專利名稱：電機(jī)變頻控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紡織設(shè)備控制領(lǐng)域，尤其是指一種專用于電腦針織橫機(jī)起底升降電機(jī)和羅拉電機(jī)的電機(jī)變頻控制器。
背景技術(shù)：
目前，電腦針織橫機(jī)的織件牽拉均需要使用到羅拉電機(jī)和起底升降電機(jī)來(lái)參與完成的，羅拉電機(jī)和起底升降電機(jī)實(shí)則是一種單相異步力矩電機(jī)，在電腦針織橫機(jī)的織件牽拉的過(guò)程中要求電機(jī)保持恒力矩。而傳統(tǒng)的羅拉電機(jī)、起底升降電機(jī)的力矩控制器的控制方法是通過(guò)可控硅控制交流電源的導(dǎo)通角，通過(guò)調(diào)壓來(lái)完成。然而，由于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定或者交流電源品質(zhì)較差等原因，采用傳統(tǒng)的導(dǎo)通角控制調(diào)壓的方法很難保證恒力矩牽引，即很難平滑調(diào)整輸出電壓。電機(jī)變頻控制器在控制輸出的平均有效電壓一旦稍高，就會(huì)導(dǎo)致牽引織物偏快，易拉壞織物；而若 平均有效電壓稍低，則牽引織物偏慢，易導(dǎo)致織物滯積。因而現(xiàn)有電機(jī)變頻控制器在使用過(guò)程中往往需要人工去調(diào)整，而且隨著外接電壓的變化而需要時(shí)不時(shí)重新調(diào)整，給電腦針織橫機(jī)的使用者帶來(lái)諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了上述缺陷，提供一種可對(duì)起底升降電機(jī)和羅拉電機(jī)進(jìn)行變頻控制的電機(jī)變頻控制器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種電機(jī)變頻控制器，它包括電源模塊、光電隔離模塊、控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊；所述電源模塊，用于為控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊供電；所述光電隔離模塊，用于將上位控制器傳來(lái)脈沖信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)進(jìn)行隔離后送至控制模塊；所述控制模塊，用于根據(jù)從所述光電隔離模塊接收到的所述脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)的指令進(jìn)行V/F變頻控制，輸出6路空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)至兩相三橋臂逆變器模塊；所述兩相三橋臂逆變器模塊，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電；所述電源模塊連接控制模塊，控制模塊連接兩相三橋臂逆變器模塊，兩相三橋臂逆變器模塊輸出三相供電連接至外部單向異步電機(jī)；所述控制模塊還連接光電隔離模塊，光電隔離模塊設(shè)有脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)輸入端；上述中，所述兩相三橋臂逆變器模塊包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊單元；上述中，所述兩相三橋臂逆變器模塊包括保護(hù)單元、全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元及6路功率開關(guān)；所述控制模塊輸出連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元，全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元分別連接6路功率開關(guān)，功率開關(guān)輸出通過(guò)保護(hù)單元連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元；所述全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元還輸出有過(guò)流保護(hù)信號(hào)連接至控制模塊；全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元接收來(lái)自控制模塊的6路空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)6路功率開關(guān)的閉/合；
上述中，所述6路功率開關(guān)包括6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管；所述6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管兩兩分為三組；每組中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的基極分別連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元的脈寬調(diào)制輸出端，一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的集電極接電源模塊的正極、發(fā)射極連接另一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的集電極、另一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極接電源模塊的地，每組中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的相連處引出為一相供電；上述中，所述6路功率開關(guān)包括6個(gè)MOS管；所述6個(gè)MOS管兩兩分為三組；每組中的兩個(gè)MOS管的柵極分別連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元的脈寬調(diào)制輸出端，一個(gè)MOS管的源極接電源模塊的正極、漏極連接另一個(gè)MOS管的源極、另一個(gè)MOS管的漏極接電源模塊的地,每組中的兩個(gè)MOS管的相連處引出為一相供電。上述中，所述電源模塊包括依次連接的交流電源濾波單元、開關(guān)電源單元及整流濾波單元；上述中，所述控制模塊包括具有6路PWM外設(shè)的單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器。相比于常見的電機(jī)控制器，本發(fā)明的有益效果在于通過(guò)將變頻控制方法取代傳統(tǒng)的可控硅導(dǎo)通角調(diào)壓控制方法，并將單相異步電機(jī)視為兩相電機(jī)，將啟動(dòng)繞組視為一相運(yùn)行繞組，對(duì)兩相電機(jī)進(jìn)行兩相三橋臂SVPWM結(jié)合V/F的變頻控制進(jìn)而完善了單相異步電機(jī)的控制，以滿足橫機(jī)織件牽拉不受外界電源影響的要求。


下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)圖1為本發(fā)明的整體電 路模塊圖；圖2為本發(fā)明的功率驅(qū)動(dòng)示意圖；圖3為單向異步電機(jī)傳統(tǒng)接線方式；圖4為本發(fā)明的單向異步電機(jī)兩相三橋臂變頻接線方式；圖5為本發(fā)明的兩相三橋臂逆變器示意圖；圖6為本發(fā)明的兩相三橋臂逆變器基本電壓矢量圖；圖7為本發(fā)明在不同扇區(qū)內(nèi)采用對(duì)稱型PWM方式生成的相應(yīng)PWM波形圖1 ;圖8為本發(fā)明在不同扇區(qū)內(nèi)采用對(duì)稱型PWM方式生成的相應(yīng)PWM波形圖2。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施方式一種電機(jī)變頻控制器，它包括電源模塊、光電隔離模塊、控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊。其中，電源模塊，用于為控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊供電；作為一種實(shí)施例電源模塊包括交流電源濾波單元、開關(guān)電源單元及整流濾波單元，交流電源濾波單元、開關(guān)電源單元和整流濾波單元依次連接，從而對(duì)輸入的交流電先進(jìn)行濾波后經(jīng)開關(guān)電源單元轉(zhuǎn)換為直流電，再進(jìn)行整流濾波后用于整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)供電。光電隔離模塊，用于將上位控制器傳來(lái)脈沖信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)進(jìn)行隔離后送至控制模塊；
控制模塊，用于根據(jù)從所述光電隔離模塊接收到的所述脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)的指令進(jìn)行V/F變頻控制，輸出6路空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)至兩相三橋臂逆變器模塊。作為一種實(shí)施例，控制模塊采用具有6路PWM外設(shè)的16位或32位MCU或DSP，輸出 6 路 SVPWM。兩相三橋臂逆變器模塊，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電；上述電源模塊連接控制模塊，控制模塊連接兩相三橋臂逆變器模塊，兩相三橋臂逆變器模塊輸出三相供電連接至外部單向異步電機(jī)；所述控制模塊還連接光電隔離模塊，光電隔離模塊設(shè)有脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)輸入端。作為一種實(shí)施例，上述兩相三橋臂逆變器模塊包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(IPM驅(qū)動(dòng))單元。參見圖2，作為另一種實(shí)施例，上述兩相三橋臂逆變器模塊也可以進(jìn)一步采用包括保護(hù)單元、全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元及6路功率開關(guān)組成的電路。其中，控制模塊輸出連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元，全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元分別連接6路功率開關(guān)，功率開關(guān)輸出通過(guò)保護(hù)單元連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元；所述全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元還輸出有過(guò)流保護(hù)信號(hào)連接至控制模塊；全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元接收來(lái)自控制模塊的6路空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)6路功率開關(guān)的閉/合。上述實(shí)施例中的6路功率開關(guān)可采用6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管或6個(gè)MOS管。6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管或MOS管兩兩分為三組。對(duì)于絕緣柵雙極型晶體管而言，每組中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的基極分別連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元的脈寬調(diào)制輸出端，一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的集電極接電源模塊的正極、發(fā)射極連接另一個(gè)絕緣柵雙極`型晶體管的集電極、另一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極接電源模塊的地，每組中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的相連處弓I出為一相供電。對(duì)于MOS管而言，每組中的兩個(gè)MOS管的柵極分別連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元的脈寬調(diào)制輸出端，一個(gè)MOS管的源極接電源模塊的正極、漏極連接另一個(gè)MOS管的源極、另一個(gè)MOS管的漏極接電源模塊的地，每組中的兩個(gè)MOS管的相連處引出為一相供電。如圖3為單向異步電機(jī)傳統(tǒng)接線方式，傳統(tǒng)的單向異步電機(jī)的啟動(dòng)繞組和運(yùn)行繞組之間通過(guò)一個(gè)啟動(dòng)電容相連，而本發(fā)明中為配合兩相三橋臂逆變器模塊的三相輸出供電，將單相起底升降電機(jī)及羅拉電機(jī)視為兩相電機(jī)，參見圖4，將啟動(dòng)繞組視為一相運(yùn)行繞組接入兩相三橋臂逆變器模塊的三相輸出供電，從而進(jìn)一步進(jìn)行兩相三橋臂SVPWM結(jié)合V/F的變頻控制，將變頻控制方法取代傳統(tǒng)的可控硅導(dǎo)通角調(diào)壓控制方法，來(lái)完善起底升降電機(jī)及羅拉電機(jī)的控制，以滿足橫機(jī)織件牽拉不受外界電源影響的要求。此外，通過(guò)采用該本專利的電機(jī)變頻控制器除了提升性能，也取消了電機(jī)外接的起動(dòng)電容及原有的正反轉(zhuǎn)控制電路。本發(fā)明的電機(jī)變頻控制器整體為一個(gè)獨(dú)立的專用模塊，其可接收來(lái)自上位控制器的脈沖，方向，使能指令信號(hào)。其中脈沖的頻率對(duì)應(yīng)變頻器相應(yīng)的輸出頻率。另外，根據(jù)需要還可提供上位控制器一路變頻器的故障信號(hào)。本產(chǎn)品變頻控制思路:兩相三橋臂逆變器模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為兩相三橋臂逆變器，見圖5，用ql、q2、q3、q4、q5、q6來(lái)表不六個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)。因ql和q2,q3和q4,q5和q6開關(guān)狀態(tài)互補(bǔ),所以對(duì)于逆變器的開關(guān)狀態(tài)可用(qlq3q5)表示。因而有八種開關(guān)組合狀態(tài)。即:(000)，(100)，(110)，(010)，(011)，(001)，(101)，(111)，此 8 種組合狀態(tài)對(duì)應(yīng) 8個(gè)基本電壓矢量 W，VI，V2, V3, V4, V5, V6, V7，其中 W，V7 代表零矢量，VI，V2, V3, V4, V5,
V6為非零矢量，結(jié)合圖1可得，基本電壓矢量Vl，V3，V4，V6幅值為Ud’ V2，V5幅值為v^Ud，
因而得兩相二橋臂基本電壓矢量圖如圖6。在SVPWM調(diào)制中，參考電壓矢量Vout以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而成圓型矢量軌跡(因?yàn)闄M機(jī)用單相異步電機(jī)主副繞組匝數(shù)相同)。參考電壓矢量Vout可由與其相鄰的兩個(gè)基本電壓矢量及零矢量合成，具體實(shí)現(xiàn)是，在同一時(shí)間內(nèi)(載波周期內(nèi))，參考電壓矢量Vout由與其相鄰的兩個(gè)基本電壓矢量及零矢量合成。當(dāng)參考電壓矢量位于不同扇區(qū)時(shí)，可計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)基本矢量的的作用時(shí)間如下:S = I 時(shí)，t! = (Voutd-Voutq)TE, t2 = V0UtqTES = 2 時(shí)，t2=V0UtdTE, t3= (Voutq-Voutd)TeS = 3 時(shí)，t3=V0UtqTE, t4=-V0UtdTES = 4 時(shí)，t4 = (Voutq-Voutd)TE, t5 = -V0UtqTES = 5 時(shí)，t5 = -V0UtdTE, t6= (Voutd-Voutq) TeS = 6 時(shí)，t6 = -V0UtqTE, t7 = V0UtdTETE=TPWM/Ud。因而，在不同扇區(qū)內(nèi)，采用對(duì)稱型PWM方式生成的相應(yīng)PWM波形如圖7、8。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的 等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)變頻控制器，其特征在于:它包括電源模塊、光電隔離模塊、控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊； 所述電源模塊，用于為控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊供電； 所述光電隔離模塊，用于將上位控制器傳來(lái)的脈沖信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)進(jìn)行隔離后送至控制模塊； 所述控制模塊，用于根據(jù)從所述光電隔離模塊接收到的所述脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)的指令進(jìn)行ν/F變頻控制，輸出6路空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)至兩相三橋臂逆變器模塊； 所述電源模塊連接控制模塊，控制模塊連接兩相三橋臂逆變器模塊，兩相三橋臂逆變器模塊輸出三相供電連接至外部單向異步電機(jī)；所述控制模塊還連接光電隔離模塊，光電隔離模塊設(shè)有脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)變頻控制器，其特征在于:所述兩相三橋臂逆變器模塊包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊單元。
3.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)變頻控制器，其特征在于:所述兩相三橋臂逆變器模塊包括保護(hù)單元、全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元及6路功率開關(guān)；所述控制模塊輸出連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元，全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元分別連接6路功率開關(guān),功率開關(guān)輸出通過(guò)保護(hù)單元連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元；所述全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元還輸出有過(guò)流保護(hù)信號(hào)連接至控制模塊；全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元接收來(lái)自控制模塊的6路空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)6路功率開關(guān)的閉/合。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)變頻控制器，其特征在于:所述6路功率開關(guān)包括6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管；所述6個(gè) 絕緣柵雙極型晶體管兩兩分為三組；每組中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的基極分別連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元的脈寬調(diào)制輸出端，一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的集電極接電源模塊的正極、發(fā)射極連接另一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的集電極、另一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極接電源模塊的地，每組中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的相連處引出為一相供電。
5.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)變頻控制器，其特征在于:所述6路功率開關(guān)包括6個(gè)MOS管；所述6個(gè)MOS管兩兩分為三組；每組中的兩個(gè)MOS管的柵極分別連接全橋或半橋驅(qū)動(dòng)單元的脈寬調(diào)制輸出端，一個(gè)MOS管的源極接電源模塊的正極、漏極連接另一個(gè)MOS管的源極、另一個(gè)MOS管的漏極接電源模塊的地，每組中的兩個(gè)MOS管的相連處引出為一相供電。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的電機(jī)變頻控制器，其特征在于:所述電源模塊包括依次連接的交流電源濾波單元、開關(guān)電源單元及整流濾波單元。
7.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的電機(jī)變頻控制器，其特征在于:所述控制模塊包括具有6路PWM外設(shè)的單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電機(jī)變頻控制器，它包括電源模塊、光電隔離模塊、控制模塊及兩相三橋臂逆變器模塊；所述電源模塊連接控制模塊，控制模塊連接兩相三橋臂逆變器模塊，兩相三橋臂逆變器模塊輸出三相供電連接至外部單向異步電機(jī)；所述控制模塊還連接光電隔離模塊，光電隔離模塊設(shè)有脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)輸入端。本發(fā)明產(chǎn)品通過(guò)將變頻控制方法取代傳統(tǒng)的可控硅導(dǎo)通角調(diào)壓控制方法，并將單相異步電機(jī)視為兩相電機(jī)，將啟動(dòng)繞組視為一相運(yùn)行繞組，對(duì)兩相電機(jī)進(jìn)行兩相三橋臂SVPWM結(jié)合V/F的變頻控制進(jìn)而完善了單相異步電機(jī)的控制，以滿足橫機(jī)織件牽拉不受外界電源影響的要求。
文檔編號(hào)H02P25/04GK103248311SQ201310181738
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者張國(guó)利, 趙志華 申請(qǐng)人:福建睿能電子有限公司