一種用于無刷雙饋電機的控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無刷雙饋電機的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，變頻調(diào)速交流電機在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，交流調(diào)速中使用的大多是鼠籠式感應(yīng)電機、繞線式感應(yīng)電機以及雙饋電機等，這些電機在應(yīng)用中都有各自的缺點和局限性，例如:容量的擴大使得鼠籠式電機的變頻容量不斷上升，增加了變頻器的成本；雙饋電機的電刷結(jié)構(gòu)運行不夠安全，需要定期維護等。
[0003]無刷雙饋電機是近年來發(fā)展起來的一種新型電機，無刷雙饋電機在能夠進行變頻調(diào)速控制的前提下，克服了上述問題，在越來越多的場合得到了廣泛應(yīng)用。無刷雙饋電機有兩套三相對稱定子繞組和一個轉(zhuǎn)子繞組，其中定子繞組一套為功率繞組，由電網(wǎng)直接供電；另一套為控制繞組，由電網(wǎng)三相交流電經(jīng)整流逆變后供電。無刷雙饋電機基本原理是經(jīng)過特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)子使得兩套定子繞組產(chǎn)生不同極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場間接相互作用，并能對其相互作用進行控制來實現(xiàn)能量傳遞，兼有異步電機和同步電機的共同優(yōu)點，具有轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)可調(diào)、變頻器容量小等特點。由于無刷雙饋電機去掉了轉(zhuǎn)子側(cè)電刷，因此提高了電機的機械穩(wěn)定性，降低了維修成本。
[0004]由于無刷雙饋電機是由兩臺不同級數(shù)感應(yīng)電機串聯(lián)轉(zhuǎn)化而來的，其功率流動關(guān)系可以參考感應(yīng)電機進行分析，但是由于其有兩套定子繞組，因此當其處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，在轉(zhuǎn)子中由兩套定子繞組所建立的磁場會產(chǎn)生耦合作用，因此相比于普通的交流感應(yīng)電機來說對無刷雙饋電機的功率控制具有一定難度?，F(xiàn)有的無刷雙饋電機是通過控制定子繞組端的電壓幅值來調(diào)節(jié)功率因數(shù)的，使得無刷雙饋電機處于發(fā)電狀態(tài)時，降低了電網(wǎng)傳輸電能的質(zhì)量。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無刷雙饋電機的控制裝置，以通過對無刷雙饋電機控制繞組電壓、電流、頻率和相序的控制，實現(xiàn)對無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)速控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下。
[0007]一種用于無刷雙饋電機的控制裝置，包括主控制器、電網(wǎng)側(cè)PWM變換器、電機側(cè)PWM變換器、直流母線電壓檢測電路、電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路、電機側(cè)電壓/電流檢測電路、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器以及人機界面，所述電網(wǎng)側(cè)PWM變換器設(shè)置在三相交流電網(wǎng)側(cè)，電機側(cè)PWM變換器設(shè)置在電機側(cè)，電網(wǎng)側(cè)PWM變換器與電機側(cè)PWM變換器之間為直流母線；所述電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路用于采集電網(wǎng)電壓和電流，電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接主控制器的輸入端；所述電機側(cè)電壓/電流檢測電路用于采集電機電壓和電流，電機側(cè)電壓/電流檢測電路的輸出端連接電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接主控制器的輸入端；所述電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端還連接設(shè)置在電機與負載之間的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器以及用于檢測直流母線電壓的直流母線電壓檢測電路；所述主控制器的輸出端經(jīng)光耦隔離電路分別與電網(wǎng)側(cè)PWM變換器和電機側(cè)PWM變換器的控制端連接。
[0008]本實用新型所述電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路的具體結(jié)構(gòu)為:所述電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路包括電壓互感器、電流互感器、電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路以及電網(wǎng)側(cè)電流放大電路，電壓互感器和電流互感器設(shè)置在三相交流電網(wǎng)中，電壓互感器的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路的輸入端，電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；電流互感器的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)電流放大電路的輸入端，電網(wǎng)側(cè)電流放大電路的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0009]上述用于無刷雙饋電機的控制裝置，所述直流母線電壓檢測電路包括直流側(cè)霍爾電壓傳感器和直流電壓放大電路，直流側(cè)霍爾電壓傳感器的輸出端連接直流電壓放大電路的輸入端，直流電壓放大電路的輸出端連接電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0010]上述用于無刷雙饋電機的控制裝置，所述電機側(cè)電壓/電流檢測電路包括交流側(cè)霍爾電壓傳感器、交流側(cè)霍爾電流傳感器、電機側(cè)電壓放大電路和電機側(cè)電流放大電路，交流側(cè)霍爾電壓傳感器和交流側(cè)霍爾電流傳感器設(shè)置在電機側(cè)三相電源線上，交流側(cè)霍爾電壓傳感器的輸出端連接電機側(cè)電壓放大電路的輸入端，電機側(cè)電壓放大電路的輸出端連接電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；交流側(cè)霍爾電流傳感器的輸出端連接電機側(cè)電流放大電路的輸入端，電機側(cè)電流放大電路的輸出端連接電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0011]上述用于無刷雙饋電機的控制裝置，所述電網(wǎng)側(cè)PWM變換器和電機側(cè)PWM變換器采用智能功率控制模塊IPM，轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器采用旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器。
[0012]上述用于無刷雙饋電機的控制裝置，包括通信接口，所述通信接口采用RS485通信接口。
[0013]上述用于無刷雙饋電機的控制裝置，所述主控制器采用單片機。
[0014]由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型所取得的技術(shù)進步效果如下。
[0015]本實用新型通過人機界面向主控制器發(fā)送控制命令與控制參數(shù)，并通過電壓/電流檢測電路、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器監(jiān)測當前電機運行時的狀態(tài)，主控制器根據(jù)給設(shè)定的控制命令與控制參數(shù)以及當前電機運行狀態(tài)通過光耦隔離電路向電網(wǎng)側(cè)PWM變換器、電機側(cè)PWM變換器發(fā)送控制指令，進一步實現(xiàn)對電機的輸出功率和轉(zhuǎn)速的控制。本實用新型的PWM變換器采用智能功率控制模塊IPM代替變頻器，可以減小裝置體積，降低成本；人機界面對電機運行過程中的狀態(tài)參數(shù)進行實時顯示和存儲，并可對歷史數(shù)據(jù)進行查詢，簡化了啟動過程，操作簡單方便。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為本實用新型所述電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路的電原理圖；
[0018]圖3為本實用新型所述電機側(cè)電壓/電流檢測電路、直流母線電壓檢測電路的電原理圖；
[0019]圖4為本實用新型所述光耦隔離電路的電原理圖。
[0020]圖中各標號表不為:U1、主控制器，U2~U3、A/D轉(zhuǎn)換器、U4、光電親合器，IPM1~IPM2、智能功率控制模塊，CT1~CT3、電流互感器，PT1~PT3、電壓互感器，HV1~HV2、霍爾電壓傳感器，HA1~HA3、霍爾電流傳感器，TS、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器，H1~H12、光耦隔離電路，F(xiàn)C1~FC3、電網(wǎng)側(cè)電流放大電路，F(xiàn)P1~FP3、電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路，F(xiàn)HVl直流母線電壓檢測電路，F(xiàn)HV2 ~FHV3、電機側(cè)電壓放大電路，F(xiàn)HA1-FHA3,電機側(cè)電流放大電路，BDFM、無刷雙饋電機，TS、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器。
[0021]Ua、Ub、Uc為三相交流電。
【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0023]本實用新型包括主控制器、電網(wǎng)側(cè)PWM變換器、電機側(cè)PWM變換器、直流母線電壓檢測電路、電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路、電機側(cè)電壓/電流檢測電路、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器、電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器、電機側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器、光耦隔離電路、通信接口以及人機界面。
[0024]無刷雙饋電機的控制繞組依次經(jīng)電機側(cè)PWM變換器、直流母線、電網(wǎng)側(cè)PWM變換器與電網(wǎng)連接，功率繞組直接與電網(wǎng)連接。
[0025]電網(wǎng)側(cè)PWM變換器設(shè)置在三相交流電網(wǎng)側(cè)，用于實現(xiàn)電壓整流功能；電機側(cè)PWM變換器設(shè)置在電機側(cè)，用于實現(xiàn)電壓逆變功能；電網(wǎng)側(cè)PWM變換器與電機側(cè)PWM變換器之間為直流母線。本實施例中，電網(wǎng)側(cè)PWM變換器和電機側(cè)PWM變換器均采用智能功率控制模塊IPM0
[0026]電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路用于完成對電網(wǎng)側(cè)電壓、電流的采集。電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接主控制器的輸入端。電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器將電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路采集的電網(wǎng)側(cè)電壓模擬信號、電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸給主控制器。
[0027]本實用新型中，電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路包括電壓互感器、電流互感器、電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路以及電網(wǎng)側(cè)電流放大電路，電壓互感器和電流互感器設(shè)置在三相交流電網(wǎng)中，電壓互感器的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路的輸入端，電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；電流互感器的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)電流放大電路的輸入端，電網(wǎng)側(cè)電流放大電路的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0028]本實施例中的電網(wǎng)側(cè)電壓/電流檢測電路如圖2所示，包括電壓互感器PT1~PT3、電流互感器CT1~CT3、電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路FP1~ FP3以及電網(wǎng)側(cè)電流放大電路FC1~ FC3。
[0029]電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路FPl包括運算放大器Al、二極管D1、二極管D2、電阻Rl以及電容Cl、電容C2。運算放大器Al的兩個輸入端連接電壓互感器PTl的輸出端，運算放大器Al的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器U2的輸入端；運算放大器用于將電壓互感器采集的電網(wǎng)側(cè)電壓信號進行放大。二極管D1、二極管D2并聯(lián)且反向連接在電壓互感器PTl的兩個輸出端之間，用于對電壓互感器采集的信號起箝位作用。電阻R1、電容Cl和電容C2的并聯(lián)電路串聯(lián)連接在運算放大器Al的正極輸入端和輸出端之間，電阻Rl為反饋電阻，電容Cl和電容C2起濾波作用。電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路FP2和PT3的電路原理與電網(wǎng)側(cè)電壓放大電路FPl的電路原理相同。
[0030]電網(wǎng)側(cè)電流放大電路FCl包括運算放大器A2、二極管D3、二極管D4、電阻R2以及電容C3。運算放大器A2的兩個輸入端連接電流互感器CTl的輸出端，運算放大器A2的輸出端連接電網(wǎng)側(cè)A/D轉(zhuǎn)換器U2的輸入端；運算放大器用于將電流互感器采集的電網(wǎng)側(cè)電流信號進行放大。二極管D3、二極管D4并聯(lián)且反向連接在電流互感器CTl的兩個輸出端之間，用于對電流互感器采集的信號起箝位作用。電阻R2和電容C3的并聯(lián)電路串聯(lián)連接在運算放大器A2的正極輸入端和輸出端之間，電阻R2為反饋電阻，電容C3起濾波作用。