一種多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路，其中結(jié)構(gòu)包括定子鐵芯及其上纏繞的定子線圈單元，所述定子線圈單元由二組以上的由各自全橋逆變器驅(qū)動的相互隔斷不電連接的定子線圈組成，對應(yīng)驅(qū)動電路包括定子線圈單元及其驅(qū)動模塊，所述驅(qū)動模塊包括依次電連接的定子線圈控制模塊、全橋逆變器單元和定子線圈單元，所述全橋逆變器與所述定子線圈一一對應(yīng)。這種多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路，啟動和調(diào)速均無需額外電路，且噪音低，功耗小。
【專利說明】
一種多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及多相交流電機，具體涉及一種多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用最廣泛的電機就是三相交流電機，三相交流電機分為交流同步電機，和感應(yīng)式交流電機兩種，其中感應(yīng)式交流電機也稱為交流異步電機。當(dāng)前的三相交流電機是用三相交流電產(chǎn)生的交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來帶動交流電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的。三相交流電通過定子線圈單元來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子線圈單元由三個嵌在電動機定子鐵芯上線圈組成，一般分為星形(Y)，三角形(A)這兩種連接方法，具體結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。但這種情況下，電機啟動電流大，特別是大型電機，降壓啟動電路復(fù)雜龐大，而且電機的轉(zhuǎn)速受限于交流電的周期，調(diào)速會比較困難。繞線式感應(yīng)電機則采用在轉(zhuǎn)子線圈串入啟動電阻或頻敏變阻器來實現(xiàn)電機的啟動和控制正常運行時的電機速度。但該電機的速度仍然會受限于交流電的周期，而且在轉(zhuǎn)子線圈串入啟動電阻或頻敏變阻器的方法導(dǎo)致電機的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。
[0003]這里，我們現(xiàn)在要介紹一種結(jié)構(gòu)簡單，方便實施的電機結(jié)構(gòu)方式，和與此結(jié)構(gòu)方式相應(yīng)的驅(qū)動電路。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型需要解決的技術(shù)問題是，如何提供一種多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路，啟動電路結(jié)構(gòu)簡單且調(diào)速方便，進一步還能擴展除三相外的其他多相交流電機結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型的第一個上述技術(shù)問題這樣解決，構(gòu)建一種多相交流電機結(jié)構(gòu)，包括定子鐵芯及其上纏繞的定子線圈單元，其特征在于，所述定子線圈單元由二個以上的由各自全橋逆變器驅(qū)動的相互隔斷不電連接的定子線圈組成。
[0006]按照本實用新型提供的多相交流電機結(jié)構(gòu)，所述定子線圈單元由三組定子線圈組成，與傳統(tǒng)一致。
[0007]按照本實用新型提供的多相交流電機結(jié)構(gòu)，所述定子線圈單元由二組或四組定子線圈組成，與傳統(tǒng)不一致。
[0008]按照本實用新型提供的多相交流電機結(jié)構(gòu)，所述定子線圈單元中定子線圈是2組、3組或2與3的任意倍數(shù)。
[0009]按照本實用新型提供的多相交流電機結(jié)構(gòu)，所述交流電機是感應(yīng)式交流電機。
[0010]按照本實用新型提供的多相交流電機結(jié)構(gòu)，所述交流電機是交流同步電機。
[0011]本實用新型的另一個上述技術(shù)問題這樣解決，構(gòu)建一種多相交流電機的驅(qū)動電路，包括定子線圈單元及其驅(qū)動模塊，其特征在于，所述驅(qū)動模塊包括依次電連接的定子線圈控制模塊、全橋逆變器單元和定子線圈單元;所述全橋逆變器單元由二個以上的全橋逆變器組成，所述定子線圈單元由二個以上的由各自全橋逆變器驅(qū)動的相互電隔斷的定子線圈組成，所述全橋逆變器與所述定子線圈一一對應(yīng)。
[0012]所述定子線圈控制模塊是FPGA(Field — Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)或其他具有類似功能的芯片(1C)。
[0013]按照本實用新型提供的多相交流電機的驅(qū)動電路，所述定子線圈控制模塊包括與所述定子線圈單元電連接的數(shù)字驅(qū)動單元和與所述全橋逆變器單元和定子線圈單元電連接的反饋單元。
[0014]按照本實用新型提供的多相交流電機的驅(qū)動電路，所述定子線圈是2組、3組或2與3的任意倍數(shù)。
[0015]按照本實用新型提供的多相交流電機的驅(qū)動電路，該多相交流電機驅(qū)動電路還包括與所述定子線圈控制模塊電連接的電機控制器。
[0016]按照本實用新型提供的多相交流電機的驅(qū)動電路，所述交流電機是交流同步電機或感應(yīng)式交流電機。
[0017]本實用新型提供的多相交流電機結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電路，突破常規(guī)定子線圈星型或三角形接法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢:
[0018]1、定子線圈沒有公共端點的，互不影響；
[0019]2、每個繞組使用全橋逆變器；
[0020]3、算法簡單，實現(xiàn)所有的繞組全部用平滑的純正弦波來驅(qū)動；
[0021]4、啟動和調(diào)速均無需額外電路；
[0022]5、噪音低，功耗小。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步對本實用新型進行詳細說明。
[0024]圖1是傳統(tǒng)三相交流電機中定子線圈的星形連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是傳統(tǒng)三相交流電機中定子線圈的三角形連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本實用新型優(yōu)選實施例的三相交流電機結(jié)構(gòu)中的獨立定子線圈連接方式示意圖；
[0027]圖4是與圖3所示三相交流電機結(jié)構(gòu)對應(yīng)的驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是圖3中任一相的全橋逆變器驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6是圖5所示全橋逆變器的控制信號與輸出電壓之間的真值表示意圖；
[0030]圖7是本實用新型優(yōu)選實施例的二相交流電機結(jié)構(gòu)中的獨立定子線圈連接方式示意圖；
[0031]圖8是本實用新型優(yōu)選實施例的四相交流電機結(jié)構(gòu)中的獨立定子線圈連接方式示意圖。
【具體實施方式】
[0032]本實用新型優(yōu)選實施例的三相感應(yīng)式交流電機，電機定子結(jié)構(gòu)如圖3，配置了三組沒有公共端點的獨立的定子線圈，互補干擾，轉(zhuǎn)子和普通感應(yīng)式交流電機無異;定子部分驅(qū)動系統(tǒng)框圖如圖4，全橋逆變器單元使用三個全橋逆變器驅(qū)動三相感應(yīng)式交流電機，某一相的全橋逆變器驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖如圖5。按照這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的電機，可以實現(xiàn)定子線圈單元中所有的定子線圈都用平滑的純正弦波來驅(qū)動，使電機的定子線圈具有最小電力諧波，達到最大的驅(qū)動效率。另外，該電機使用了一個功能強大的高速FPGA同時驅(qū)動三個全橋逆變器。FPGA由電機控制器控制，F(xiàn)PGA內(nèi)部包括數(shù)字驅(qū)動單元和反饋回路單元，反饋回路單元外接轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩傳感器。
[0033]本實用新型優(yōu)選實施例中的某一相全橋逆變器，結(jié)構(gòu)如圖5所示，通過四個場效應(yīng)管Q1，Q2，Q3和Q4的柵極驅(qū)動，輸出電機驅(qū)動信號Vu，提供給接在端子J5上的對應(yīng)定子線圈。為了達到最好的開關(guān)效率，所有的逆變器都以柵極信號驅(qū)動，單級模式運行。
[0034]本實用新型優(yōu)選實施例的三相感應(yīng)式交流電機具體工作原理如下:
[0035]通過柵極驅(qū)動的每個逆變器被FPGA對應(yīng)的一組4個數(shù)字引腳驅(qū)動。為了讓驅(qū)動繞組的信號能是完全平滑的純正弦波，這里采用正弦脈沖寬度調(diào)制方法，在每個周期傳送恒定振幅但脈寬占空比變化的PWM信號給每一組H橋逆變器。占空比變化的正弦波PWM信號在每個繞組上流動，這樣在繞組上的電壓波形就類似AC信號，并且為了達到最好的開關(guān)效率，所有的逆變器都以柵極信號驅(qū)動，單級模式運行。三相感應(yīng)式交流電機中功能強大的高速FPGA，內(nèi)嵌CORDIC正弦算法，用32數(shù)據(jù)位來確定角度，其范圍為O?360度。角度的正弦值(從+ 1.0到-1.0)通過24位數(shù)據(jù)來表示，最小精確到2秒，數(shù)據(jù)的符號決定了流過繞組的電流的方向，通過一個24位乘24位的乘法器，將角度正弦值的24位數(shù)據(jù)與開關(guān)頻率相乘，將得出P麗信號的占空比。按照固定的時間間隔，把一個恒定值和累計的角度值相加，一個恒定的單級調(diào)制正弦波就產(chǎn)生了，改變這個恒定值或者時間間隔，將導(dǎo)致正弦波頻率的改變。
[0036]在該實施例中，為了驅(qū)動三相感應(yīng)式交流電機，通過把32位滿刻度值1/3與角度值相加，得到落后于第一相繞組120度的第二相繞組相位電流的正弦波數(shù)據(jù)，同樣通過把32位滿刻度值2/3與角度值相加，得到落后于第一相繞組240度的第三相繞組相位電流的正弦波數(shù)據(jù)，按照這個順序，電流先后流進各相繞組，從而帶動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)完美同步。
[0037]圖6給出了FPGA給到H橋逆變器的控制信號和逆變器橋輸出到馬達的相電壓之間的真值關(guān)系，其中:Vu=Vu1-Vu2。
[0038]本實用新型對于不同類型的多相電機，只要它的相與相之間的角度是相同的，都可以可采用同樣的方法來驅(qū)動，二相電機定子線圈具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，四相電機定子線圈具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。這也是本實用新型重要的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點。
[0039]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實用新型權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多相交流電機結(jié)構(gòu)，包括定子鐵芯及其上纏繞的定子線圈單元，其特征在于，所述定子線圈單元由二組以上的由各自全橋逆變器驅(qū)動的相互隔斷不電連接的定子線圈組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多相交流電機結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述定子線圈單元由二組定子線圈組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多相交流電機結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述定子線圈單元由三組定子線圈組成。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述多相交流電機結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述定子線圈單元中的定子線圈數(shù)量是2與3的任意倍數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述多相交流電機結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述交流電機是感應(yīng)式交流電機。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述多相交流電機結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述交流電機是交流同步電機。7.—種多相交流電機的驅(qū)動電路，包括定子線圈單元及其驅(qū)動模塊，其特征在于，所述驅(qū)動模塊包括依次電連接的定子線圈控制模塊、全橋逆變器單元和定子線圈單元;所述全橋逆變器單元由二個以上的全橋逆變器組成，所述定子線圈單元由二個以上的由各自全橋逆變器驅(qū)動的相互電隔斷的定子線圈組成，所述全橋逆變器與所述定子線圈一一對應(yīng)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述多相交流電機的驅(qū)動電路，其特征在于，所述定子線圈控制模塊包括與所述定子線圈單元電連接的數(shù)字驅(qū)動單元和與所述全橋逆變器單元和定子線圈單元電連接的反饋單元。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述多相交流電機的驅(qū)動電路，其特征在于，該多相交流電機驅(qū)動電路還包括與所述定子線圈控制模塊電連接的電機控制器。10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任一項所述多相交流電機的驅(qū)動電路，其特征在于，所述交流電機是交流同步電機或感應(yīng)式交流電機。
【文檔編號】H02P23/20GK205490006SQ201620230492
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】劉振韜
【申請人】劉振韜