專利名稱：轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SRM(Switched Reluctance Motor-轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī))，尤其是涉及一種適于SRM高速控制的SRM速度控制裝置。
通常，如

圖1所示，轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)具有定子2和轉(zhuǎn)子4，定子2具有分別在+A和-A極、+B和-B極、+C和-C極上繞制的A、B和C相線圈6、8、10。
如圖2所示，這樣一種結(jié)構(gòu)的SRM的驅(qū)動(dòng)電路其構(gòu)成如下電容C，用于提供直流電壓；第一到第六開關(guān)元件Q1到Q6，用于向各相線圈6、8、10施加電流；以及6個(gè)二極管D1到D6，用于向每個(gè)相線圈6、8、10施加電流之后，當(dāng)開關(guān)元件Q1到Q6全關(guān)斷時(shí)反饋產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。
此外，傳統(tǒng)的控制驅(qū)動(dòng)電路的SRM速度控制裝置包括信號(hào)控制級(jí)12和脈寬調(diào)制級(jí)14，如圖3所示。
對(duì)于圖3所示的SRM控制裝置，信號(hào)控制級(jí)12產(chǎn)生頻率控制信號(hào)、脈寬控制信號(hào)以及占空比控制信號(hào)，該頻率控制信號(hào)對(duì)應(yīng)于自A相位置傳感器(未示出)施加的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)或A相位置信號(hào)。脈寬調(diào)制級(jí)14響應(yīng)于由信號(hào)控制級(jí)12輸出的3種控制信號(hào)，產(chǎn)生其脈寬經(jīng)調(diào)制的斬波信號(hào)，并將其施加到開關(guān)元件Q1的柵極，還向開關(guān)元件Q2施加A相位置信號(hào)。
圖4表示傳統(tǒng)速度控制裝置的一個(gè)替換實(shí)例，意在產(chǎn)生用于控制如上所述SRM速度的斬波信號(hào)。另外，該現(xiàn)有技術(shù)采用微處理器16，其接收來自A相位置傳感器、速度檢測(cè)傳感器以及轉(zhuǎn)矩傳感器(均未示出)的A相位置信號(hào)并產(chǎn)生斬波信號(hào)，該斬波信號(hào)的脈寬按照從所接收的信號(hào)獲知的頻率、脈寬和占空比進(jìn)行調(diào)制，從而將斬波信號(hào)施加到開關(guān)元件Q1的柵極，并向開關(guān)元件Q2的柵極施加A相位置信號(hào)。
同時(shí)，如果來自脈寬調(diào)制級(jí)14的斬波信號(hào)和A相位置信號(hào)被施加到相應(yīng)的開關(guān)元件Q1、Q2，則這些元件Q1、Q2根據(jù)其響應(yīng)進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，因此，向A相線圈6提供能量。此時(shí)，流過A相線圈6的電流和電壓具有圖5所示的波形。
在利用A相位置信號(hào)接通開關(guān)元件Q2期間，開關(guān)元件Q1響應(yīng)于斬波信號(hào)進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，使流過A相線圈6的電流波形被斬波，從而限制電流增加，并因此調(diào)節(jié)在A相線圈6中的電流值。
在繞有A相線圈的定子2的+A和-A極產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于通過如上所述對(duì)電流波形斬波得到的電流調(diào)節(jié)量IA的磁力，以及通過吸引與定子2的+A和-A極相鄰的轉(zhuǎn)子4上的磁極使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，接著通過根據(jù)與轉(zhuǎn)子4相關(guān)的B相和C相的相應(yīng)位置信號(hào)，對(duì)與各個(gè)相對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件Q3到Q6進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換操作。然后，開關(guān)轉(zhuǎn)換操作將斬波電流施加到B相和C相線圈8和10，產(chǎn)生與按A、B、C的相序斬波的電流值相對(duì)應(yīng)的磁力，從而使轉(zhuǎn)子4連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
此時(shí)，根據(jù)這樣一個(gè)事實(shí)，即轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)速取決于所產(chǎn)生的磁力強(qiáng)度，可通過增加或減少流過各相線圈6、8、10的電流值，調(diào)節(jié)與所需SRM電動(dòng)機(jī)速度相適應(yīng)的斬波信號(hào)頻率、脈寬和占空比來進(jìn)行SRM速度控制。
然而，如果SRM高速旋轉(zhuǎn)(例如3000轉(zhuǎn)/分)，由每個(gè)相的位置傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的周期變得極短。這樣就使脈寬調(diào)制級(jí)14產(chǎn)生的斬波信號(hào)頻率超過開關(guān)元件Q1、Q3、Q5的開關(guān)轉(zhuǎn)換速度，使得不可能響應(yīng)于高頻率的斬波信號(hào)而迅速地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。因此，產(chǎn)生的問題在于，不能精確地調(diào)節(jié)定子2的每個(gè)相線圈中的電流值，導(dǎo)致不良地控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)SRM速度控制裝置，其可通過調(diào)節(jié)向SRM驅(qū)動(dòng)電路中的線圈施加的電流值來進(jìn)行SRM的高速控制，這最好按照用戶所需的SRM速度通過對(duì)由外部引入的市電AC電壓進(jìn)行相位控制來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是利用一種轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置來實(shí)現(xiàn)的，其提供取決于通過驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)轉(zhuǎn)換由外部電源向定子線圈施加的電壓和電流的旋轉(zhuǎn)力，該裝置包含諧振頻率發(fā)生級(jí)，用于產(chǎn)生與用戶規(guī)定的電動(dòng)機(jī)速度相對(duì)應(yīng)的諧振頻率信號(hào)；相位控制級(jí)，用于參照諧振頻率信號(hào)來控制由外部電源引入的市電AC電壓的相位，以調(diào)節(jié)平均電壓值；和整流級(jí)，用于對(duì)其平均電壓值被控制的AC電壓進(jìn)行整流，并將其施加到驅(qū)動(dòng)電路。
通過參照附圖對(duì)各實(shí)施例的如下描述，本發(fā)明的其它目的和方面將變得更加清楚，附圖中圖1表示傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)SRM的總體結(jié)構(gòu)；
圖2表示用于傳統(tǒng)SRM的驅(qū)動(dòng)電路示意圖；圖3表示傳統(tǒng)SRM速度控制裝置的示意框圖；圖4表示另一種傳統(tǒng)SRM速度控制裝置的示意框圖；圖5是表示對(duì)圖3和圖4中的速度控制裝置的控制而引起的在定子線圈中受控的電壓和電流的波形；圖6是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的SRM速度控制裝置的示意框圖；圖7是適用于本發(fā)明的SRM驅(qū)動(dòng)電路；圖8是表示一般的市電AC電壓的波形圖；圖9是表示被利用圖7中所示的相位控制級(jí)進(jìn)行相位控制的AC電壓的波形圖；和圖10是表示利用本發(fā)明速度控制裝置控制的定子線圈中電流和電壓的波形圖。
下面根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖6所示，轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)SRM的速度控制裝置包括諧振頻率發(fā)生級(jí)20、相位控制級(jí)30、和整流級(jí)40。
在圖中，諧振頻率發(fā)生級(jí)20接收從外部提供的市電AC電壓，并產(chǎn)生一定諧振頻率的脈沖信號(hào)。相位控制級(jí)30根據(jù)來自諧振頻率發(fā)生級(jí)20的脈沖信號(hào)控制市電AC電壓的相位。
整流級(jí)40對(duì)由相位控制級(jí)30控制相位的AC電壓進(jìn)行全波整流，以得到一DC電壓，然后將其施加到用于SRM的驅(qū)動(dòng)電路。
圖7是適用于本發(fā)明的SRM的詳細(xì)電路圖。如圖7所示，諧振頻率發(fā)生級(jí)20包括電感L1、電阻R1、可變電阻VR，與可變電阻VR并聯(lián)的電阻R2、電容C1，所有這些元件構(gòu)成一RLC串聯(lián)諧振電路。如將外部市電AC電壓施加到該電路，響應(yīng)于此，該電路產(chǎn)生其諧振頻率用等式(1)fo=12πLC-----(1)]]>表示的脈沖電壓，其中，f0表示諧振頻率，L為電感，C為電容。
相位控制級(jí)30包括電阻R3、二端AC開關(guān)(diac)DA以及三端AC開關(guān)(triac)TA，其中當(dāng)頻率為f0且其電壓值由于電阻R3而下降的脈沖電壓輸入到該級(jí)30時(shí)二端AC開關(guān)DA產(chǎn)生一觸發(fā)脈沖，而每當(dāng)觸發(fā)脈沖輸入時(shí)三端AC開關(guān)TA進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，從而控制AC電壓的相位。
整流級(jí)40由橋式二極管電路BD和濾波電容C2組成，其中橋式二極管電路BD用于對(duì)由三端AC開關(guān)TA控制相位的市電AC電壓進(jìn)行全波整流，濾波電容C2用于濾除包含在施加到驅(qū)動(dòng)電路50的整流DC電壓中的紋波分量。
驅(qū)動(dòng)電路50包括6個(gè)開關(guān)元件Q1到Q6，用于按照由位置傳感器輸入的每相的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，將整流DC電壓依次施加到每個(gè)相線圈52、54、56；以及6個(gè)二極管D1到D6，用于反饋當(dāng)在將整流電壓施加到每個(gè)相線圈52、54、56之后關(guān)斷各個(gè)開關(guān)元件Q1到Q6時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。
下面參照?qǐng)D6到圖10描述圖7中所示的電路的操作。
在由電源向諧振頻率發(fā)生級(jí)20施加市電AC電壓的過程中，當(dāng)用戶調(diào)節(jié)諧振頻率發(fā)生級(jí)20的可變電阻VR以便得到用戶所希望的電動(dòng)機(jī)速度時(shí)，諧振頻率發(fā)生級(jí)20中的電感隨之改變。變化的電感L和電容C1共同使發(fā)生級(jí)20產(chǎn)生具有如前述等式(1)所示的諧振頻率f0的信號(hào)。
更確切地說，電容C1由因電路中的三個(gè)電阻R1、R2、VR和電感L1而使其值降低的AC電壓充電，然后，在諧振頻率f0的每一周期放電，從而形成頻率為f0的脈沖狀信號(hào)。所得到的脈沖信號(hào)由于電阻R3而降低，然后，降低的電壓被施加到二端AC開關(guān)DA。
二端AC開關(guān)DA響應(yīng)于該脈沖信號(hào)進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生施加到三端AC開關(guān)TA的頻率為f0的觸發(fā)脈沖。然后，三端AC開關(guān)TA響應(yīng)觸發(fā)脈沖進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，以控制來自電源的AC電壓(見圖8)的相位，如圖9所示。被相位控制的AC電壓最終被施加到整流級(jí)40。
由于被相位控制的AC電壓值在圖9中用“a”標(biāo)注的一段時(shí)間上為零，其中a表示相位控制角，因此平均電壓值A(chǔ)CVave降低，表示如下ACVave=1πACVM∫απsinθdθ----(2)]]>其中ACVave表示AC電壓的平均電壓值，ACVM是峰值電壓，a是相位控制角。
結(jié)果，AC電壓在整流級(jí)40中被全波整流，由濾波電容C2濾除紋波分量，然后整流DC電壓被施加到SRM驅(qū)動(dòng)電路50，其中DC電壓值與平均電壓值A(chǔ)CVave相同(未考慮在整流級(jí)40中的電壓降低值)。
接下來，如果該DC電壓被施加到驅(qū)動(dòng)電路50，與各相相關(guān)的開關(guān)元件Q1-Q6響應(yīng)于施加到所述開關(guān)元件Q1-Q6的相應(yīng)柵極上的每相的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)開始進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，從而，將DC電壓按A、B、C的相序施加到每個(gè)相線圈52、54、56。
施加到每相的每個(gè)線圈的電壓和電流的波形如圖10所示。線圈52、54、56產(chǎn)生的磁力強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于施加到其上的電流值，該磁力吸引相鄰轉(zhuǎn)子的磁極(見圖1)以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，轉(zhuǎn)子以與在線圈52、54、56產(chǎn)生的磁力強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的速度旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明其特征在于，為了控制電動(dòng)機(jī)速度，通過利用被相位控制的AC電壓來控制線圈52、54、56中的電流值，這使得能夠?qū)RM進(jìn)行精確的高速控制，而不像現(xiàn)有技術(shù)中一樣，向驅(qū)動(dòng)電路50施加超過開關(guān)元件Q1、Q3、Q5的轉(zhuǎn)換能力的更高頻率的斬波信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)SRM的速度控制裝置，其提供取決于利用驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)轉(zhuǎn)換由外部電源施加到定子線圈的電壓和電流的旋轉(zhuǎn)力，該裝置包括一個(gè)諧振頻率發(fā)生級(jí)，用于產(chǎn)生與用戶規(guī)定的電動(dòng)機(jī)速度相對(duì)應(yīng)的諧振頻率信號(hào)；一個(gè)相位控制級(jí)，用于按照所述諧振頻率信號(hào)來控制由所述外部電源引入的市電AC電壓的相位，以調(diào)節(jié)平均電壓值；和一個(gè)整流級(jí)，用于對(duì)其平均電壓值被控制的所述AC電壓進(jìn)行整流，并將其施加到驅(qū)動(dòng)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述諧振頻率發(fā)生級(jí)包括由電感、電容和用于調(diào)節(jié)所形成的諧振頻率的可變電阻組成的串聯(lián)諧振電路。
3.如權(quán)利要求1和2所述的裝置，其中所述相位控制級(jí)包括一個(gè)二端AC開關(guān)，用于響應(yīng)于由所述諧振頻率發(fā)生級(jí)產(chǎn)生的所述諧振頻率信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；和一個(gè)三端AC開關(guān)，用于通過對(duì)待施加到所述整流級(jí)的所述AC電壓進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換來控制所述AC電壓的相位。
4.如權(quán)利要求1和2所述的裝置，其中所述整流級(jí)包括一個(gè)橋式二極管電路，用于將所述市電AC電壓全波整流成相應(yīng)的DC電壓；和一個(gè)電容器，用于濾除包含在所述整流電壓中的紋波分量。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)換式磁阻電動(dòng)機(jī)SRM的速度控制裝置,其可在高速下調(diào)節(jié)定子線圈中流過的電流值,從而實(shí)現(xiàn)SRM的高速控制,這是優(yōu)先通過產(chǎn)生與用戶規(guī)定的電動(dòng)機(jī)速度對(duì)應(yīng)的諧振頻率、在相位控制級(jí)參照諧振頻率信號(hào)控制由外部電源引入的市電AC電壓的相位以調(diào)節(jié)平均電壓值、和增減定子線圈中的電流來實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)H02P25/08GK1181657SQ9711755
公開日1998年5月13日 申請(qǐng)日期1997年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月4日
發(fā)明者金基奉 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社