獲得的位置信號(hào)送給可編程邏輯器件2，保護(hù)電路9采樣磁阻電機(jī)7各相電流、母線電壓、電機(jī)溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁阻電機(jī)的過壓、欠壓、過流、過熱保護(hù)，保護(hù)電路9的輸出與單片機(jī)I的外部中斷和PWM輸出端連接。圖I中的單片機(jī)I可以選用帶PWM發(fā)生器的單片機(jī)，如STC系列的STC12C5410AD單片機(jī)，復(fù)雜可編程邏輯器件2可以選擇Alter公司的CPLD器件EPM240T100C5N。在圖2中，隔離驅(qū)動(dòng)電路是由型號(hào)為HCPL3120的光電耦合器Ul、電阻R4和Cl并聯(lián)組成的脈沖加速電路、三極管Ql和電阻Rl構(gòu)成的反相器、電容C2和穩(wěn)壓管ZD2并聯(lián)構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路和穩(wěn)壓二極管ZDl和ZD3串聯(lián)組成的輸出電壓限幅電路組成；電阻R4和Cl并聯(lián)組成的脈沖加速電路一端與單片機(jī)的PWM脈沖信號(hào)輸出引腳連接，另一端與三極管Ql的基極相接，Rl為三極管Q2的集電極電阻，三極管Ql的集電極和發(fā)射極分別與光電耦合器Ul的2腳和3腳連接，電容C2和穩(wěn)壓管ZD2并聯(lián)構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路一端接地，另一端通過穩(wěn)壓管ZD2的限流電阻R2串聯(lián)后接在光電耦合器Ul的8腳上，光電耦合器Ul的8腳接在+15V電源上，輸出電壓限幅電路中的穩(wěn)壓二極管ZDl的陽極與ZD3的陽極相連，穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極通過電阻R3與光電耦合器Ul的7相接，穩(wěn)壓二極管ZD3的陰極和穩(wěn)壓管ZD2的陰極連接，電阻R5接在穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極與ZD3的陰極之間。在圖2中，光電耦合器件Ul的輸入信號(hào)來自單片機(jī)的PWM輸出引腳，PWM信號(hào)首先經(jīng)過電阻R4和Cl構(gòu)成的脈沖加速電路，然后經(jīng)過由三極管Ql和電阻Rl構(gòu)成的反相器，反相器的輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)光電I禹合器輸入側(cè)的發(fā)光二極管，光電I禹合器Ui的輸出信號(hào)理論上可以驅(qū)動(dòng)平均峰值電流為2A的IGBT，圖2中穩(wěn)壓二極管ZDl和ZD3的作用是為了限制其后接電路IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，電容C2和穩(wěn)壓管ZD2構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路，電阻R3為IGBT驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O電阻，電阻R5為IGBT的柵極和發(fā)射極電阻。·[0015]圖3為本實(shí)用新型功率電路原理方框圖，功率電路由整流電路，濾波電路，軟啟動(dòng)電路以及功率變換電路四部分構(gòu)成，其中整流、濾波電路實(shí)現(xiàn)將220V的正弦交流電轉(zhuǎn)換成300V左右的直流電，設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路的目的是為了防止在啟動(dòng)過程中大電流的沖擊，功率變換電路采用的是開關(guān)磁阻電機(jī)常用的三相不對(duì)稱半橋，三相不對(duì)稱半橋電路有如下特點(diǎn)第一，主開關(guān)管電壓定額與電動(dòng)機(jī)繞組的電壓定額近似相等，用足了主開關(guān)管的額定電壓，電源電壓全部用來控制相繞組電流；第二，由于每相繞組接至各自的不對(duì)稱半橋，電路中相與相之間完全獨(dú)立，故這種結(jié)構(gòu)對(duì)繞組相數(shù)沒有限制，很適合多相同時(shí)工作的場(chǎng)合；第三，電動(dòng)機(jī)繞組與每相開關(guān)串聯(lián)，不存在上、下橋臂直通的故障隱患；第四，每相都需要兩個(gè)主開關(guān)管和兩個(gè)二極管，成本較高。主要適用于高電壓大功率且相數(shù)較少的場(chǎng)合。圖4為本實(shí)用新型保護(hù)電路中的過壓欠壓保護(hù)電路原理圖，其中電阻R6和R8為比較器A2反相端電壓取樣電阻，R7和R9為比較器Al同相端電壓取樣電阻，電阻RlO和三端穩(wěn)壓二極管D3構(gòu)成參考電壓電路，比較器Al、二極管Dl、二極管D2、比較器A2、電阻R12構(gòu)成窗口比較器，當(dāng)母線電壓高于240V或低于180V時(shí)窗口比較器輸出為低電平，為了提高窗口比較器的帶載能力，在窗口比較器輸出通過三級(jí)管Q2加了一極電流放大，這樣當(dāng)過壓欠壓保護(hù)信號(hào)有效時(shí)，光耦U2輸出低電平，起到保護(hù)作用。圖5為本實(shí)用新型保護(hù)電路中的過流保護(hù)電路原理圖，過流保護(hù)電路采用了電流傳感器P1，電流傳感器Pl有三個(gè)引腳，其中I腳和3腳為電源端，另一個(gè)引腳2腳為輸出信號(hào)端，電流傳感器Pl的輸出電壓信號(hào)經(jīng)電阻R16和電阻R17分壓后送入單限比較器A3，比較器A3的2. 5V參考電壓由電阻R15和三端穩(wěn)壓二極管D4構(gòu)成，當(dāng)電流保護(hù)信號(hào)有效時(shí)電路輸出低電平，起到保護(hù)作用。圖6為本實(shí)用新型保護(hù)電路中的過熱保護(hù)電路原理圖，整個(gè)電路為一單限比較器，參考電壓由電阻R19和三端穩(wěn)壓二極管D5構(gòu)成，輸入電壓由電阻R18和正溫度系數(shù)的熱敏電阻RT構(gòu)成，當(dāng)電機(jī)溫度正常時(shí)比較器A4同相端電壓高于反相端電壓，比較器A4輸出高電平，一旦電機(jī)溫度過高比較器輸出低電平保護(hù)信號(hào)，起到保護(hù)作用。在本實(shí)施例中，單片機(jī)與復(fù)雜可編程邏輯器件通過串口進(jìn)行通信，單片機(jī)提供PWM作為復(fù)雜可編程邏輯器件的輸入，復(fù)雜可編程邏輯器件提供測(cè)速脈沖給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)速，鍵盤電路和數(shù)碼管顯示電路分別作為可編程邏輯器件的輸入和輸出與其連接，可編程邏輯器件提供六路相信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離放大后送入功率電路，位置檢測(cè)電路檢測(cè)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將獲得的位置信號(hào)送給復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，保護(hù)電 路采樣磁阻電機(jī)各相電流、母線電壓、溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁阻電機(jī)的過壓、欠壓、過流、過熱保護(hù)，保護(hù)電路的輸出與單片機(jī)的外部中斷和PWM輸出端連接，這樣電路一旦進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)就可從軟件和硬件上關(guān)閉單片機(jī)PWM輸出。本實(shí)用新型可應(yīng)用于各種通用調(diào)速場(chǎng)合，具有調(diào)速范圍寬、成本低、電路簡(jiǎn)單、控制靈活、自適應(yīng)能力強(qiáng)及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。另外本設(shè)計(jì)所采用的保護(hù)電路由簡(jiǎn)單的外圍電路組成，可輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的過流、過溫、過壓、欠壓保護(hù)，保證了系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行。
權(quán)利要求1. 一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器，包括磁阻電機(jī)和磁阻電機(jī)控制電路，所述磁阻電機(jī)控制電路包括單片機(jī)、復(fù)雜可編程邏輯器件、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路、功率電路、位置檢測(cè)電路和保護(hù)電路，其特征是所述磁阻電機(jī)控制電路還包括隔離驅(qū)動(dòng)電路；單片機(jī)通過串行通信口與復(fù)雜可編程邏輯器件相連，復(fù)雜可編程邏輯器件的六路輸出相信號(hào)與隔離驅(qū)動(dòng)電路連接，鍵盤電路輸出與復(fù)雜可編程邏輯器件連接，復(fù)雜可編程邏輯器件輸出與數(shù)碼管顯示電路連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出接功率電路，功率電路的輸出驅(qū)動(dòng)磁阻電機(jī)，位置檢測(cè)電路檢測(cè)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，位置信號(hào)與復(fù)雜可編程邏輯器件相連，保護(hù)電路從磁阻電機(jī)取樣電壓電流溫度信號(hào)，其輸出與單片機(jī)的外部中斷和單片機(jī)的PWM輸出端口相連；所述隔離驅(qū)動(dòng)電路是由型號(hào)為HCPL3120的光電耦合器U1、電阻R4和Cl并聯(lián)組成的脈沖加速電路、三極管Ql和電阻Rl構(gòu)成的反相器、電容C2和穩(wěn)壓管ZD2并聯(lián)構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路和穩(wěn)壓二極管ZDl和ZD3串聯(lián)組成的輸出電壓限幅電路組成；電阻R4和Cl并聯(lián)組成的脈沖加速電路一端與單片機(jī)的PWM脈沖信號(hào)輸出引腳連接，另一端與三極管Ql的基極相接，Rl為三極管Q2的集電極電阻，三極管Ql的集電極和發(fā)射極分別與光電耦合器Ul的2腳和3腳連接，電容C2和穩(wěn)壓管ZD2并聯(lián)構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路一端接地，另一端通過穩(wěn)壓管ZD2的限流電阻R2串聯(lián)后接在光電耦合器Ul的8腳上，光電耦合器Ul的8腳接在+15V電源上，輸出電壓限幅電路中的穩(wěn)壓二極管ZDl的陽極與ZD3的陽極相連，穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極通過電阻R3與光電耦合器Ul的7相接，穩(wěn)壓二極管ZD3的陰極和穩(wěn)壓管ZD2的陰極連接，電阻R5接在穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極與ZD3的陰極之間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器，包括磁阻電機(jī)和磁阻電機(jī)控制電路，磁阻電機(jī)控制電路包括單片機(jī)、復(fù)雜可編程邏輯器件、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、功率電路、保護(hù)電路和位置檢測(cè)電路，單片機(jī)與復(fù)雜可編程邏輯器件通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，鍵盤電路和數(shù)碼管顯示電路分別作為可編程邏輯器件的輸入和輸出與其連接，可編程邏輯器件提供六路相信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離放大后送入功率電路，位置檢測(cè)電路將獲得的位置信號(hào)送給復(fù)雜可編程邏輯器件，保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)磁阻電機(jī)的過壓、欠壓、過流、過熱保護(hù)。本實(shí)用新型的一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制器驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)時(shí)穩(wěn)定可靠，調(diào)速范圍寬，控制靈活，高效節(jié)能，成本低，電路簡(jiǎn)單，便于系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)。
文檔編號(hào)H02P6/08GK202679296SQ20122036859
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者王陳寧, 查長(zhǎng)禮, 陳世軍 申請(qǐng)人:王陳寧