CN102664573A - 用于交流永磁同步电机的直流控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于交流永磁同步电机的直流控制装置，包含依次相连的直流电源接口(1)、稳压滤波电路(2)、电机控制单元(3)以及桥式驱动电路(4)，直流电源接口(1)与外部的直流电源或者变压器的整流输出端相连，电机控制单元(3)向桥式驱动电路(4)输出脉冲宽度调制信号、通过桥式驱动电路(4)向交流永磁同步电机(5)输出呈正弦波规律变化的交流电源。本发明适用于无交流电场所，适用于单相工频交流电机，尤其适用于控制减速式爪极型交流永磁同步电机，具有能耗低、适用范围广、结构简单、成本低廉的优点。

Description

用于交流永磁同步电机的直流控制装置

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种用于交流永磁同步电机的直流控制装置。

背景技术

交流永磁同步电机为普遍使用的驱动设备之一。但是，现有技术的交流永磁同步电机必须依赖于交流电源，因此只能用于具有交流电的场所，对于无法提供交流电的场所，则交流永磁同步电机的应用受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于无交流电场所，适用于单相工频交流电机，尤其适用于控制减速式爪极型交流永磁同步电机，能耗低、适用范围广、结构简单、成本低廉的用于交流永磁同步电机的直流控制装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于交流永磁同步电机的直流控制装置，包含依次相连的直流电源接口、稳压滤波电路、电机控制单元以及桥式驱动电路，所述直流电源接口与外部的直流电源或者变压器的整流输出端相连，所述电机控制单元向桥式驱动电路输出脉冲宽度调制信号、通过桥式驱动电路向交流永磁同步电机输出呈正弦波规律变化的交流电源。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述桥式驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路由第一驱动高频臂和第一驱动低频臂组成，所述第二驱动电路由第二驱动高频臂和第二驱动低频臂组成，所述交流永磁同步电机连接于所述第一驱动高频臂和第一驱动低频臂之间以及所述第二驱动高频臂和第二驱动低频臂之间；所述电机控制单元控制所述第二驱动高、低频臂和第二驱动高、低频臂轮流导通受控PWM信号一致，向交流永磁同步电机输出正弦波规律变化的交流电源。

所述第一驱动高频臂和第二驱动高频臂均由相互级联的两级晶体管(三极管和场效应管、IGBT等)构成，且所述第一驱动高频臂和第二驱动高频臂的第一级晶体管的基极分别与电机控制单元相连，所述第一驱动高频臂和第二驱动高频臂的输出端分别与交流永磁同步电机相连。

所述第一驱动低频臂和第二驱动低频臂均由晶体管构成，所述交流永磁同步电机分别通过所述第一驱动低频臂和第二驱动低频臂与直流电源接口相连，所述第一驱动低频臂的控制端和第二驱动低频臂的控制端分别与电机控制单元相连。

所述电机控制单元包括电机控制器和用于受电机控制器控制输出互补反向180度正弦全波脉冲宽度调制信号的脉宽调整电路，所述电机控制器的电源输入端通过稳压滤波电路与直流电源接口相连，所述电机控制器的控制输出端通过脉宽调整电路与桥式驱动电路相连，所述电机控制器通过控制脉宽调整电路向交流永磁同步电机输出正弦波规律变化的脉冲宽度调制信号。

本发明具有下述优点：

1、本发明包含依次相连的直流电源接口、稳压滤波电路、电机控制单元以及桥式驱动电路，直流电源接口与外部的直流电源或者变压器整流滤波后相连，电机控制单元通过桥式驱动电路向交流永磁同步电机输出正弦波规律变化的PWM信号控制交流永磁同步电机的运转，适用于无交流电场所、适用于单相工频交流电机，尤其适用于控制减速式爪极型交流永磁同步电机，具有能耗低、适用范围广、结构简单、成本低廉的优点。

2、由于本发明采用直流电源，通过电机控制单元交替循环向第一驱动电路和第二驱动电路输出PWM信号在交流永磁同步电机的输入端模拟形成交变正弦规律的输入电流从而控制交流永磁同步电机转动，相对直接采用交流驱动的能耗较低，能够节约大约30％～50％的电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的框架结构示意图。

图2为本发明实施例的电路原理示意图。

图例说明：

1、直流电源接口；2、稳压滤波电路；

3、电机控制单元；31、电机控制器；32、脉宽调整电路；

4、桥式驱动电路；41、第一驱动电路；42、第二驱动电路；

5、交流永磁同步电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1和图2所示，本实施例用于交流永磁同步电机的直流控制装置包含依次相连的直流电源接口1、稳压滤波电路2、电机控制单元3以及桥式驱动电路4，直流电源接口1与外部的直流电源或者变压器的整流输出端相连，电机控制单元3向桥式驱动电路4输出脉冲宽度调制信号(PWM信号)、通过桥式驱动电路4向交流永磁同步电机5输出呈正弦波规律变化的交流电源，从而控制交流永磁同步电机5的运转。

直流电源接口1与外部的直流电源或者变压器相连，因此可以采用电池供电或变压器整流滤波后供电。本实施例中，直流电源接口1采用蓄电池进行供电，其输入电压为12～24V。

稳压滤波电路2用于使电路供电脉动减小，使得电机控制单元3以及整个***工作更稳定可靠。本实施例中，稳压滤波电路2基于电源芯片78L05实现。

电机控制单元3包括电机控制器31和用于受电机控制器31控制输出互补反向180度正弦全波脉冲宽度调制信号的脉宽调整电路32，电机控制器31的电源输入端通过稳压滤波电路2与直流电源接口1相连，电机控制器31的控制输出端通过脉宽调整电路32与桥式驱动电路4相连，电机控制器31通过控制脉宽调整电路32向交流永磁同步电机5输出正弦波规律变化的脉冲宽度调制信号。本实施例中，电机控制器31和脉宽调整电路32采用同一块型号为松翰2511的单片机实现，通过该单片机调整PWM的脉宽按照正弦波规律变化控制桥式驱动电路4。此外电机控制器31和脉宽调整电路32也可以通过单独的模拟电路进行实现，或者将电机控制器31和脉宽调整电路32也可以采用单独的单片机实现，由于实现上述功能的电路或者芯片均为本领域的常规技术，在此不再赘述。

本实施例中，桥式驱动电路4为H桥驱动电路：桥式驱动电路4包括第一驱动电路41和第二驱动电路42，第一驱动电路41由第一驱动高频臂和第一驱动低频臂组成，第二驱动电路42由第二驱动高频臂和第二驱动低频臂组成，交流永磁同步电机5连接于第一驱动高频臂和第一驱动低频臂之间以及第二驱动高频臂和第二驱动低频臂之间；电机控制单元3控制第二驱动高频臂和第二驱动低频臂轮流导通向交流永磁同步电机5输出正弦波规律变化的PWM信号。第一驱动高频臂和第二驱动高频臂均由相互级联的两级晶体管构成，且第一驱动高频臂和第二驱动高频臂的第一级晶体管的基极分别与电机控制单元3相连，第一驱动高频臂和第二驱动高频臂的输出端分别与交流永磁同步电机5相连。第一驱动低频臂和第二驱动低频臂均由晶体管构成，交流永磁同步电机5分别通过第一驱动低频臂和第二驱动低频臂与直流电源接口1相连，第一驱动低频臂的控制端和第二驱动低频臂的控制端分别与电机控制单元3相连。桥式驱动电路4的第一驱动低频臂和第二驱动低频臂按照基频50HZ变化，第一驱动高频臂和第二驱动高频臂按照正弦规律轮流导通形成输入交流永磁同步电机5的正弦规律电流，本实施例中的第一驱动低频臂和第二驱动低频臂输出的信号互补反向180度形成正弦全波。本实施例中，第一驱动电路41由晶体管Q3、Q2、Q6构成，其中晶体管Q3、Q2构成第一驱动电路41的第一驱动高频臂，第一驱动电路41的第一驱动低频臂则由晶体管Q6构成；第二驱动电路42由晶体管Q1、Q4、Q5构成，其中晶体管Q1、Q4构成第二驱动电路42的第二驱动高频臂，第二驱动电路42的第二驱动低频臂则由晶体管Q5构成。晶体管Q6的基极与松翰2511单片机(电机控制单元3)的10号引脚相连，Q3的基极与松翰2511单片机(电机控制单元3)的1号引脚相连；Q5的基极与松翰2511单片机(电机控制单元3)的8号引脚相连，Q4的基极与松翰2511单片机(电机控制单元3)的2号引脚相连。

此外，桥式驱动电路4可以根据需要采用全桥驱动电路或者半桥驱动电路，由于全桥驱动电路或者半桥驱动电路均为现有技术的成熟电路，因此本实施例中不再赘述。

本实施例的工作过程如下：第一驱动电路41和第二驱动电路42两条支路分别由电机控制单元3的4个输出引脚(1号引脚、2号引脚、8号引脚、10号引脚)控制。当电机控制单元3的1脚和10脚同时输出高电位的PWM信号时，Q2和Q6同时打开，电流从交流永磁同步电机5的左边流到右边；当电机控制单元3的2脚和8脚同时输出高电位的PWM信号时，Q1和Q5同时打开，电流从交流永磁同步电机5的右边流到左边，这样反复循环，在交流永磁同步电机5的两端就产生了一个正弦波规律变化的交变电流，即交流电。电机控制单元3的振荡频率被设定在50Hz，且每个脚输出都是调节脉冲宽度调制信号(PWM信号)的，所以在交流永磁同步电机5的两端就加上了一个标准的50Hz的正弦波交流电形式的脉冲宽度调制信号(PWM信号)，从而驱动交流永磁同步电机5旋转。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于交流永磁同步电机的直流控制装置，其特征在于：包含依次相连的直流电源接口(1)、稳压滤波电路(2)、电机控制单元(3)以及桥式驱动电路(4)，所述直流电源接口(1)与外部的直流电源或者变压器的整流输出端相连，所述电机控制单元(3)向桥式驱动电路(4)输出脉冲宽度调制信号、通过桥式驱动电路(4)向交流永磁同步电机(5)输出呈正弦波规律变化的交流电源。

2.根据权利要求1所述的用于交流永磁同步电机的直流控制装置，其特征在于：所述桥式驱动电路(4)包括第一驱动电路(41)和第二驱动电路(42)，所述第一驱动电路(41)由第一驱动高频臂和第一驱动低频臂组成，所述第二驱动电路(42)由第二驱动高频臂和第二驱动低频臂组成，所述交流永磁同步电机(5)连接于所述第一驱动高频臂和第一驱动低频臂之间以及所述第二驱动高频臂和第二驱动低频臂之间。

3.根据权利要求2所述的用于交流永磁同步电机的直流控制装置，其特征在于：所述第一驱动高频臂和第二驱动高频臂均由相互级联的两级晶体管构成，且所述第一驱动高频臂和第二驱动高频臂的第一级晶体管的基极分别与电机控制单元(3)相连，所述第一驱动高频臂和第二驱动高频臂的输出端分别与交流永磁同步电机(5)相连。

4.根据权利要求3所述的用于交流永磁同步电机的直流控制装置，其特征在于：所述第一驱动低频臂和第二驱动低频臂均由晶体管构成，所述交流永磁同步电机(5)分别通过所述第一驱动低频臂和第二驱动低频臂与直流电源接口(1)相连，所述第一驱动低频臂的控制端和第二驱动低频臂的控制端分别与电机控制单元(3)相连。

5.根据权利要求2或3或4所述的用于交流永磁同步电机的直流控制装置，其特征在于：所述电机控制单元(3)包括电机控制器(31)和用于受电机控制器(31)控制输出互补反向180度正弦全波脉冲宽度调制信号的脉宽调整电路(32)，所述电机控制器(31)的电源输入端通过稳压滤波电路(2)与直流电源接口(1)相连，所述电机控制器(31)的控制输出端通过脉宽调整电路(32)与桥式驱动电路(4)相连，所述电机控制器(31)通过控制脉宽调整电路(32)向交流永磁同步电机(5)输出正弦波规律变化的脉冲宽度调制信号。

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