CN103326638A - 开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法 - Google Patents

Abstract

开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法，属于开关磁阻电机控制器调试设备领域。包括直流电源和开关磁阻电机控制器，其特征在于：设置脉冲触发控制器，脉冲触发控制器的输出端分别连接IGBT驱动电路，设置电流波形测量仪器和电压波形测量仪器，观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。该方法，可以在较小功率的实验条件和安全的测试环境下，实现了对开关磁阻电机控制器的参数的不断调整，直至达到控制器的最佳结构状态。该电路结构简单，使用方便，应用广，适应多种控制器。该方法的测试设备功率较小；节能；操作简单易行。

Description

开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法

技术领域

本发明提供一种开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法，属于开关磁阻电机控制器调试设备领域。

背景技术

中国专利CN201120021234.6公开了一种开关磁阻电动机控制器，包括外部电源，其特征在于：还包括微处理器、移相控制电路、功率放大电路、整流电路和电机开关，微处理器的输出端连接移相控制电路和功率放大电路，功率放大电路连接电机开关，移相控制电路连接整流电路，外部电源通过整流电路连接电机开关。实现了直流母线电压的软启动，避免了大电流对这个控制系统的冲击，同时省掉了交流接触器和限流电阻，避免因交流接触器问题导致整个控制系统故障，提高了控制器的稳定性。

开关磁阻电动机控制器是一种高频大电流的电动机控制器。和通用工频电器不同，开关磁阻电动机控制器工作在快速开关状态，并且电流很大，此时会产生很大的di/dt，很小的电感，也会产生很大的脉冲高电压，如果该电压超过内部功率半导体的耐压，就会造成功率模块的击穿，导致损坏控制器。

避免该问题的解决方法，一是减小主电路电感，二是附加保护电路，三是降低开关速度，但三者又是互相矛盾的，首先，受控制器空间和材料的制约，电感不能无限制的减小，总是有电感的存在，在一定情况下，这些存在的杂散电感造成的高压脉冲，足以损毁功率模块，同时，保护电路加的参数过大过小，开关速度过慢或过快，都会造成控制器效率过低或损害功率模块，所以，在设计开关磁阻控制器时，需要对控制器的各方面充分考虑，进行优化设计，在上述因素中找到合理的平衡参数，从而达到最佳状态。

传统的测试方法，需要具备大功率的实验设备，设备成本很高；在大电流的情况下，如果参数选择不合理，甚至可能在检测到结果之前，控制器已经损坏，从而影响了对产品的优化设计。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明所要解决的问题是：提供一种结构简单，使用方便的开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法，通过该方法，可以在较小功率的实验条件和比较安全的测试环境下，实现对电路线路，电路参数的不断调整，直至达到控制器的最佳结构状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关磁阻电机控制器的优化调整电路，包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，其特征在于：设置脉冲触发控制器，脉冲触发控制器的输出端分别连接第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路的输入端，第一IGBT驱动电路的输出端通过第一门极驱动电阻连接第一IGBT模块的门极，第一IGBT驱动电路的输出端还连接第一IGBT模块的射电极，第一IGBT驱动电路的输出端和第一IGBT模块的射电极的公共端设置电流波形测量仪器，第一IGBT模块的集电极设置电压波形测量仪器，外部直流电源设置主电源开关连接开关磁阻电机控制器。

电流、电压波形测量仪器可以采用数字示波器。

其中优选方案是：

所述的脉冲触发控制器设置开关。便于控制脉冲触发控制器的启动和关闭，操作灵活，避免误操作或者无测试工作状态的耗电。

所述的开关磁阻电机控制器包括充电电阻、铝电解电容、快恢复二极管、IGBT模块、电机线圈、IGBT驱动电路和门极驱动电阻，充电电阻与主电源开关串联，铝电解电容的两端分别连接在外部直流电源的正负极之间，第一快恢复二极管与第一IGBT模块的公共端连接电机线圈的一端，电机线圈的另一端连接在第二快恢复二极管与第二IGBT模块的公共端，第一IGBT模块的集电极通过第一快恢复二极管连接外部直流电源的正极，第二IGBT驱动电路的输出端通过第二门极驱动电阻连接第二IGBT模块的门极，第二IGBT驱动电路的输出端还连接第二IGBT模块的射电极，第二IGBT模块的射电极通过第二快恢复二极管连接外接直流电源的负极，第二IGBT模块的集电极连接外接直流电源的正极。

所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为电位器。便于调整和测量门极驱动电阻阻值，便于准确更换最优工作状态下的精确阻值，提高优化过程和效果。

所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为滑动变阻器。提高测试量程。

一种开关磁阻电机控制器的优化方法，包括将上述优化调整电路连接到开关磁阻电机控制器，其特征在于：方法为以下步骤：

（1）断开开关，闭合主电源开关，外部直流电源通过主电源开关和充电电阻给铝电解电容充电，待其达到饱和，即铝电解电容两端电压等于外部直流电源的U+,U-时，断开主电源开关；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。

（2）将电流波形测量仪器和电压波形测量仪器的测量方式，调整到脉冲测量模式；

（3）闭合开关，从脉冲触发控制器发出2个以上的脉冲到第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，从而打开第一IGBT模块和第二IGBT模块，此时，产生脉冲电流，脉冲电流从铝电解电容正极流出，流经第一IGBT模块、电机线圈和第二IGBT模块，流回到铝电解电容的负极；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。

（4）观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。

判断出di/dt，dv/dt的大小可以根据波形的突变的斜率来确定。

所述的调整主电路结构是指对主电路的连线进行长度的调整。

所述的长度的调整是指：反复调整铝电解电容正极到第一快恢复二极管和第二IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短；反复调整铝电解电容负极到第二快恢复二极管和第一IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短。

所述的调整门极驱动电阻大小，是指：如果通过电压波形测量仪器测试到加载第一IGBT模块两端过大的脉冲电压，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；如果通过电流波形测量仪器测试到流过第一IGBT模块两端过大的脉冲电流，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；重复上述过程。

与现有技术相比，本开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法具有的有益效果是：本专利提出了一种电路优化方法，通过该方法，可以在较小功率的实验条件和比较安全的测试环境下，实现了对开关磁阻电机控制器的参数的不断调整，直至达到控制器的最佳结构状态。通过整体上优化设计，该电路具备下面几个特点：

1、结构简单，使用方便，生产方便；

2、与开关磁阻电机控制器接线简单，应用广，适应多种控制器；

3、方便调整和测试；

该优化方法具有的下面几个特点：

1、可以方便地反复对控制器进行参数调整测试，直至达到最佳；

2、可以测试出大电流的实际工作状态参数；具有进一步指导控制器制造的显著意义；

3、需要的测试设备功率较小；节能；

4、操作简单易行。

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理图；

其中，K1、开关  K2、主电源开关  CON1、脉冲触发控制器  RC、充电电阻  C1、铝电解电容  D1、第一IGBT驱动电路  D2、第二IGBT驱动电路  R1、第一门极驱动电阻  R2、第二门极驱动电阻  VD1、第一快恢复二极管  VD2、第一快恢复二极管  VT1、第一IGBT模块  VT2、第二IGBT模块  L1、电机线圈  S1、电流波形测量仪器  S2、电压波形测量仪器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

实施例1：

如图1所示，开关磁阻电机控制器的优化调整电路，包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，设置脉冲触发控制器CON1，脉冲触发控制器CON1的输出端分别连接第一IGBT驱动电路D1和第二IGBT驱动电路D2的输入端，第一IGBT驱动电路D1的输出端通过第一门极驱动电阻R1连接第一IGBT模块VT1的门极，第一IGBT驱动电路D1的输出端还连接第一IGBT模块VT1的射电极，第一IGBT驱动电路D1的输出端和第一IGBT模块VT1的射电极的公共端设置电流波形测量仪器S1，第一IGBT模块VT1的集电极设置电压波形测量仪器S2，外部直流电源设置主电源开关K2连接开关磁阻电机控制器。

电流、电压波形测量仪器可以采用数字示波器。

脉冲触发控制器CON1设置开关K1。便于控制脉冲触发控制器的启动和关闭，操作灵活，避免误操作或者无测试工作状态的耗电。CON1为脉冲触发控制器，采用MCU,DSP等电路，K1用于对CON1是否发出脉冲进行控制。

开关磁阻电机控制器包括充电电阻RC，铝电解电容C1、快恢复二极管、IGBT模块、电机线圈、IGBT驱动电路和门极驱动电阻，充电电阻RC与主电源开关K2串联，铝电解电容C1的两端分别连接在外部直流电源的正负极（U+、U-）之间，第一快恢复二极管VD1与第一IGBT模块VT1的公共端连接电机线圈L1的一端，电机线圈L1的另一端连接在第二快恢复二极管VD2与第二IGBT模块VT2的公共端，第一IGBT模块VT1的集电极通过第一快恢复二极管VD1连接外部直流电源的正极U+，第二IGBT驱动电路D2的输出端通过第二门极驱动电阻R2连接第二IGBT模块VT2的门极，第二IGBT驱动电路D2的输出端还连接第二IGBT模块VT2的射电极，第二IGBT模块VT2的射电极通过第二快恢复二极管VD2连接外接直流电源的负极U-，第二IGBT模块VT2的集电极连接外接直流电源的正极U+。

第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为电位器。便于调整和测量门极驱动电阻阻值，便于准确更换最优工作状态下的精确阻值，提高优化过程和效果。

第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为滑动变阻器。提高测试量程。

实施例2：

一种开关磁阻电机控制器的优化方法，包括将上述优化调整电路连接到开关磁阻电机控制器，方法为以下步骤：

（1）断开开关，闭合主电源开关，外部直流电源通过主电源开关和充电电阻给铝电解电容充电，待其达到饱和，即铝电解电容两端电压等于外部直流电源的U+,U-时，断开主电源开关；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。

（2）将电流波形测量仪器和电压波形测量仪器的测量方式，调整到脉冲测量模式；

（3）闭合开关，从脉冲触发控制器发出2个以上的脉冲到第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，从而打开第一IGBT模块和第二IGBT模块，此时，产生脉冲电流，脉冲电流从铝电解电容正极流出，流经第一IGBT模块、电机线圈和第二IGBT模块，流回到铝电解电容的负极；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。

（4）观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。

判断出di/dt，dv/dt的大小可以根据波形的突变的斜率来确定。

从对一台30KW控制器进行的测试调整数据可以看出，在对VT1，VT2通过额定脉冲电流时，当电阻采用0.1欧时，从示波器S1上读出的di/dt较大，从S2上可以测试到，因为di/dt较大，造成的电压上冲很高，接近模块的额定标称电压，在这种状态下，对控制器会造成可靠性降低；继续增大门极电阻到1欧，并尽量减短U+到VT2，VT2，VD1,VD2的连线，再次测试，从示波器S1上读出的di/dt减小，从S2上可以测试到电压上冲大幅度降低；继续增大门极电阻到2欧，从示波器S1上读出的di/dt进一步减小，从S2上可以测试到电压上冲进一步降低；反复调整，当电阻加大到6欧时，从示波器S1，S2上可以测试到di/dt，dv/dt参数已经过低，过低时，控制器效率会降低。通过上述多次反复测试，选择门极电阻的阻值为5欧，为控制器最佳参数。

调整主电路结构是指对主电路的连线进行长度的调整。长度的调整是指：反复调整铝电解电容正极到第一快恢复二极管和第二IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短；反复调整铝电解电容负极到第二快恢复二极管和第一IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短。

调整门极驱动电阻大小，是指：如果通过电压波形测量仪器测试到加载第一IGBT模块两端过大的脉冲电压，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；如果通过电流波形测量仪器测试到流过第一IGBT模块两端过大的脉冲电流，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；重复上述过程。

实验证明：

按照上述调整过程，对控制器进行了实验证明。对控制器进行连续递增或递减的20几次的精细调整，从中选出控制器实际能够达到的最佳参数。每个参数的调整测试仅需1分钟的时间，并通过密集的20多个点的调整，使控制器能够选择到最佳参数，总时间不超过30分钟。在整个测试过程中，无需大功率电力输入，操作过程安全方便。

Claims (9)

1.一种开关磁阻电机控制器的优化调整电路，包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，其特征在于：设置脉冲触发控制器，脉冲触发控制器的输出端分别连接第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路的输入端，第一IGBT驱动电路的输出端通过第一门极驱动电阻连接第一IGBT模块的门极，第一IGBT驱动电路的输出端还连接第一IGBT模块的射电极，第一IGBT驱动电路的输出端和第一IGBT模块的射电极的公共端设置电流波形测量仪器，第一IGBT模块的集电极设置电压波形测量仪器，外部直流电源设置主电源开关连接开关磁阻电机控制器。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的脉冲触发控制器设置开关。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的开关磁阻电机控制器包括充电电阻、铝电解电容、快恢复二极管、IGBT模块、电机线圈、IGBT驱动电路和门极驱动电阻，充电电阻与主电源开关串联，铝电解电容的两端分别连接在外部直流电源的正负极之间，第一快恢复二极管与第一IGBT模块的公共端连接电机线圈的一端，电机线圈的另一端连接在第二快恢复二极管与第二IGBT模块的公共端，第一IGBT模块的集电极通过第一快恢复二极管连接外部直流电源的正极，第二IGBT驱动电路的输出端通过第二门极驱动电阻连接第二IGBT模块的门极，第二IGBT驱动电路的输出端还连接第二IGBT模块的射电极，第二IGBT模块的射电极通过第二快恢复二极管连接外接直流电源的负极，第二IGBT模块的集电极连接外接直流电源的正极。

4.根据权利要求1或3所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为电位器。

5.根据权利要求1或3所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为滑动变阻器。

6.一种开关磁阻电机控制器的优化方法，包括将上述优化调整电路连接到开关磁阻电机控制器，其特征在于：方法为以下步骤：

（1）断开开关，闭合主电源开关，外部直流电源通过主电源开关和充电电阻给铝电解电容充电，待其达到饱和，即铝电解电容两端电压等于外部直流电源的U+,U-时，断开主电源开关；

（2）将电流波形测量仪器和电压波形测量仪器的测量方式，调整到脉冲测量模式；

（3）闭合开关，从脉冲触发控制器发出2个以上的脉冲到第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，从而打开第一IGBT模块和第二IGBT模块，此时，产生脉冲电流，脉冲电流从铝电解电容正极流出，流经第一IGBT模块、电机线圈和第二IGBT模块，流回到铝电解电容的负极；

（4）观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。

7.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于：所述的调整主电路结构是指对主电路的连线进行长度的调整。

8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于：所述的长度的调整是指：反复调整铝电解电容正极到第一快恢复二极管和第二IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短；反复调整铝电解电容负极到第二快恢复二极管和第一IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短。

9.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于：所述的调整门极驱动电阻大小，是指：如果通过电压波形测量仪器测试到加载第一IGBT模块两端过大的脉冲电压，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；

如果通过电流波形测量仪器测试到流过第一IGBT模块两端过大的脉冲电流，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；

重复上述过程。

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