本發(fā)明屬于電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于高壓變頻的單向交流電機(jī)電路。

背景技術(shù)：

單相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)力大、成本低、驅(qū)動(dòng)簡單，因而廣泛用于卷料糾偏中做執(zhí)行器動(dòng)力。但單相電機(jī)需要電阻電容移相來形成旋轉(zhuǎn)磁場才能讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來，這對于需要電機(jī)頻繁換向的卷料糾偏而言，這個(gè)移相電阻溫度會(huì)非常非常高，置于空氣對流的自由空間里，其溫升足以把散熱片表面的絕緣黑漆全部燙裂，同時(shí)對操作人員存在安全隱患。其次，不同功率電機(jī)需要匹配不同的電阻電容，同功率電機(jī)不同廠家生產(chǎn)的電機(jī)移相網(wǎng)絡(luò)都不能混用，并且交流同步電機(jī)響應(yīng)速度慢，糾偏精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中上述的不足，本發(fā)明提供一種基于高壓變頻的單向交流電機(jī)電路，本單向交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)了高壓高速驅(qū)動(dòng)電路，免除了笨重厚大的前端的工頻降壓變壓器和后端的高頻升壓變壓器，減小了體積和重量降低了成本并且采用延遲閉環(huán)控制、動(dòng)態(tài)執(zhí)行，過壓、過流全程監(jiān)控，具有更高的可靠性和安全性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的解決方案是：一種基于高壓變頻的單向交流電機(jī)電路，包括過零監(jiān)測器、控制電源、受控整流單元、調(diào)測斷開點(diǎn)單元、兩路換向半橋單元、干路SPWM調(diào)制器、反電動(dòng)勢過零監(jiān)測器、動(dòng)態(tài)執(zhí)行器、高壓監(jiān)測器、過流采樣單元、單片機(jī)和單相電機(jī)；

過零監(jiān)測器，用于每周提取兩次工頻市電的過零信息，指導(dǎo)單片機(jī)按市電周波過零時(shí)刻開通受控整流單元以消除整流浪涌，防止高壓整流管受損，并作為前向式掉電中斷,及時(shí)通知單片機(jī)利用余電把內(nèi)存RAM中參數(shù)轉(zhuǎn)存到FLASH ROM中；

控制電源，用于產(chǎn)生+Vp+18V和-Vp+18V浮動(dòng)的控制柵驅(qū)動(dòng)電壓和+5.6V的單片機(jī)工作電壓；

受控整流單元，用于在市電過零監(jiān)測中斷控制下，由單片機(jī)授權(quán)開啟或關(guān)斷的正負(fù)功率電源+Vp和-Vp的半波整流；

兩路換向半橋單元，用于在動(dòng)態(tài)執(zhí)行器控制下，將單向直流電轉(zhuǎn)換為兩路雙極性交流電；

干路SPWM調(diào)制器，接在單相電機(jī)和兩路換向半橋單元之間，用于在動(dòng)態(tài)執(zhí)行器的控制下，對雙向交流電實(shí)施SPWM調(diào)制，將兩路雙極性的脈沖交流電轉(zhuǎn)換成正弦交流電；

反電動(dòng)勢過零監(jiān)測，用于采集和監(jiān)測電機(jī)反電動(dòng)勢過零時(shí)刻，閉環(huán)調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出SPWM脈沖，漸次實(shí)現(xiàn)電機(jī)同步；

動(dòng)態(tài)執(zhí)行器包括一個(gè)帶自激振蕩的超時(shí)機(jī)制，動(dòng)態(tài)執(zhí)行器連接在兩路換向半橋和單片機(jī)之間，對兩路換向半橋和干路SPWM調(diào)制器起到超時(shí)強(qiáng)制關(guān)斷作用，對單片機(jī)起到電源自舉作用；

高壓監(jiān)測器，用于對功率電壓+VP和-VP進(jìn)行A/D監(jiān)測，對過壓或欠壓示警，具有變頻和調(diào)壓作用；

過流采樣單元，監(jiān)測電機(jī)因卡死或超載時(shí)的過流；

還包括提示單元，提示單元包括蜂鳴器和發(fā)光二極管，用于提示整個(gè)裝置的運(yùn)行情況。

優(yōu)選地，控制電源為電容限能電源，利用電容的容抗壓縮功耗。

本發(fā)明的有益效果是，本電機(jī)電路采用無變壓器的無電感設(shè)計(jì)，在干路調(diào)制SPWM，滯后閉環(huán)調(diào)整；過壓、過流兩相監(jiān)測，動(dòng)態(tài)執(zhí)行，眾多的聲光告警，確保了很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率，元器件全部采用自然散熱，沒有笨重、厚大、昂貴、不能集成的變壓器和電感，本電機(jī)電路既有很高可靠性和安全性，變換效率又非常高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電機(jī)電路圖。

圖2為本發(fā)明對市電交流正向和負(fù)向半波整流得到檢波峰值的電路圖。

圖3為本發(fā)明的實(shí)際電路圖。

圖4為兩路換向半橋單元的驅(qū)動(dòng)電路圖。

附圖中：

1、過零監(jiān)測器；2、控制電源；3、受控整流單元；4、調(diào)測斷開點(diǎn)單元；5、兩路換向半橋單元；6、干路SPWM調(diào)制器；7、反電動(dòng)勢過零監(jiān)測器；8、動(dòng)態(tài)執(zhí)行器；9、高壓監(jiān)測器；10、過流采樣單元；11、單片機(jī)；12、單相電機(jī)；13、提示單元。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

參照圖1，本發(fā)明提供一種基于高壓變頻的單向交流電機(jī)電路，包括過零監(jiān)測器1、控制電源2、受控整流單元3、調(diào)測斷開點(diǎn)單元4、兩路換向半橋單元5、干路SPWM調(diào)制器6、反電動(dòng)勢過零監(jiān)測器7、動(dòng)態(tài)執(zhí)行器8、高壓監(jiān)測器9、過流采樣單元10、單片機(jī)11、單相電機(jī)12和提示單元13。

過零監(jiān)測器1，用于每周提取兩次工頻市電的過零信息，指導(dǎo)單片機(jī)11按市電周波過零時(shí)刻開通受控整流單元3以消除整流浪涌，防止高壓整流管受損，并作為前向式掉電中斷,及時(shí)通知單片機(jī)11利用余電把內(nèi)存RAM中參數(shù)轉(zhuǎn)存到FLASH ROM中。

控制電源2，用于產(chǎn)生+Vp+18V和-Vp+18V浮動(dòng)的控制柵驅(qū)動(dòng)電壓和+5.6V的單片機(jī)11工作電壓?？刂齐娫?為電容限能電源，利用電容的容抗壓縮功耗。

受控整流單元3，用于在市電過零監(jiān)測中斷控制下，由單片機(jī)11授權(quán)開啟或關(guān)斷對正負(fù)功率電源+Vp和-Vp的半波整流。

兩路換向半橋單元5，用于在動(dòng)態(tài)執(zhí)行器8控制下，將單向直流電轉(zhuǎn)換為兩路雙極性交流電。

干路SPWM調(diào)制器6，接在單相電機(jī)12和兩路換向半橋單元5之間，用于在動(dòng)態(tài)執(zhí)行器8的控制下，對雙向交流電實(shí)施SPWM調(diào)制，將兩路雙極性的脈沖交流電轉(zhuǎn)換成正弦交流電。

反電動(dòng)勢過零監(jiān)測，用于采集和監(jiān)測電機(jī)反電動(dòng)勢過零時(shí)刻，閉環(huán)調(diào)節(jié)單片機(jī)11輸出SPWM脈沖，漸次實(shí)現(xiàn)電機(jī)同步。

動(dòng)態(tài)執(zhí)行器8是一個(gè)帶自激振蕩的超時(shí)機(jī)制，該單元被橋接在兩路換向半橋單元5和單片機(jī)11之間，肩負(fù)對兩路換向半橋單元5和干路SPWM調(diào)制器6，一旦超時(shí)強(qiáng)制關(guān)斷的職能，而對單片機(jī)11，該單元還充當(dāng)更可靠的掉電式“看門狗”。

高壓監(jiān)測器9，用于對功率電壓+VP和-VP進(jìn)行A/D監(jiān)測，對過壓或欠壓示警，并直接指導(dǎo)變頻和調(diào)壓。

過流采樣單元10，監(jiān)測電機(jī)因卡死或超載時(shí)的過流。

提示單元13，包括蜂鳴器和發(fā)光二極管，用于提示整個(gè)裝置的運(yùn)行情況和異常時(shí)的聲光示警。

本電機(jī)電路采用無變壓器的無電感設(shè)計(jì)，在干路調(diào)制SPWM，滯后閉環(huán)調(diào)整；過壓、過流兩相監(jiān)測，動(dòng)態(tài)執(zhí)行，眾多的聲光告警，確保了很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率，元器件全部采用自然散熱，沒有笨重、厚大、昂貴、不能集成的變壓器和電感，本電機(jī)電路既有很高可靠性和安全性，變換效率又非常高。

工作流程：市電上電后，控制電源2產(chǎn)生單片機(jī)11的+5.6V工作電壓，借道動(dòng)態(tài)控制器8加載給單片機(jī)11，單片機(jī)11上電復(fù)位后，定時(shí)掃描動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器8使能端完成電源自舉；過零監(jiān)測器1在市電每周兩次過零時(shí)刻產(chǎn)生中斷，零電壓開啟受控整流單元3無浪涌地產(chǎn)生±310V左右的功率電源+Vp和-Vp；當(dāng)短接調(diào)測斷開點(diǎn)單元4，強(qiáng)電+Vp和-Vp將加載到兩路換向半橋單元5上，并被動(dòng)態(tài)執(zhí)行器8遵照單片機(jī)11的命令，交替地開通半橋上下管，把直流電壓變換成雙極性交流脈沖，再經(jīng)后端的SPWM干路調(diào)制器6調(diào)制成兩路相差90°的正選交流電，經(jīng)簡單平滑，加載給單相電機(jī)12形成旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

參照圖2，圖中的±310V高壓，是對市電220V交流正向和負(fù)向半波整流得到檢波峰值，無論是Q1還是Q2導(dǎo)通，另一只不導(dǎo)通管子都將承受高達(dá)600多伏的壓降，為了防止兩管穿通失效，控制電源2為電容限能電源，利用電容的容抗壓縮功耗。

參照圖3，本圖為本發(fā)明控制電源2、受控整流3、及過流采樣單元10三單元整合的實(shí)際電路，電路最左端為控制電源2，由電容C6限能，電阻R4削峰，穩(wěn)壓管鉗位，二極管整流產(chǎn)生+5.6V單片機(jī)11工作電壓和+Vp+18V和-Vp+18V浮動(dòng)的控制柵驅(qū)動(dòng)電壓，其中上端的+Vp+18V高邊驅(qū)動(dòng)電壓還要經(jīng)升壓來產(chǎn)生；雙向可控硅Q4被過零觸發(fā)，配合D10和D11半波整流構(gòu)成受控整流3，在C11和C12上產(chǎn)生+Vp和-Vp功率電壓；過流采樣單元11由R9完成電流采樣，R12和R11分壓墊高判決門限提高電流采樣靈敏度，R13和C13舒緩電流瞬間浪涌，當(dāng)因過流R9燒毀，紅色發(fā)光二極管D17將點(diǎn)亮來直接指示故障點(diǎn)，D52對D17起反向保護(hù)作用，有R14高阻阻斷防止C13上的高壓能量直接泄入單片機(jī)11內(nèi)部。

參照圖4，本圖為兩路半橋換向單元的驅(qū)動(dòng)簡化圖，因?yàn)閮陕冯娐吠耆粯?，所以只需要對一路單?dú)分析。圖中半橋的下管Q13的柵源控制電壓U2由-VP+18V直接驅(qū)動(dòng)，但對上管的驅(qū)動(dòng)需要變換一下，因?yàn)镼13導(dǎo)通后，上管去Q12源極電位是-Vp，驅(qū)動(dòng)電路必須把這個(gè)負(fù)高壓阻塞掉。D53就阻斷Q13導(dǎo)通時(shí)-Vp高壓的上引，D52則把VP+18V重新定位到+Vp上，兩路半橋通斷間正好相差90°相角，D51阻隔開各自的對儲(chǔ)能電容C25的充電時(shí)間。上管Q12左邊一對高壓PNP管Q10和Q11管用于轉(zhuǎn)換懸浮著高邊驅(qū)動(dòng)電壓，需要說明的是，盡管全系統(tǒng)共地，但依舊需要配置高速光電耦合器來匹配強(qiáng)弱電間的巨大落差。