CN106208898A - 一种基于高压变频的单向交流电机电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高压变频的单向交流电机电路，包括过零监测器1、控制电源2、受控整流单元3、调测断开点单元4、两路换向半桥单元5、干路SPWM调制器6、反电动势过零监测器7、动态执行器8、高压监测器9、过流采样单元10、单片机11、单相电机12和提示单元13。本电机电路采用无变压器的无电感设计，在干路调制SPWM，滞后闭环调整；过压、过流两相监测，动态执行，众多的声光告警，确保了很高的电机驱动效率，元器件全部采用自然散热，没有笨重、厚大、昂贵、不能集成的变压器和电感，本电机电路既有很高可靠性和安全性，变换效率有非常高。
Description
技术领域
本发明属于电力驱动设备的技术领域，具体地说，涉及一种基于高压变频的单向交流电机电路。
背景技术
单相交流电机驱动力大、成本低、驱动简单，因而广泛用于卷料纠偏中做执行器动力。但单相电机需要电阻电容移相来形成旋转磁场才能让电机转起来，这对于需要电机频繁换向的卷料纠偏而言，这个移相电阻温度会非常非常高，置于空气对流的自由空间里，其温升足以把散热片表面的绝缘黑漆全部烫裂，同时对操作人员存在安全隐患。其次，不同功率电机需要匹配不同的电阻电容，同功率电机不同厂家生产的电机移相网络都不能混用，并且交流同步电机响应速度慢，纠偏精度不高。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种基于高压变频的单向交流电机电路，本单向交流电机实现了高压高速驱动电路，免除了笨重厚大的前端的工频降压变压器和后端的高频升压变压器，减小了体积和重量降低了成本并且采用延迟闭环控制、动态执行，过压、过流全程监控，具有更高的可靠性和安全性。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种基于高压变频的单向交流电机电路，包括过零监测器、控制电源、受控整流单元、调测断开点单元、两路换向半桥单元、干路SPWM调制器、反电动势过零监测器、动态执行器、高压监测器、过流采样单元、单片机和单相电机；
过零监测器，用于每周提取两次工频市电的过零信息，指导单片机按市电周波过零时刻开通受控整流单元以消除整流浪涌，防止高压整流管受损，并作为前向式掉电中断,及时通知单片机利用余电把内存RAM中参数转存到FLASH ROM中；
控制电源，用于产生+Vp+18V和-Vp+18V浮动的控制栅驱动电压和+5.6V的单片机工作电压；
受控整流单元，用于在市电过零监测中断控制下，由单片机授权开启或关断的正负功率电源+Vp和-Vp的半波整流；
两路换向半桥单元，用于在动态执行器控制下，将单向直流电转换为两路双极***流电；
干路SPWM调制器，接在单相电机和两路换向半桥单元之间，用于在动态执行器的控制下，对双向交流电实施SPWM调制，将两路双极性的脉冲交流电转换成正弦交流电；
反电动势过零监测，用于采集和监测电机反电动势过零时刻，闭环调节单片机输出SPWM脉冲，渐次实现电机同步；
动态执行器包括一个带自激振荡的超时机制，动态执行器连接在两路换向半桥和单片机之间，对两路换向半桥和干路SPWM调制器起到超时强制关断作用，对单片机起到电源自举作用；
高压监测器，用于对功率电压+VP和-VP进行A/D监测，对过压或欠压示警，具有变频和调压作用；
过流采样单元，监测电机因卡死或超载时的过流；
还包括提示单元，提示单元包括蜂鸣器和发光二极管，用于提示整个装置的运行情况。
优选地，控制电源为电容限能电源，利用电容的容抗压缩功耗。
本发明的有益效果是，本电机电路采用无变压器的无电感设计，在干路调制SPWM，滞后闭环调整；过压、过流两相监测，动态执行，众多的声光告警，确保了很高的电机驱动效率，元器件全部采用自然散热，没有笨重、厚大、昂贵、不能集成的变压器和电感，本电机电路既有很高可靠性和安全性，变换效率又非常高。
附图说明
图1为本发明的电机电路图。
图2为本发明对市电交流正向和负向半波整流得到检波峰值的电路图。
图3为本发明的实际电路图。
图4为两路换向半桥单元的驱动电路图。
附图中：
1、过零监测器；2、控制电源；3、受控整流单元；4、调测断开点单元；5、两路换向半桥单元；6、干路SPWM调制器；7、反电动势过零监测器；8、动态执行器；9、高压监测器；10、过流采样单元；11、单片机；12、单相电机；13、提示单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述：
参照图1，本发明提供一种基于高压变频的单向交流电机电路，包括过零监测器1、控制电源2、受控整流单元3、调测断开点单元4、两路换向半桥单元5、干路SPWM调制器6、反电动势过零监测器7、动态执行器8、高压监测器9、过流采样单元10、单片机11、单相电机12和提示单元13。
过零监测器1，用于每周提取两次工频市电的过零信息，指导单片机11按市电周波过零时刻开通受控整流单元3以消除整流浪涌，防止高压整流管受损，并作为前向式掉电中断,及时通知单片机11利用余电把内存RAM中参数转存到FLASH ROM中。
控制电源2，用于产生+Vp+18V和-Vp+18V浮动的控制栅驱动电压和+5.6V的单片机11工作电压。控制电源2为电容限能电源，利用电容的容抗压缩功耗。
受控整流单元3，用于在市电过零监测中断控制下，由单片机11授权开启或关断对正负功率电源+Vp和-Vp的半波整流。
两路换向半桥单元5，用于在动态执行器8控制下，将单向直流电转换为两路双极***流电。
干路SPWM调制器6，接在单相电机12和两路换向半桥单元5之间，用于在动态执行器8的控制下，对双向交流电实施SPWM调制，将两路双极性的脉冲交流电转换成正弦交流电。
反电动势过零监测，用于采集和监测电机反电动势过零时刻，闭环调节单片机11输出SPWM脉冲，渐次实现电机同步。
动态执行器8是一个带自激振荡的超时机制，该单元被桥接在两路换向半桥单元5和单片机11之间，肩负对两路换向半桥单元5和干路SPWM调制器6，一旦超时强制关断的职能，而对单片机11，该单元还充当更可靠的掉电式“看门狗”。
高压监测器9，用于对功率电压+VP和-VP进行A/D监测，对过压或欠压示警，并直接指导变频和调压。
过流采样单元10，监测电机因卡死或超载时的过流。
提示单元13，包括蜂鸣器和发光二极管，用于提示整个装置的运行情况和异常时的声光示警。
本电机电路采用无变压器的无电感设计，在干路调制SPWM，滞后闭环调整；过压、过流两相监测，动态执行，众多的声光告警，确保了很高的电机驱动效率，元器件全部采用自然散热，没有笨重、厚大、昂贵、不能集成的变压器和电感，本电机电路既有很高可靠性和安全性，变换效率又非常高。
工作流程：市电上电后，控制电源2产生单片机11的+5.6V工作电压，借道动态控制器8加载给单片机11，单片机11上电复位后，定时扫描动态驱动器8使能端完成电源自举；过零监测器1在市电每周两次过零时刻产生中断，零电压开启受控整流单元3无浪涌地产生±310V左右的功率电源+Vp和-Vp；当短接调测断开点单元4，强电+Vp和-Vp将加载到两路换向半桥单元5上，并被动态执行器8遵照单片机11的命令，交替地开通半桥上下管，把直流电压变换成双极***流脉冲，再经后端的SPWM干路调制器6调制成两路相差90°的正选交流电，经简单平滑，加载给单相电机12形成旋转磁场驱动电机转动。
参照图2，图中的±310V高压，是对市电220V交流正向和负向半波整流得到检波峰值，无论是Q1还是Q2导通，另一只不导通管子都将承受高达600多伏的压降，为了防止两管穿通失效，控制电源2为电容限能电源，利用电容的容抗压缩功耗。
参照图3，本图为本发明控制电源2、受控整流3、及过流采样单元10三单元整合的实际电路，电路最左端为控制电源2，由电容C6限能，电阻R4削峰，稳压管钳位，二极管整流产生+5.6V单片机11工作电压和+Vp+18V和-Vp+18V浮动的控制栅驱动电压，其中上端的+Vp+18V高边驱动电压还要经升压来产生；双向可控硅Q4被过零触发，配合D10和D11半波整流构成受控整流3，在C11和C12上产生+Vp和-Vp功率电压；过流采样单元11由R9完成电流采样，R12和R11分压垫高判决门限提高电流采样灵敏度，R13和C13舒缓电流瞬间浪涌，当因过流R9烧毁，红色发光二极管D17将点亮来直接指示故障点，D52对D17起反向保护作用，有R14高阻阻断防止C13上的高压能量直接泄入单片机11内部。
参照图4，本图为两路半桥换向单元的驱动简化图，因为两路电路完全一样，所以只需要对一路单独分析。图中半桥的下管Q13的栅源控制电压U2由-VP+18V直接驱动，但对上管的驱动需要变换一下，因为Q13导通后，上管去Q12源极电位是-Vp，驱动电路必须把这个负高压阻塞掉。D53就阻断Q13导通时-Vp高压的上引，D52则把VP+18V重新定位到+Vp上，两路半桥通断间正好相差90°相角，D51阻隔开各自的对储能电容C25的充电时间。上管Q12左边一对高压PNP管Q10和Q11管用于转换悬浮着高边驱动电压，需要说明的是，尽管全***共地，但依旧需要配置高速光电耦合器来匹配强弱电间的巨大落差。
Claims (3)
1.一种基于高压变频的单向交流电机电路，其特征是：包括过零监测器(1)、控制电源(2)、受控整流单元(3)、调测断开点单元(4)、两路换向半桥单元(5)、干路SPWM调制器(6)、反电动势过零监测器(7)、动态执行器(8)、高压监测器(9)、过流采样单元(10)、单片机(11)和单相电机(12)；
过零监测器(1)，用于每周提取两次工频市电的过零信息，指导单片机(11)按市电周波过零时刻开通受控整流单元(3)以消除整流浪涌，防止高压整流管受损，并作为前向式掉电中断,及时通知单片机(11)利用余电把内存RAM中参数转存F到LASH ROM中；
控制电源(2)，用于产生+Vp+18V和-Vp+18V浮动的控制栅驱动电压和+5.6V的单片机(11)工作电压；
受控整流单元(3)，用于在市电过零监测中断控制下，由单片机(11)授权开启或关断的正负功率电源+Vp和-Vp的半波整流；
两路换向半桥单元(5)，用于在动态执行器(8)控制下，将单向直流电转换为两路双极***流电；
干路SPWM调制器(6)，接在单相电机(12)和两路换向半桥单元(5)之间，用于在动态执行器(8)的控制下，对双向交流电实施SPWM调制，将两路双极性的脉冲交流电转换成正弦交流电；
反电动势过零监测，用于采集和监测电机反电动势过零时刻，闭环调节单片机(11)输出SPWM脉冲，渐次实现电机同步；
动态执行器(8)包括一个带自激振荡的超时机制，动态执行器(8)连接 在两路换向半桥和单片机(11)之间，对两路换向半桥和干路SPWM调制器(6)起到超时强制关断作用，对单片机(11)起到电源自举作用；
高压监测器(9)，用于对功率电压+VP和-VP进行A/D监测，对过压或欠压示警，具有变频和调压作用；
过流采样单元(10)，监测电机因卡死或超载时的过流。
2.根据权利要求1所述的基于高压变频的单向交流电机电路，其特征是：还包括提示单元(13)，提示单元(13)包括蜂鸣器和发光二极管，用于提示整个装置的运行情况。
3.根据权利要求1所述的基于高压变频的单向交流电机电路，其特征是：所述的控制电源(2)为电容限能电源，利用电容的容抗压缩功耗。
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