CN103248311B - 电机变频控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电机变频控制器，它包括电源模块、光电隔离模块、控制模块及两相三桥臂逆变器模块；所述电源模块连接控制模块，控制模块连接两相三桥臂逆变器模块，两相三桥臂逆变器模块输出三相供电连接至外部单向异步电机；所述控制模块还连接光电隔离模块，光电隔离模块设有脉冲信号、方向信号、使能信号输入端。本发明产品通过将变频控制方法取代传统的可控硅导通角调压控制方法，并将单相异步电机视为两相电机，将启动绕组视为一相运行绕组，对两相电机进行两相三桥臂SVPWM结合V/F的变频控制进而完善了单相异步电机的控制，以满足横机织件牵拉不受外界电源影响的要求。

Description

电机变频控制器
技术领域
本发明涉及纺织设备控制领域，尤其是指一种专用于电脑针织横机起底升降电机和罗拉电机的电机变频控制器。
背景技术
目前，电脑针织横机的织件牵拉均需要使用到罗拉电机和起底升降电机来参与完成的，罗拉电机和起底升降电机实则是一种单相异步力矩电机，在电脑针织横机的织件牵拉的过程中要求电机保持恒力矩。而传统的罗拉电机、起底升降电机的力矩控制器的控制方法是通过可控硅控制交流电源的导通角，通过调压来完成。然而，由于电网电压不稳定或者交流电源品质较差等原因，采用传统的导通角控制调压的方法很难保证恒力矩牵引，即很难平滑调整输出电压。电机变频控制器在控制输出的平均有效电压一旦稍高，就会导致牵引织物偏快，易拉坏织物；而若平均有效电压稍低，则牵引织物偏慢，易导致织物滞积。因而现有电机变频控制器在使用过程中往往需要人工去调整，而且随着外接电压的变化而需要时不时重新调整，给电脑针织横机的使用者带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可对起底升降电机和罗拉电机进行变频控制的电机变频控制器。
本发明的目的是这样实现的：一种电机变频控制器，它包括电源模块、光电隔离模块、控制模块及两相三桥臂逆变器模块；
所述电源模块，用于为控制模块及两相三桥臂逆变器模块供电；
所述光电隔离模块，用于将上位控制器传来脉冲信号、方向信号及使能信号进行隔离后送至控制模块；
所述控制模块，用于根据从所述光电隔离模块接收到的所述脉冲信号、方向信号、使能信号的指令进行V/F变频控制，输出6路空间矢量脉宽调制信号至两相三桥臂逆变器模块；
所述两相三桥臂逆变器模块，用于将直流电转换为交流电；
所述电源模块连接控制模块，控制模块连接两相三桥臂逆变器模块，两相三桥臂逆变器模块输出三相供电连接至外部单向异步电机；所述控制模块还连接光电隔离模块，光电隔离模块设有脉冲信号、方向信号、使能信号输入端；
上述中，所述两相三桥臂逆变器模块包括智能功率驱动模块单元；
上述中，所述两相三桥臂逆变器模块包括保护单元、全桥或半桥驱动单元及6路功率开关；所述控制模块输出连接全桥或半桥驱动单元，全桥或半桥驱动单元分别连接6路功率开关，功率开关输出通过保护单元连接全桥或半桥驱动单元；所述全桥或半桥驱动单元还输出有过流保护信号连接至控制模块；全桥或半桥驱动单元接收来自控制模块的6路空间矢量脉宽调制信号后输出脉宽调制信号分别驱动6路功率开关的闭/合；
上述中，所述6路功率开关包括6个绝缘栅双极型晶体管；所述6个绝缘栅双极型晶体管两两分为三组；每组中的两个绝缘栅双极型晶体管的基极分别连接全桥或半桥驱动单元的脉宽调制输出端，一个绝缘栅双极型晶体管的集电极接电源模块的正极、发射极连接另一个绝缘栅双极型晶体管的集电极、另一个绝缘栅双极型晶体管的发射极接电源模块的地，每组中的两个绝缘栅双极型晶体管的相连处引出为一相供电；
上述中，所述6路功率开关包括6个MOS管；所述6个MOS管两两分为三组；每组中的两个MOS管的栅极分别连接全桥或半桥驱动单元的脉宽调制输出端，一个MOS管的源极接电源模块的正极、漏极连接另一个MOS管的源极、另一个MOS管的漏极接电源模块的地，每组中的两个MOS管的相连处引出为一相供电。
上述中，所述电源模块包括依次连接的交流电源滤波单元、开关电源单元及整流滤波单元；
上述中，所述控制模块包括具有6路PWM外设的单片机或数字信号处理器。
相比于常见的电机控制器，本发明的有益效果在于通过将变频控制方法取代传统的可控硅导通角调压控制方法，并将单相异步电机视为两相电机，将启动绕组视为一相运行绕组，对两相电机进行两相三桥臂SVPWM结合V/F的变频控制进而完善了单相异步电机的控制，以满足横机织件牵拉不受外界电源影响的要求。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的整体电路模块图；
图2为本发明的功率驱动示意图；
图3为单向异步电机传统接线方式；
图4为本发明的单向异步电机两相三桥臂变频接线方式；
图5为本发明的两相三桥臂逆变器示意图；
图6为本发明的两相三桥臂逆变器基本电压矢量图;
图7为本发明在不同扇区内采用对称型PWM方式生成的相应PWM波形图1；
图8为本发明在不同扇区内采用对称型PWM方式生成的相应PWM波形图2。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本实施方式一种电机变频控制器，它包括电源模块、光电隔离模块、控制模块及两相三桥臂逆变器模块。其中，
电源模块，用于为控制模块及两相三桥臂逆变器模块供电；作为一种实施例电源模块包括交流电源滤波单元、开关电源单元及整流滤波单元，交流电源滤波单元、开关电源单元和整流滤波单元依次连接，从而对输入的交流电先进行滤波后经开关电源单元转换为直流电，再进行整流滤波后用于整个产品系统供电。
光电隔离模块，用于将上位控制器传来脉冲信号、方向信号及使能信号进行隔离后送至控制模块；
控制模块，用于根据从所述光电隔离模块接收到的所述脉冲信号、方向信号、使能信号的指令进行V/F变频控制，输出6路空间矢量脉宽调制信号至两相三桥臂逆变器模块。
作为一种实施例，控制模块采用具有6路PWM外设的16位或32位MCU或DSP，输出6路SVPWM。
两相三桥臂逆变器模块，用于将直流电转换为交流电；
上述电源模块连接控制模块，控制模块连接两相三桥臂逆变器模块，两相三桥臂逆变器模块输出三相供电连接至外部单向异步电机；所述控制模块还连接光电隔离模块，光电隔离模块设有脉冲信号、方向信号、使能信号输入端。
作为一种实施例，上述两相三桥臂逆变器模块包括智能功率驱动模块（IPM驱动）单元。
参见图2，作为另一种实施例，上述两相三桥臂逆变器模块也可以进一步采用包括保护单元、全桥或半桥驱动单元及6路功率开关组成的电路。其中，控制模块输出连接全桥或半桥驱动单元，全桥或半桥驱动单元分别连接6路功率开关，功率开关输出通过保护单元连接全桥或半桥驱动单元；所述全桥或半桥驱动单元还输出有过流保护信号连接至控制模块；全桥或半桥驱动单元接收来自控制模块的6路空间矢量脉宽调制信号后输出脉宽调制信号分别驱动6路功率开关的闭/合。
上述实施例中的6路功率开关可采用6个绝缘栅双极型晶体管或6个MOS管。6个绝缘栅双极型晶体管或MOS管两两分为三组。
对于绝缘栅双极型晶体管而言，每组中的两个绝缘栅双极型晶体管的基极分别连接全桥或半桥驱动单元的脉宽调制输出端，一个绝缘栅双极型晶体管的集电极接电源模块的正极、发射极连接另一个绝缘栅双极型晶体管的集电极、另一个绝缘栅双极型晶体管的发射极接电源模块的地，每组中的两个绝缘栅双极型晶体管的相连处引出为一相供电。
对于MOS管而言，每组中的两个MOS管的栅极分别连接全桥或半桥驱动单元的脉宽调制输出端，一个MOS管的源极接电源模块的正极、漏极连接另一个MOS管的源极、另一个MOS管的漏极接电源模块的地，每组中的两个MOS管的相连处引出为一相供电。
如图3为单向异步电机传统接线方式，传统的单向异步电机的启动绕组和运行绕组之间通过一个启动电容相连，而本发明中为配合两相三桥臂逆变器模块的三相输出供电，将单相起底升降电机及罗拉电机视为两相电机，参见图4，将启动绕组视为一相运行绕组接入两相三桥臂逆变器模块的三相输出供电，从而进一步进行两相三桥臂SVPWM结合V/F的变频控制，将变频控制方法取代传统的可控硅导通角调压控制方法，来完善起底升降电机及罗拉电机的控制，以满足横机织件牵拉不受外界电源影响的要求。此外，通过采用该本专利的电机变频控制器除了提升性能，也取消了电机外接的起动电容及原有的正反转控制电路。
本发明的电机变频控制器整体为一个独立的专用模块，其可接收来自上位控制器的脉冲，方向，使能指令信号。其中脉冲的频率对应变频器相应的输出频率。另外，根据需要还可提供上位控制器一路变频器的故障信号。
本产品变频控制思路：
两相三桥臂逆变器模块的拓扑结构为两相三桥臂逆变器，见图5，用q1、q2、q3、q4、q5、q6来表示六个开关管的状态。因q1和q2，q3和q4，q5和q6开关状态互补，所以对于逆变器的开关状态可用(q1q3q5)表示。因而有八种开关组合状态。即：
（000），（100），（110），（010），（011），（001），（101），（111），此8种组合状态对应8个基本电压矢量V0，V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，其中V0，V7代表零矢量，V1，V2，V3，V4，V5，V6为非零矢量，结合图1可得，基本电压矢量V1，V3，V4，V6幅值为Ud，V2，V5幅值为因而得两相三桥臂基本电压矢量图如图6。
在SVPWM调制中，参考电压矢量Vout以坐标原点为圆点旋转而成圆型矢量轨迹（因为横机用单相异步电机主副绕组匝数相同）。参考电压矢量Vout可由与其相邻的两个基本电压矢量及零矢量合成，具体实现是，在同一时间内（载波周期内），参考电压矢量Vout由与其相邻的两个基本电压矢量及零矢量合成。
当参考电压矢量位于不同扇区时，可计算出单位时间内基本矢量的的作用时间如下：
S＝1时，t1＝(Voutd-Voutq)TE，t2＝VoutqTE
S＝2时，t2=VoutdTE，t3=(Voutq-Voutd)TE
S＝3时，t3=VoutqTE，t4=-VoutdTE
S＝4时，t4＝(Voutq-Voutd)TE，t5＝-VoutqTE
S＝5时，t5＝-VoutdTE,t6=(Voutd-Voutq)TE
S＝6时，t6＝-VoutqTE，t7＝VoutdTE
TE=TPWM/Ud。
因而，在不同扇区内，采用对称型PWM方式生成的相应PWM波形如图7、8。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电机变频控制器，其特征在于：它包括电源模块、光电隔离模块、控制模块及两相三桥臂逆变器模块；
所述电源模块，用于为控制模块及两相三桥臂逆变器模块供电；
所述光电隔离模块，用于将上位控制器传来的脉冲信号、方向信号及使能信号进行隔离后送至控制模块；
所述控制模块，用于根据从所述光电隔离模块接收到的所述脉冲信号、方向信号、使能信号的指令进行V/F变频控制，输出6路空间矢量脉宽调制信号至两相三桥臂逆变器模块；
所述电源模块连接控制模块，控制模块连接两相三桥臂逆变器模块，两相三桥臂逆变器模块输出三相供电连接至外部单向异步电机；所述控制模块还连接光电隔离模块，光电隔离模块设有脉冲信号、方向信号、使能信号输入端；
所述两相三桥臂逆变器模块包括智能功率驱动模块单元；
所述两相三桥臂逆变器模块包括保护单元、全桥或半桥驱动单元及6路功率开关；所述控制模块输出连接全桥或半桥驱动单元，全桥或半桥驱动单元分别连接6路功率开关，功率开关输出通过保护单元连接全桥或半桥驱动单元；所述全桥或半桥驱动单元还输出有过流保护信号连接至控制模块；全桥或半桥驱动单元接收来自控制模块的6路空间矢量脉宽调制信号后输出脉宽调制信号分别驱动6路功率开关的闭/合；
所述电机变频控制器整体为一个独立的专用模块，所述脉冲信号的频率对应为所述电机变频控制器相应的输出频率，且所述电机变频控制器还提供所述上位控制器一路所述电机变频控制器的故障信号。
2.如权利要求1所述的电机变频控制器，其特征在于：所述6路功率开关包括6个绝缘栅双极型晶体管；所述6个绝缘栅双极型晶体管两两分为三组；每组中的两个绝缘栅双极型晶体管的基极分别连接全桥或半桥驱动单元的脉宽调制输出端，一个绝缘栅双极型晶体管的集电极接电源模块的正极、发射极连接另一个绝缘栅双极型晶体管的集电极、另一个绝缘栅双极型晶体管的发射极接电源模块的地，每组中的两个绝缘栅双极型晶体管的相连处引出为一相供电。
3.如权利要求1所述的电机变频控制器，其特征在于：所述6路功率开关包括6个MOS管；所述6个MOS管两两分为三组；每组中的两个MOS管的栅极分别连接全桥或半桥驱动单元的脉宽调制输出端，一个MOS管的源极接电源模块的正极、漏极连接另一个MOS管的源极、另一个MOS管的漏极接电源模块的地，每组中的两个MOS管的相连处引出为一相供电。
4.如权利要求1-3任意一项所述的电机变频控制器，其特征在于：所述电源模块包括依次连接的交流电源滤波单元、开关电源单元及整流滤波单元。
5.如权利要求1-3任意一项所述的电机变频控制器，其特征在于：所述控制模块包括具有6路PWM外设的单片机或数字信号处理器。
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