CN102394561A - 一种他励电机控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种他励电机控制方法及控制系统，利用永磁直流电机速度控制器控制所述他励电机电枢电流，利用设置于所述永磁直流电机速度控制器之外的磁场综合控制器控制部件控制所述他励电机励磁电流，并由所述磁场综合控制器控制部件按照事先设定的数值和程序通过调整励磁电流引发电枢电流相应改变而使电枢电流与励磁电流形成能使所述他励电机在一定的转速和扭矩条件下实现最高输出效率的数值和配伍关系。本发明的他励电机控制方法及控制系统，显著降低他励电机控制系统的配置和维护成本，简化电路构成，保障具有不同特性曲线的他励驱动电机的电枢电流和励磁电流得到个性化的协同调整，从而达成每台他励电机的最佳节能效果。

Description

一种他励电机控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于电动机控制和调节技术领域，尤其涉及一种他励直流电动机的控制方法和控制系统。

背景技术

在当前的物流行业，多种电动工业车辆，如电动搬运车、电动堆高车和电动叉车等，使用他励直流电机作为驱动部件。对他励电机的控制，主用采用一体式的速度控制器，由功率部分和控制部分组成，功率部分包括电枢绕组驱动电路和励磁绕组驱动电路，对这两个驱动电路的控制集成于功率管驱动电路，而该功率管驱动电路作为上述控制部分的输出部分接受控制核心——单片机的统一控制，且在该控制器之外，单独设置了接触器以保证安全。利用一体式速度控制器，虽然可以实现对他励电机转动方向和速度的控制，实现电枢电流及励磁电流的协同调整，但存在着三方面的不足：其一，现有一体式他励控制器励磁电流通常由客户自我设置，一般客户不可能精确知道电机性能，同时由于需要客户设置的参数很多，一般能留给励磁电流相关的参数仅有3至5个，客观上也不可能设置出比较符合特定他励电机特性的电枢电流和励磁电流配伍关系的参数。其二，现有的一体式他励电机控制器规格型号有限，价格昂贵，加上维修的标准化要求高，所以也无法为各种特定的工业车辆配备具有不同特性曲线的他励驱动电机形成配置和维护成本低廉且能保障他励电机发挥各自最佳效率的控制系统；其三，现有的一体式他励电机控制器内部都没有设置接触器，为保障安全，必须在控制器以外的外部电路中设置主接触器，用户安装使用不便，控制系统成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种他励电机控制方法和利用这种方法的他励电机控制系统，解决现有技术存在的问题，显著降低他励电机控制系统的配置和维护成本，简化电路构成，保障具有不同特性曲线的他励驱动电机的电枢电流和励磁电流得到个性化的协同调整，从而达成每台他励电机的最佳节能效果。

本发明方法部分的技术方案是，一种他励电机控制方法，利用永磁直流电机速度控制器控制所述他励电机电枢电流，利用设置于所述永磁直流电机速度控制器之外的磁场综合控制器控制部件控制所述他励电机励磁电流，并由所述磁场综合控制器控制部件按照事先设定的数值和程序通过调整励磁电流引发电枢电流相应改变而使电枢电流与励磁电流形成能使所述他励电机在一定的转速和扭矩条件下实现最高输出效率的数值和配伍关系，在这种电枢电流和励磁电流的数值和配伍关系下，所述他励电机单位能量消耗所做的功最多。

作为优选，在所述磁场综合控制器控制部件上事先设置的数值和配伍关系是在对具体的一台他励电机的个性化效率特性曲线进行实际测定的基础上找到的适用于该他励电机的电枢电流和励磁电流的最佳数值和配伍关系。

作为进一步优选，所述最佳数值和配伍关系被固化在作为所述磁场综合控制器控制部件组成部分的内置式单片机上。

作为更进一步优选，在所述磁场综合控制器控制部件上事先设置的程序使电枢电流和励磁电流均在互相影响的方式下逐次逼近以致达到所述最佳数值和配伍关系。

本发明产品部分的技术方案是，一种他励电机控制系统，它包含他励电机本身，电枢绕组驱动电路和励磁绕组驱动电路以及控制电枢电流和励磁电流的控制部分，所述他励电机的电枢绕组与设于一永磁直流电机速度控制器内的电枢绕组驱动电路连接；所述他励电机的励磁绕组与设于所述永磁直流电机速度控制器外的励磁绕组驱动电路连接，所述励磁绕组驱动电路设于一磁场综合控制器中；所述永磁直流电机速度控制器与所述磁场综合控制器电路连接。

作为优选，所述永磁直流电机速度控制器内设置与所述电枢绕组驱动电路相连接的永磁直流电机速度控制器控制部件，所述磁场综合控制器内设置与所述励磁绕组驱动电路相连接的磁场综合控制器控制部件，所述永磁直流电机速度控制器控制部件和所述磁场综合控制器控制部件互相连接组成控制电枢电流和励磁电流的所述控制部分。

作为进一步优选，所述永磁直流电机速度控制器和所述磁场综合控制器共用电源，在所述电源负极与所述永磁直流电机速度控制器的负极之间串接电枢电流采样元件；所述电流采样元件与所述磁场综合控制器控制部件电路连接。

作为优选，所述磁场综合控制器控制部件与加速器电路连接。

作为优选，所述永磁直流电机速度控制器与所述磁场综合控制器具有各自独立的保护壳体。

实施本发明的有益效果主要在于：使用永磁直流电机速度控制器配以植入了使他励电机发挥最佳输出效率的电枢电流和励磁电流数值及配伍关系和相应的逐次逼近乃至达成最佳数值及配伍关系的调整程序的磁场综合控制器，可以显著降低他励电机控制系统的配置和维修成本，同时显著提高他励电机单位能耗所做的功，即，使他励电机在一定的转速和扭矩条件下几乎每时每刻都保持适合于一台特定的他励电机的电枢电流和励磁电流的最佳数值和配伍关系，实现他励电机最高的输出效率，实践证明可以节能15%左右。实施本发明的有益效果还在于：他励电机用户在为其电机配置控制系统时，因为永磁直流电机速度控制器一般具有接触器而免除了在传统的一体式他励电机控制器外部电路中设置主接触器的任务，从而减轻了用户负担，降低了控制系统成本；此外，相比于传统的一体式他励电机控制器，本发明的他励电机控制系统实现电机变向的电路设计因为永磁直流电机速度控制器本身具有的电流换向功能而得到简化。

附图说明

图1为本发明他励电机控制系统构成示意图。

图中：1-加速器，2-磁场综合控制器，3-电枢电流采样单元，4-磁场综合控制器控制部件，5-励磁绕组驱动电路，6-永磁直流电机速度控制器，7-永磁直流电机速度控制器控制部件，8-电枢绕组驱动电路，9-他励电机，10-电枢绕组，11-励磁绕组，12-电源。

具体实施方式

以下先结合附图说明本发明的他励电机控制系统，然后结合该系统说明本发明他励电机控制方法。

如图1所示，他励电机9和永磁直流电机速度控制器6及磁场综合控制器2具有各自独立的保护壳体（图中未示出）且通过电路连接，形成本发明的他励电机控制系统。其中，他励电机9本身包含电枢绕组10和励磁绕组11；永磁直流电机速度控制器6包含永磁直流电机速度控制器控制部件7和电枢绕组驱动电路8，电枢绕组10和电枢绕组驱动电路8连接，永磁直流电机速度控制器控制部件7也和电枢绕组驱动电路8连接；磁场综合控制器2包含磁场综合控制器控制部件4、励磁绕组驱动电路5和电枢电流采样单元3，励磁绕组11与励磁绕组驱动电路5连接，磁场综合控制器控制部件4也和励磁绕组驱动电路5连接，同时，电枢电流采样单元3与磁场综合控制器控制部件4连接，而电枢电流采样单元3的两端分别与永磁直流电机速度控制器6 的负极和电源12负极相连。从图中还可以看到，一方面，永磁直流电机速度控制器6和磁场综合控制器2共用电源12；另一方面，由操作人员直接控制的用于发出电机调速指令的加速器1与磁场综合控制器控制部件4连接，而磁场综合控制器控制部件4与永磁直流电机速度控制器控制部件7连接组成整个他励电机控制系统的控制部分，除此之外，永磁直流电机速度控制器6和磁场综合控制器2在器件上讲彼此独立。值得注意的是，该他励电机控制系统因为有永磁直流电机速度控制器6内置的接触器存在，足以保证整个控制系统在必要时完全切断电源，因此没有必要在该控制系统的外部电路中为系统安全而配置主接触器。

以下结合上述系统构成说明他励电机9的控制方法。

当加速器1在操作人员直接控制下发出电机调速指令时，该指令首先进入设置在磁场综合控制器2中的磁场综合控制器控制部件4，然后进入设置在永磁直流电机速度控制器6中的永磁直流电机速度控制器控制部件7，永磁直流电机速度控制器控制部件7控制同样设置在永磁直流电机速度控制器6中的电枢绕组驱动电路8，使他励电机9的电枢绕组10的旋转方向和/或速度按照电机调速指令发生改变，需要注意的是，由于永磁直流电机速度控制器6本身具备的电流换向控制功能，故电枢绕组10旋转方向的改变都是通过永磁直流电机速度控制器6的电路实现的，与独立设置在永磁直流电机速度控制器6外的磁场综合控制器2无关，接下来，电枢电流从永磁直流电机速度控制器6的负极流经设置在磁场综合控制器2中的电枢电流采样单元3回流到电源12的负极，此时，连接着电枢电流采样单元3的磁场综合控制器控制部件4采集到反映电枢电流大小的电压模拟信号，按照事先设置在磁场综合控制器控制部件4上的自动调整程序，系统通过调整励磁电流而引发电枢电流相应改变，继而再次在电枢电流采样单元3进行采样并再次自动调整励磁电流，在极短的时间片段内，反复自动执行这种对电流的调整，以使电枢电流与励磁电流一次比一次更逼近直至最终形成能使他励电机9在操作人员期望的转速和扭矩条件下实现最高输出效率的数值配伍关系，在这种电枢电流和励磁电流的数值关系下，他励电机9在单位能量消耗下所做的功最多，即最为节能。

特别需要注意的是，在磁场综合控制器控制部件4上事先设置的能使他励电机9最为节能的电枢电流数值和与之配伍的励磁电流数值，是在对具体的一台他励电机9与其他电机的不可能完全相同的个性化效率特性曲线进行实际测定的基础上找到的仅适用于该他励电机9的电枢电流和励磁电流的最佳数值关系，在该数值关系下，该他励电机9的输出效率达到约80%的水平。特别是在本实施例中，磁场综合控制器控制部件4上事先设置的电枢电流和励磁电流协同调整程序是使电枢电流和励磁电流都在互相影响的方式下共同地，即使在瞬间完成，但在方式上也是按照逐次调整以逼近乃至达到各自的上述设置数值和配伍关系的方式进行的，因此可以使该他励电机9在一定的转速和扭矩条件下几乎每时每刻都保持电枢电流和励磁电流的最佳数值关系。实践证明，按照这样的做法，可以使配置了本发明他励电机控制系统的工业车辆较同规格的配置传统一体式他励电机控制器节省约15%的能耗。

Claims (10)

1.一种他励电机控制方法，其特征在于：利用永磁直流电机速度控制器（6）控制所述他励电机（9）电枢电流，利用设置于所述永磁直流电机速度控制器（6）之外的磁场综合控制器控制部件（4）控制所述他励电机（9）励磁电流，并由所述磁场综合控制器控制部件（4）按照事先设定的数值和程序通过调整励磁电流引发电枢电流相应改变而使电枢电流与励磁电流形成能使所述他励电机（9）在一定的转速和扭矩条件下实现最高输出效率的数值关系，在这种电枢电流和励磁电流的数值关系下，所述他励电机（9）单位能量消耗所做的功最多。

2.如权利要求1所述的一种他励电机控制方法，其特征在于：所述在磁场综合控制器控制部件（4）上事先设置的数值是在对具体的一台他励电机（9）的个性化效率特性曲线进行实际测定的基础上找到的该他励电机（9）电枢电流和励磁电流的最佳数值及其配伍关系。

3.如权利要求2所述的一种他励电机控制方法，其特征在于：所述的电枢电流和励磁电流的最佳数值及其配伍关系被固化设置在作为所述磁场综合控制器控制部件（4）组成部分的内置式单片机上。

4.如权利要求3所述的一种他励电机控制方法，其特征在于：所述在磁场综合控制器控制部件（4）上事先设置的程序使电枢电流和励磁电流均在互相影响的方式下逐次逼近以致达到所述最佳数值及其配伍关系。

5.一种适用如权利要求1所述的他励电机控制方法的他励电机控制系统，它包含他励电机（9）本身，电枢绕组驱动电路（8）和励磁绕组驱动电路（5）以及控制电枢电流和励磁电流的控制部分，其特征在于：所述他励电机（9）的电枢绕组（10）与设于一永磁直流电机速度控制器（6）内的电枢绕组驱动电路（8）连接；所述他励电机（9）的励磁绕组（11）与设于所述永磁直流电机速度控制器（6）外的励磁绕组驱动电路（5）连接，所述励磁绕组驱动电路（5）设于一磁场综合控制器（2）中；所述永磁直流电机速度控制器（6）与所述磁场综合控制器（2）电路连接。

6.如权利要求5所述的他励电机控制系统，其特征在于：所述永磁直流电机速度控制器（6）内设置与所述电枢绕组驱动电路（8）相连接的永磁直流电机速度控制器控制部件（7），所述磁场综合控制器（2）内设置与所述励磁绕组驱动电路（5）相连接的磁场综合控制器控制部件（4），所述永磁直流电机速度控制器控制部件（7）和所述磁场综合控制器控制部件（4）互相连接组成控制电枢电流和励磁电流的所述控制部分。

7.如权利要求6所述的他励电机控制系统，其特征在于：所述永磁直流电机速度控制器（6）和所述磁场综合控制器（2）共用电源（12），在所述电源（12）负极与所述永磁直流电机速度控制器（6） 的负极之间串接电枢电流采样元件（3）；所述电流采样元件（3）与所述磁场综合控制器控制部件（4）电路连接。

8.如权利要求6所述的他励电机控制系统，其特征在于：所述磁场综合控制器控制部件（4）与加速器（1）电路连接。

9.如权利要求7所述的他励电机控制系统，其特征在于：所述磁场综合控制器控制部件（4）与加速器（1）电路连接。

10.如权利要求6所述的他励电机控制系统，其特征在于：所述永磁直流电机速度控制器（6）与所述磁场综合控制器（2）具有各自独立的保护壳体。

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