專(zhuān)利名稱(chēng)：一種機(jī)電一體化直流電機(jī)控制器的制作方法
一種機(jī)電一體化直流電機(jī)控制器，它是一種機(jī)電一體化的控制調(diào)節(jié)直流電機(jī)工作狀態(tài)的電力控制裝置，可用于各種直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，特別適用于需頻繁調(diào)整其真流電機(jī)工況的場(chǎng)合，如象在電動(dòng)軋機(jī)、電力機(jī)車(chē)、城市公共交通所用的有軌電車(chē)等。
在直流電機(jī)應(yīng)用的很多場(chǎng)合都需要對(duì)直流電機(jī)的輸出工況加以控制。現(xiàn)在的控制方法基本上是兩種，對(duì)于輸出功率較大的電機(jī)，多采用控制其勵(lì)磁功率進(jìn)行工況控制，這樣控制功率可以小一些。對(duì)于輸出功率不大的電機(jī)，也可以采用直接控制其整個(gè)電機(jī)的輸入功率來(lái)進(jìn)行工況控制。但不管是采用哪一種方法，都必須調(diào)節(jié)輸入功率的大小?，F(xiàn)在的調(diào)節(jié)控制方法多采用在輸出回路中串聯(lián)可變電阻箱的方法，通過(guò)改變串聯(lián)電阻的值來(lái)改變輸入或勵(lì)磁功率的大小。由于用電阻來(lái)降壓，電阻本身要消耗大量的能量，能量損失且不論，發(fā)熱問(wèn)題也相當(dāng)嚴(yán)重。一般電阻箱要占用很大的散熱面積，有時(shí)還要采用特別的散熱措施?？勺冸娮柘渲懈淖冸娮柚档姆椒ㄊ怯们袚Q不同觸點(diǎn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于通過(guò)的電流大，在切換中容易拉電弧，加劇觸點(diǎn)的磨損。由于是機(jī)械方式切換，速度較慢，控制精度不高。現(xiàn)在先進(jìn)的直流電機(jī)功率控制器采用可控硅的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)平均輸出電壓。由于可控硅的成本較高，不容易控制其關(guān)斷，需采用交流對(duì)可控硅供電，為減小濾波元件，錯(cuò)開(kāi)與電機(jī)轉(zhuǎn)速共振，要使用較高頻率的交流電，這就要求增加一套直流交流逆變裝置。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種機(jī)電一體化直流電機(jī)控制器，該控制器可對(duì)直流電機(jī)的工作狀況進(jìn)行控制，它基本無(wú)能量損失，而且控制精度高，響應(yīng)時(shí)間短，能適應(yīng)自動(dòng)化控制的要求。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖如附

圖1所示，大功率開(kāi)關(guān)如附圖1所示，它有大功率開(kāi)關(guān)(1)，開(kāi)關(guān)控制電路(2)，其特征在于大功率開(kāi)關(guān)(1)裝置于直流電機(jī)近旁，有可為系統(tǒng)共用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)，開(kāi)關(guān)控制電路(2)為插入標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)中的控制適配模塊，為整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)所共有的中央控制計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面相連接，大功率開(kāi)關(guān)(1)是由多個(gè)VMOS管并聯(lián)組成，所有的VMOS管源極并聯(lián)于源極極板(6)，并且所有的VMOS管漏極也都并聯(lián)于漏極極板(7)，VMOS管被源極極板(6)和漏極極板(7)夾持其間，所有VMOS管的柵極各串聯(lián)一個(gè)限流電阻R1后并聯(lián)于控制端(5)，并在所有VMOS管的柵極和源極之間各并聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻2。
在本發(fā)明中，中央控制計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(RTU)(3)選通控制適配模塊(2)，控制適配模塊(2)根據(jù)中央控制計(jì)算機(jī)(4)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求產(chǎn)生不同脈寬比的重復(fù)脈沖串，該脈沖串控制大功率開(kāi)關(guān)(1)的通斷。由于導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間比可以調(diào)節(jié)為不同的值，因此也就能得到不同的平均輸出電壓，用它作為直流電機(jī)的輸入控制或勵(lì)磁控制，可以控制電機(jī)的工作狀況。本發(fā)明采用為整個(gè)系統(tǒng)所共有的中央控制計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)在直流電機(jī)附近的RTU(3)對(duì)電機(jī)進(jìn)控制，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化的控制方法。在RTU(3)中還可以插有其它的不同模塊，完成不同的功能。如還可以插入轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，溫度測(cè)量模塊，甚至還可以插入其它直流電機(jī)的控制適配模塊，使其能夠檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，實(shí)行群控和整體自動(dòng)控制。本發(fā)明由于采用開(kāi)關(guān)的方法調(diào)節(jié)控制平均電壓，在大功率開(kāi)關(guān)(1)上其本不消耗能量，不象電阻箱調(diào)壓，結(jié)構(gòu)尺寸也很小，再加上采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，控制精度高，響應(yīng)時(shí)間短。本發(fā)明VMOS管組做大功率開(kāi)關(guān)(1)，也比可控硅所要求的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，省去了一套直流交流逆變裝置。
本發(fā)明中的大功率開(kāi)關(guān)(1)如附圖2所示。由于VMOS管的阻抗很高，基本上是由柵極電位控制源漏極之間的導(dǎo)通率，因此就是多VMOS管并聯(lián)，用TTL級(jí)的控制電平也能驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路可以十分簡(jiǎn)單。VMOS管的輸出阻抗是正阻特性，并有正的溫度系數(shù)，因此多個(gè)VMOS管并聯(lián)，總的輸出電流能夠自動(dòng)均勻分配到各管上，而且熱穩(wěn)定性也好，不會(huì)出現(xiàn)普通晶體管并聯(lián)后工作不均和不穩(wěn)定現(xiàn)象。通過(guò)多個(gè)VMOS管的并聯(lián)，可以用較便宜的VMOS管組合出控制功率很大的復(fù)合塊。在復(fù)合塊中，可以有幾個(gè)、幾十個(gè)、上百個(gè)VMOS管，控制功率形成一個(gè)系列。在復(fù)合塊中，用源極極板(6)和漏極極板(7)把VMOS管夾持其間，各VMOS管都可通過(guò)兩極板進(jìn)行雙面散熱?？梢杂谜辰觿┗蚓o固件使每個(gè)VMOS管固定。由于復(fù)合塊成了一個(gè)固態(tài)組件，它的可靠性提高，能適應(yīng)各種環(huán)境。
本發(fā)明中的控制適配模塊(2)也是一個(gè)插入RTU(3)內(nèi)部插槽中的標(biāo)準(zhǔn)模塊，它可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的多諧振蕩器，用一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片把從RTU(3)中接收來(lái)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓值，加到多諧蕩器一邊的基極電阻一端，改變電阻端的電位，可以得到不同的延時(shí)，從而產(chǎn)生寬窄不同的方波?？刂七m配模塊(2)也可以是由一個(gè)時(shí)鐘電路推動(dòng)一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器，用比較電路把循環(huán)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的值與由RTU傳來(lái)的值進(jìn)行比較，控制輸出寄存器的翻轉(zhuǎn)。用輸出寄存器的“0”、“1”值產(chǎn)生脈寬比不同的脈沖串，其邏輯圖如附圖3所示。時(shí)鐘(8)為一固定頻率的晶體振蕩器，頻率可在10000赫芝到1000000赫芝之間。根據(jù)控制精度的要求，循環(huán)計(jì)數(shù)器(9)可為8位或16位，比較電路(10)把輸入寄存器組(11)的值與循環(huán)計(jì)數(shù)器(9)比較。在循環(huán)計(jì)數(shù)器(9)的值為全“0”時(shí)，觸發(fā)輸出寄存器(12)翻轉(zhuǎn)為“1”。當(dāng)循環(huán)計(jì)數(shù)器(9)的值為與輸入寄存器(11)的值一樣時(shí)，觸發(fā)輸出寄存器(12)翻轉(zhuǎn)為“0”。本發(fā)明的控制適配模塊(2)還可以是由可編程的定時(shí)器芯片(如象8253等)加上時(shí)鐘芯片以及輔助電路組成。由RTU(3)傳來(lái)的信號(hào)對(duì)定時(shí)器芯片進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)循環(huán)啟動(dòng)定時(shí)器芯片，輸出不同寬度的脈沖串。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)電一體化直流電機(jī)控制器，它有大功率開(kāi)關(guān)(1)，開(kāi)關(guān)控制電路(2)，其特征在于大功率開(kāi)關(guān)(1)裝置于直流電機(jī)近旁，有可為系統(tǒng)共用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)，開(kāi)關(guān)控制電路(2)為插入標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)中的控制適配模塊，為整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)共有的中央控制計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面相連接，大功率開(kāi)關(guān)(1)是由多個(gè)VMOS管并聯(lián)組成，所有的VMOS管源極并聯(lián)于源極極板(6)，并且所有的VMOS管漏極也都并于漏極極板(7)，VMOS管被源極極板(6)和漏極極板(7)夾持其間，所有VMOS管的柵極各串聯(lián)一個(gè)限流電阻R1后并聯(lián)于控制端，并在所有VMOS管的柵極和源極之間各并聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻R2。
全文摘要
一種機(jī)電一體化直流電機(jī)控制器?？捎糜诟鞣N直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，特別適用于需頻繁調(diào)整其工況的場(chǎng)合。本發(fā)明采用由多個(gè)VMOS管并聯(lián)組成大功率開(kāi)關(guān)，為整個(gè)系統(tǒng)共同的中央控制計(jì)算機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面對(duì)插入其中的適配模塊通過(guò)不同脈寬比的重復(fù)脈沖串控制大功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，達(dá)到控制平均輸出電壓、調(diào)節(jié)電機(jī)工況的目的。它基本無(wú)能量損失，而且控制精度高，響應(yīng)時(shí)間短，能適應(yīng)自動(dòng)化控制的要求。
文檔編號(hào)H02P7/06GK1050652SQ8910727
公開(kāi)日1991年4月10日 申請(qǐng)日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月27日
發(fā)明者石行, 尤裝 申請(qǐng)人:北京市西城新開(kāi)通用試驗(yàn)廠(chǎng)