CN105450091B - 一种两用电机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电路控制领域，特别涉及一种两用电机控制系统。本发明提供的两用电机控制系统利用一套系统同时控制两套电机组，相对于应用两套控制系统分别控制机车中的两套电机组的现有技术，本发明申请提供的电机控制系统具有更低的成本、更小的体积；对于空间有限的机车设计空间来说，具有更小体积的控制系统可以为机车的其他部件提供更大的设计余地。

Description

一种两用电机控制系统
技术领域
本发明涉及电路控制领域，特别涉及一种两用电机控制系统。
背景技术
电动汽车或电动火车是指以电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。电动汽车或电动火车由于不采用汽油作为动力源以及其不产生污染的特性，成为未来机动车辆发展的主要方向；电机控制系统是电动汽车或电动火车的核心部件，在一些应用场景中，如铁路公路两用机车中，需配备有两套不同的电机组，一组用于机车在铁轨上运行，另一组电机组用于机车在公路上运行；通常，两套不同的电机组需要两套不同的控制系统进行控制，不仅造成了控制系统体积过大，也提高了控制系统的成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中具有两套不同电机组的机车中需要两套不同的控制系统进行控制，从而造成控制系统体积大、成本高的问题，提供一种通过一套控制系统，同时控制两套电机组的控制系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供一种两用电机控制系统，被控电机分为两组，分别为第一被控电机组和第二被控电机组，其中第一被控电机组包括2N个电机；第二被控电机组包括N个电机；第一被控电机组中每个电机的M个绕组均设置为星型连接结构或封闭环路连接结构并留有M个绕组接口；所述第二被控电机组中每个电机M个绕组均互不连接并留有2M个绕组接口，N为1以上整数；
其特征在于，所述控制系统包括电源接口、控制器及与电源接口连接的2×M×N个并联的半H桥臂；每个半H桥臂包括串联连接的上侧可控开关及下侧可控开关两个可控开关，所述上侧可控开关与下侧可控开关的连接点为半H桥臂的输出端；
2×M×N个半H桥臂的输出端分别通过2×M×N个开关组成的第一开关组与第一被控电机组的2×M×N个绕组接口一一对应连接；同时，2×M×N个半H桥臂的输出端还分别通过2×M×N个开关组成的第二开关组与第二被控电机组的2×M×N个绕组接口一一对应连接；
所述控制器与所有半H桥臂中的可控开关的控制端连接，用于控制可控开关的通断；
所述第一开关组与第二开关组为互斥关系。
进一步的，所述第一被控电机组包括第一电机和第二电机2个电机；第二被控电机组包括第三电机1个电机；所述第一电机和第二电机中的三个绕组为星型连接结构或封闭环路连接结构并分别留有三个绕组接口；所述第三电机中三个绕组互不连接并留有六个绕组接口；
所述控制系统包括六个并联的半H桥臂，分别为第一半H桥臂、第二半H桥臂、第三半H桥臂、第四半H桥臂、第五半H桥臂及第六半H桥臂；每个半H桥臂包括串联连接的上侧可控开关及下侧可控开关两个可控开关，所述上侧可控开关与下侧可控开关的连接点为半H桥臂的输出端；
六个半H桥臂的输出端分别通过六个开关组成的第一开关组与第一被控电机组的六个绕组接口一一对应连接；同时，六个半H桥臂的输出端还分别通过六个开关组成的第二开关组与第二被控电机组的六个绕组接口一一对应连接；
所述控制器与所有半H桥臂中的可控开关的控制端连接，用于控制可控开关的通断；
所述第一开关组合第二开关组为互斥关系。
进一步的，第一开关组接通，第二开关组断开时，控制系统对第一电机组进行控制，其中，每3个半H桥臂对第一电机组中的一个电机进行控制。
进一步的，第一开关组断开，第二开关组接通时，控制系统对第二电机组进行控制，其中，每6个半H桥臂对第二电机组中的一个电机进行控制。
进一步的，所述控制器包含存储模块、解析模块及驱动模块，存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；所述解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
进一步的，所述控制系统还包括服务器；所述服务器中设置有远程存储模块，远程存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；
所述控制器包含通信模块、解析模块及驱动模块，所述通信模块用于自服务器中接收所述控制参数组合；所述解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
进一步的，所述控制系统还包括服务器；所述服务器中设置有远程存储模块及远程解析模块，远程存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；所述远程解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；
所述控制器包含通信模块及驱动模块，所述通信模块用于自服务器中接收所述控制参数组合指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述H桥控制电路中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
进一步的，所述第二电机组中的电机为双基速电机。
优选的，所述可控开关为GTR、GTO、IGBT、SJT、MOSFET管、SiC IGBT、IGBT+SiC二极管、氮化镓IGBT或SCR。
优选的，所述第一开关组、第二开关组为继电器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的两用电机控制系统利用一套系统同时控制两套电机组，相对于应用两套控制系统分别控制机车中的两套电机组的现有技术，本发明申请提供的电机控制系统具有更低的成本、更小的体积；对于空间有限的机车设计空间来说，具有更小体积的控制系统可以为机车的其他部件提供更大的设计余地。
附图说明：
图1为本发明提供的控制系统结构框图。
图2为本发明实施例中的结构框图。
图3为本发明实施例1中的控制器结构框图。
图4为本发明实施例2中的控制器结构框图。
图5为本发明实施例3中的控制器结构框图。
图6为本发明实施例中第一电机组中单个电机的三个绕组与各个半H桥臂连接示意图。
图7为本发明实施例中第一电机组中单个电机的三个绕组与各个半H桥臂连接的另一示意图。
图8为本发明实施例中第二电机组中单个电机的三个绕组与各个半H桥臂连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：如图1、图2所示，本实施例提供一种两用电机控制系统，具体的，本实施例中，被控电机分为两组，所述第一被控电机组包括第一电机和第二电机2个电机；第二被控电机组包括第三电机1个电机，本实施例中，第三电机为双基速电机；所述第一电机和第二电机中的三个绕组为星型连接结构或封闭环路连接结构并分别留有三个绕组接口；所述第三电机中三个绕组互不连接并留有六个绕组接口；
所述控制系统包括电源接口1、控制器2及与电源接口1连接的六个并联的半H桥臂，分别为第一半H桥臂、第二半H桥臂、第三半H桥臂、第四半H桥臂、第五半H桥臂及第六半H桥臂；每个半H桥臂包括串联连接的上侧可控开关及下侧可控开关两个可控开关，本实施例中，所述可控开关为GTR、GTO、IGBT、SJT、MOSFET管、SiC IGBT、IGBT+SiC二极管、氮化镓IGBT或SCR。
所述上侧可控开关与下侧可控开关的连接点为半H桥臂的输出端；
六个半H桥臂的输出端分别通过六个开关组成的第一开关组41与第一被控电机组的六个绕组接口一一对应连接；同时，六个半H桥臂的输出端还分别通过六个开关组成的第二开关组51与第二被控电机组的六个绕组接口一一对应连接；
所述控制器2与所有半H桥臂中的可控开关的控制端连接，用于控制可控开关的通断；
第一开关组41中的开关同时接通或断开，第二开关组51中的开关也同时接通或断开；所述第一开关组41合第二开关组51为互斥关系，即第一开关组41中各开关接通时，第二开关组51中各开关断开；第二开关组51中各开关接通时，第一开关组41中各开关断开。
本实施例中，第一开关组41接通，第二开关组51断开时，控制系统对第一电机组4进行控制，其中，如图6、图7所示，每3个半H桥臂对第一电机组4中的一个电机进行控制。
当第一开关组41断开，第二开关组51接通时，控制系统对第二电机组5进行控制，其中，如图8所示，6个半H桥臂的输出端分别与第三电机的6个绕组接口一一对应连接，从而对第三电机进行控制。
进一步的，如图3所示，所述控制器2包含存储模块、解析模块及驱动模块，存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向；所述解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；。
当控制第三电机时，由于第三电机为三个绕组互不连接的双基速电机，要想让第三电机实现各种多种电路特性，尤其是，让第三电机实现至少一个绕组连接成星型结构时的特性以及至少一个绕组连接为封闭环路的特性，存储模块中应存储有至少两个控制参数组合，两个控制参数组合中的一个可以使第三电机实现各绕组连接为星型结构时的特性，另一个可以使第三电机实现各绕组连接为封闭环路时的特性。
众所周知的，要想区分各个不同的控制参数组合，每个控制参数组合中还应包括组合标记，该组合标记可以是序号、字符串、名称、该控制参数组合想要达到的目标电路特性、该控制参数组合想要达到的目的或其他任何能将任一个控制参数组合和其他控制参数组合区分开的标记，优选的，本实施例中，组合标记为被控电机的目标工作状态(即控制参数组合想要达到的目的)，即根据想要被控电机达到的目标工作状态，调用存储模块中对应的控制参数组合，解析模块根据该控制参数组合中的各绕组的目标电流大小及方向按照指定算法计算出针对各个H桥控制电路的控制指令，控制各个H桥控制电路中可控开关的通断时间，进一步达到控制对应绕组中电流大小及方向的目的。
应注意的是，第三电机的每个绕组均包含两个端头，实际使用时，当想让第三电机工作在绕组连接为星型结构才能实现的工作状态时，需要将每个绕组两个端头中的一个设定为中心端头，每个绕组均以中心端头为基准分辨电流方向；而，当想让第三电机工作在绕组连接为封闭环路才能实现的工作状态时，将每个绕组的两个端头分别定义为首端头和尾端头，每个绕组均以首端头和尾端头为基准分辨电流方向；
即，当将第三电机三个绕组的中心端头连接在一起形成中心节点O，从而使三个绕组组成星型电路结构(由三个绕组构成的星型电路结构又称Y型结构)时，第三电机所能实现的工作状态(或称为电机特性，包括转矩、功率等)与三个绕组中的电流大小及方向有直接关系，因此本发明，通过将第三电机三个绕组的电流大小及方向控制至目标值时，第三电机在三个绕组互不连接的情况下，依然会体现出与三个绕组连接为星型电路结构，且各绕组具有同样的电流大小及方向时完全相同的工作状态(或电机特性)。
同样的，当第三电机三个绕组首尾相接组成封闭环路电路(由三个负载电路构成的封闭环路电路又称三角形电路)时，被控电机所能实现的工作状态(或称为电机特性，包括转矩、功率等)与三个绕组中的电流大小及方向有直接关系，因此本发明控制系统将第三电机三个绕组的电流大小及方向控制至目标值时，第三电机在三个绕组互不连接的情况下，依然会体现出与三个绕组连接为封闭环路，且各绕组具有同样的电流大小及方向时完全相同的工作状态(或电机特性)。
优选的，所述第一开关组41、第二开关组51可采用继电器实现。
实施例2：与实施例1不同点在于，本实施例中，如图4所示，所述控制系统还包括服务器；所述服务器中设置有远程存储模块，远程存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；
所述控制器2包含通信模块、解析模块及驱动模块，所述通信模块用于自服务器中接收所述控制参数组合；所述解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
实施例3：与实施例1不同点在于，本实施例中，如图5所示，所述控制系统还包括服务器；所述服务器中设置有远程存储模块及远程解析模块，远程存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；所述远程解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；
所述控制器2包含通信模块及驱动模块，所述通信模块用于自服务器中接收所述控制参数组合指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述H桥控制电路中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。

Claims (10)

1.一种两用电机控制系统，被控电机分为两组，分别为第一被控电机组和第二被控电机组，其中第一被控电机组包括2N个电机；第二被控电机组包括N个电机；第一被控电机组中每个电机的M个绕组均设置为星型连接结构或封闭环路连接结构并留有M个绕组接口；所述第二被控电机组中每个电机M个绕组均互不连接并留有2M个绕组接口，N为1，M为每个电机的绕组数量；
其特征在于，所述控制系统包括电源接口、控制器及与电源接口连接的2×M×N个并联的半H桥臂；每个半H桥臂包括串联连接的上侧可控开关及下侧可控开关两个可控开关，所述上侧可控开关与下侧可控开关的连接点为半H桥臂的输出端；
2×M×N个半H桥臂的输出端分别通过2×M×N个开关组成的第一开关组与第一被控电机组的2×M×N个绕组接口一一对应连接；同时，2×M×N个半H桥臂的输出端还分别通过2×M×N个开关组成的第二开关组与第二被控电机组的2×M×N个绕组接口一一对应连接；
所述控制器与所有半H桥臂中的可控开关的控制端连接，用于控制可控开关的通断；
所述第一开关组与第二开关组为互斥关系。
2.如权利要求1所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述第一被控电机组包括第一电机和第二电机2个电机；第二被控电机组包括第三电机1个电机；所述第一电机和第二电机中的三个绕组为星型连接结构或封闭环路连接结构并分别留有三个绕组接口；所述第三电机中三个绕组互不连接并留有六个绕组接口；
所述控制系统包括六个并联的半H桥臂，分别为第一半H桥臂、第二半H桥臂、第三半H桥臂、第四半H桥臂、第五半H桥臂及第六半H桥臂；每个半H桥臂包括串联连接的上侧可控开关及下侧可控开关两个可控开关，所述上侧可控开关与下侧可控开关的连接点为半H桥臂的输出端；
六个半H桥臂的输出端分别通过六个开关组成的第一开关组与第一被控电机组的六个绕组接口一一对应连接；同时，六个半H桥臂的输出端还分别通过六个开关组成的第二开关组与第二被控电机组的六个绕组接口一一对应连接；
所述控制器与所有半H桥臂中的可控开关的控制端连接，用于控制可控开关的通断；
所述第一开关组和第二开关组为互斥关系。
3.如权利要求1所述的两用电机控制系统，其特征在于，第一开关组接通，第二开关组断开时，控制系统对第一被控电机组进行控制，其中，每3个半H桥臂对第一被控电机组中的一个电机进行控制。
4.如权利要求1所述的两用电机控制系统，其特征在于，第一开关组断开，第二开关组接通时，控制系统对第二被控电机组进行控制，其中，每6个半H桥臂对第二被控电机组中的一个电机进行控制。
5.如权利要求3或4任一项所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述控制器包含存储模块、解析模块及驱动模块，存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；所述解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
6.如权利要求3或4任一项所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括服务器；所述服务器中设置有远程存储模块，远程存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；
所述控制器包含通信模块、解析模块及驱动模块，所述通信模块用于自服务器中接收所述控制参数组合；所述解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
7.如权利要求3或4任一项所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括服务器；所述服务器中设置有远程存储模块及远程解析模块，远程存储模块中存储有被控电路的至少一个控制参数组合；所述远程解析模块按照特定算法将控制参数组合解析为控制指令；
所述控制器包含通信模块及驱动模块，所述通信模块用于自服务器中接收所述控制指令；所述驱动模块根据控制指令控制所述半H桥臂中可控开关的通断，以实现对各电机的控制；
所述控制参数组合中的参数包括各电机中各绕组的目标电流大小及方向。
8.如权利要求1所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述第二被控电机组中的电机为双基速电机。
9.如权利要求1所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述可控开关为GTR、GTO、SJT、MOSFET管、SiC IGBT、IGBT+SiC二极管、氮化镓IGBT或SCR。
10.如权利要求1所述的两用电机控制系统，其特征在于，所述第一开关组、第二开关组为继电器。
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