CN102170257B - 无刷同步电动机旋转主控制模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无刷同步电动机旋转主控制模块，包括交流励磁机、可控硅整流器、电枢励磁线圈、启动电阻和控制逻辑电路；所述的控制逻辑电路被安装在一个封闭的金属壳体中，金属壳体中充满环氧树脂，所述启动电阻串接一个二极管后与电枢励磁线圈並接，所述二极管的负极与可控硅整流器的正极输出连接，在二极管上与二极管极性相反並接有一个可控硅，二极管和可控硅的导通形成电机异步启动回路，本发明结构紧凑、便于维护，被环氧树脂固化在金属壳体中的控制逻辑电路很好的解决了电机旋转中的离心力对分立元件的破坏作用，采用可控硅的启动电子开关，解决了机械式离心开关维修率高的问题；本发明提高了无刷同步电动机的运行可靠性，降低了运行成本。
Description
技术领域
本发明属于电机控制领域，特别涉及一种无刷同步电动机旋转主控制模块，该模块采用电子开关替代了机械式离心开关对启动电阻的控制，将全部的控制逻辑电路用环氧树脂固定封闭一个壳体中，提高了无刷同步电机的运行可靠性。
背景技术
传统的无刷同步电动机的旋转整流盘安装有交流励磁机和励磁控制电路，而励磁控制电路都是由分立元器件连接组成，因此对分立元件的安装控制要求高，因为，在同步电机的旋转过程中分立元件同样也处于旋转中，离心力的作用经常会对分立元件产生影响，稍不注意就会出现运行故障，同时，异步启动转入同步运行时需要切除转子由导体条组成的启动电阻，传统的方法是采用机械式离心开关来实现，机械式离心开关维修率高、控制精度低，这些都增大了运行成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种无刷同步电动机旋转主控制模块技术方案，该技术方案将逻辑控制电路集中在一个壳体中，并在壳体中浇注环氧树脂将控制电路的分立元件相互绝缘固定，解决了离心力对分立元件的影响；在启动电阻回路中利用电子开关代替了机械式离心开关，提高了同步电机的启动可靠性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无刷同步电动机旋转主控制模块，包括交流励磁机、可控硅整流器、电枢励磁线圈、启动电阻和控制逻辑电路；所述交流励磁机的三相交流输出连接至可控硅整流器的输入，所述可控硅整流器的直流输出连接至电枢励磁线圈，所述控制逻辑电路包括可控硅同步脉冲触发控制电路，所述可控硅同步脉冲触发控制电路包括脉冲串发生器、同步信号电路、同步触发控制电路；同步触发控制电路的触发信号连接至可控硅整流器；其中，所述启动电阻串接一个二极管后与电枢励磁线圈並接，所述二极管的负极与可控硅整流器的正极输出连接，在二极管上与二极管极性相反並接有一个可控硅，二极管和可控硅的导通形成电机异步启动回路，所述控制逻辑电路还包括有滑差检测及启动控制电路，在启动电阻上连接有一个滑差信号线，所述滑差信号线连接至滑差检测及启动控制电路信号输入，滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出连接至同步触发控制电路的输入，滑差检测及启动控制电路的启动控制输出连接至与二极管並接的可控硅，当无刷同步电动机定子通电，启动电阻串接的二极管将励磁线圈形成了单向回路，转子转动，交流励磁机输出交流电经控制逻辑电路的整流后，分别为可控硅同步脉冲触发控制电路和滑差检测及启动控制电路提供电源，滑差检测及启动控制电路将可控硅整流器处于关断状态，滑差检测及启动控制电路将与二极管並接的可控硅触发导通与励磁线圈形成了交流回路。
所述的控制逻辑电路分别焊接在电源线路板、主控制线路板、电容线路板和接线柱线路板上，四块线路板被安装在一个封闭的金属壳体中，四块线路板相距不小于30mm，金属壳体中充满环氧树脂，接线柱线路板上的接线柱从金属壳体的一个侧面引出。
所述滑差检测及启动控制电路包括一个可控硅触发电路和频率比较微处理器，所述滑差信号线连接至微处理器的频率信号接收端，微处理器的控制输出分别连接至同步触发控制电路的输入和与二极管並接的可控硅触发输入。
所述脉冲串发生器包括脉冲发生器和功率放大器，功率放大器的输出串接三个光电耦合器，三个光电耦合器产生三组脉冲串；所述同步信号电路包括三组光电耦合器和三个与门，每一组光电耦合器有两个，三组光电耦合器连接成三相信号同步输出电路，三组光电耦合器的的输入连接交流励磁机的三相交流输出，在三组光电耦合器的输出端形成与三相交流输出同步的三相同步方波输出，三相同步方波输出与所述三组脉冲串通过三个与门相与输出三组同步脉冲串；所述同步触发控制电路包括三个二输入与门，三个二输入的一个输入是三组同步脉冲串，三个二输入的另一个输入是所述滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出。
本发明的有益效果是：本发明结构紧凑、便于维护，被环氧树脂固化在金属壳体中的控制逻辑电路很好的解决了电机旋转中的离心力对分立元件的破坏作用，采用可控硅的启动电子开关控制精度高，解决了机械式离心开关维修率高、控制精度低的问题；本发明提高了无刷同步电动机的运行可靠性，降低了运行成本。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图；
图2为本发明控制逻辑电路示意图；
图3为本发明控制逻辑电路装配结构示意图。
具体实施方式
一种无刷同步电动机旋转主控制模块实施例，参见图1、图2和图3，所述模块包括交流励磁机1、可控硅整流器2、同步电动机中的电枢励磁线圈3、启动电阻4和控制逻辑电路5；所述的可控硅整流器、控制逻辑电路和启动电阻安装在同步电动机转子的整流盘上，所述的可控硅整流器是三相半控桥式整流电路，所述的启动电阻由多个电阻串联组成，所述交流励磁机的三相交流输出U、V、W连接至可控硅整流的输入，所述可控硅整流的直流输出连接至电枢励磁线圈，所述控制逻辑电路包括可控硅同步脉冲触发控制电路5-1，所述可控硅同步脉冲触发控制电路包括脉冲串发生器5-1-1、同步信号电路5-1-2、同步触发控制电路5-1-3；同步触发控制电路的触发信号连接至可控硅整流器；其中，所述启动电阻串接一个二极管6后与电枢励磁线圈並接，所述二极管的负极与可控硅整流器的正极输出连接，在二极管上与二极管极性相反並接有一个可控硅7，二极管和可控硅的导通形成电机异步启动回路，所述控制逻辑电路还包括有滑差检测及启动控制电路5-2和整流电源5-3，整流电源的输入连接交流励磁机的三相输出，整流电源分出两个独立的直流电源，分别为可控硅同步脉冲触发控制电路和滑差检测及启动控制电路供电；在启动电阻上连接有一个滑差信号线8，所述滑差信号线连接至滑差检测及启动控制电路信号输入，滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出5-2-1连接至同步触发控制电路的控制输入，滑差检测及启动控制电路的启动控制输出5-2-2连接至与二极管並接的可控硅。
本实施例中为了解决离心力对分立元件的影响，如图3所示，所述的控制逻辑电路分别焊接在电源线路板9、主控制线路板10、电容线路板11和接线柱线路板12上，四块线路板被安装在一个封闭的金属壳体13中，四块线路板相距不小于30mm，金属壳体中充满环氧树脂14，接线柱线路板上的接线柱12-1从金属壳体的一个侧面引出。
本实施例中，所述滑差检测及启动控制电路包括一个可控硅触发电路和频率比较微处理器，所述滑差信号线连接至微处理器的频率信号接收端，微处理器的控制输出分别连接至同步触发控制电路的输入和与二极管並接的可控硅触发输入。
本实施例中，所述脉冲串发生器包括脉冲发生器5-1-1-1和功率放大器5-1-1-2，功率放大器的输出串接三个光电耦合器5-1-1-3，三个光电耦合器产生三组脉冲串5-1-1-4；所述同步信号电路包括三组光电耦合器5-1-2-1和三个与门5-1-2-2，每一组光电耦合器有两个，三组光电耦合器连接成三相信号同步输出电路，三组光电耦合器的的输入连接交流励磁机的三相交流输出U、V、W，在三组光电耦合器的输出端形成与三相交流输出同步的三相同步方波输出5-1-2-3，三相同步方波输出与所述三组脉冲串通过三个与门相与输出三组同步脉冲串5-1-2-4；所述同步触发控制电路包括三个二输入与门5-1-3-1，三个二输入的一个输入是三组同步脉冲串，三个二输入的另一个输入是所述滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出5-2-1。
所述的三组光电耦合器连接成三相信号同步输出电路是：U（A）相的两个光电管U1、U2串联，U相分别连接在两个串联光电管的首端和尾端，两个串联光电管的中点连接至V（B）相，同理，V（B）相分别连接在两个串联光电管V1、V2的首端和尾端，两个串联光电管的中点连接至W（C）相，同理，W相分别连接在两个串联光电管W1、W2的首端和尾端，两个串联光电管的中点连接至U（A）相；U（A）相、V（B）相、W（C）相的第二个光电管的输出是同步信号输出，同时U（A）相的第一个光电管的输出连接至V（B）相第二个光电管的输出，V（B）相的第一个光电管的输出连接至W（C）相第二个光电管的输出，W（C）相的第一个光电管的输出连接至U（A）相第二个光电管的输出。
无刷同步电动机启动过程是：当电机定子通电，由于启动电阻串接的二极管将励磁线圈形成了单向回路，因此定子通电后转子转动，此时交流励磁电机输出交流电经控制逻辑电路的整流后，分别为可控硅同步脉冲触发控制电路5-1和滑差检测及启动控制电路5-2提供电源，滑差检测及启动控制电路将可控硅整流器处于关断状态，滑差检测及启动控制电路将与二极管並接的可控硅触发导通，此时，励磁线圈形成了交流回路，串接的电阻提高了电机的启动力矩加快了启动，滑差检测及启动控制电路的频率比较微处理器不断的接收滑差信号线传来的转子与定子旋转磁场的滑差，判断转子转速，当微处理器判断出转子转速达到定子旋转磁场90%时，滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出5-2-1启动同步触发控制电路的控制输出，置可控硅整流器为全导通状态，将励磁交流电机输出的交流电整流为直流电通入电枢励磁线圈，同时切断与二极管並接的可控硅触发信号，此时的二极管在有滑差的情况下是工作在一种增加励磁的作用，电机投入同步运行。
Claims (4)
1.无刷同步电动机旋转主控制模块，包括交流励磁机、可控硅整流器、电枢励磁线圈、启动电阻和控制逻辑电路；所述交流励磁机的三相交流输出连接至可控硅整流器的输入，所述可控硅整流器的直流输出连接至电枢励磁线圈，所述控制逻辑电路包括可控硅同步脉冲触发控制电路，所述可控硅同步脉冲触发控制电路包括脉冲串发生器、同步信号电路、同步触发控制电路；同步触发控制电路的触发信号连接至可控硅整流器；其特征在于，所述启动电阻串接一个二极管后与电枢励磁线圈並接，所述二极管的负极与可控硅整流器的正极输出连接，在二极管上与二极管极性相反並接有一个可控硅，二极管和可控硅的导通形成电机异步启动回路，所述控制逻辑电路还包括有滑差检测及启动控制电路，在启动电阻上连接有一个滑差信号线，所述滑差信号线连接至滑差检测及启动控制电路信号输入，滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出连接至同步触发控制电路的输入，滑差检测及启动控制电路的启动控制输出连接至与二极管並接的可控硅，当无刷同步电动机定子通电，启动电阻串接的二极管将励磁线圈形成了单向回路，转子转动，交流励磁机输出交流电经控制逻辑电路的整流后，分别为可控硅同步脉冲触发控制电路和滑差检测及启动控制电路提供电源，滑差检测及启动控制电路将可控硅整流器处于关断状态，滑差检测及启动控制电路将与二极管並接的可控硅触发导通与励磁线圈形成了交流回路。
2.根据权利要求1所述的无刷同步电动机旋转主控制模块，其特征在于，所述的控制逻辑电路分别焊接在电源线路板、主控制线路板、电容线路板和接线柱线路板上，四块线路板被安装在一个封闭的金属壳体中，四块线路板相距不小于30mm，金属壳体中充满环氧树脂，接线柱线路板上的接线柱从金属壳体的一个侧面引出。
3.根据权利要求1所述的无刷同步电动机旋转主控制模块，其特征在于，所述滑差检测及启动控制电路包括一个可控硅触发电路和频率比较微处理器，所述滑差信号线连接至微处理器的频率信号接收端，微处理器的控制输出分别连接至同步触发控制电路的输入和与二极管並接的可控硅触发输入。
4.根据权利要求1所述的无刷同步电动机旋转主控制模块，其特征在于，所述脉冲串发生器包括脉冲发生器和功率放大器，功率放大器的输出串接三个光电耦合器，三个光电耦合器产生三组脉冲串；所述同步信号电路包括三组光电耦合器和三个与门，每一组光电耦合器有两个，三组光电耦合器连接成三相信号同步输出电路，三组光电耦合器的的输入连接交流励磁机的三相交流输出，在三组光电耦合器的输出端形成与三相交流输出同步的三相同步方波输出，三相同步方波输出与所述三组脉冲串通过三个与门相与输出三组同步脉冲串；所述同步触发控制电路包括三个二输入与门，三个二输入的一个输入是三组同步脉冲串，三个二输入的另一个输入是所述滑差检测及启动控制电路的励磁投入控制输出。
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