CN106655974A - 一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置及方法，该装置检测控制单元、电压测量信号调理电路、电流测量信号调理电路、储能卸能单元、电机驱动单元和转速测量单元、第一IGBT驱动单元、第二IGBT驱动单元；该方法可以实时检测电机的转速，在电机运行过程中，实时检测电机的转速值，当负载发生变化导致电机的转速发生变化，主动快速调节电机的输入电压值，以此改变电机的输入功率，以匹配电机的负载反力。在不断开电机工作的过程中，可以主动快速调节直流电压值。

Description

一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统控制领域技术领域，具体涉及一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置及方法。

背景技术

高压断路器是电力系统中重要的设备之一，在电网运行中起控制和保护的作用，其操作性能直接影响电力系统的运行稳定性和供电可靠性。操动机构作为断路器的核心部件，其研发、设计一直都是重点关注的科研课题，它走过了电磁机构、弹簧机构、气动机构、液压机构等历程。由于高压断路器本身工作性质的要求，使得操动机构必须在几十毫秒内完成操动过程，这对完全由机械零部件构成的运动系统提出了更高的要求。

电机操动机构作为新一代的操动机构符合高压断路器智能化的发展方向，这种操动机构采用一种全新的工作原理，完全不同于电磁、弹簧及永磁机构。它利用电动机直接驱动断路器动触头进行分合闸操作，相比于传统的操动机构具有较高的可控性。由于高压断路器的分合闸的过程中负载反力在不断的发生变化，反力矩也在不断发生变化，需要电机的电流随着负载反力的变化而变化，因此需要不断的改变电容电压以满足负载反力的变化。针对电容电压在合闸过程中需要随着负载不断改变的问题，从快速调节电容电压已响应负载对电容电压的需求为目标进行研究，设计出结合硬件电路辅助电路、控制方法与控制系统的硬件结构，通过实时监测直流母线电压，通过能量调节装置，或补充电容能量，或消耗电容能量以满足负载对能量的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置，包括：检测控制单元、电压测量信号调理电路、电流测量信号调理电路、储能卸能单元、电机驱动单元和转速测量单元、第一IGBT驱动单元、第二IGBT驱动单元；

所述储能卸能单元的输入端连接三相电源，所述储能卸能单元的第一输出端连接电机驱动单元的输入端，所述储能卸能单元的第二输出端连接电流测量信号调理电路的输入端，所述储能卸能单元的第三输出端连接电压测量信号调理电路的输入端，所述电机驱动单元的输出端连接永磁无刷直流电机，所述转速检测单元的输入端连接永磁无刷直流电机，所述电流测量信号调理电路的输出端、电压测量信号调理电路的输出端和转速检测单元的输出端连接检测控制单元的输入端，所述检测控制单元的输出端连接第一IGBT驱动单元的输入端和第二IGBT驱动单元的输入端，所述第一IGBT驱动单元的输出端连接储能御能单元的控制端，所述第二IGBT驱动单元的输出端连接电机驱动单元的控制端。

所述储能卸能单元，包括：第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第九绝缘栅双极晶体管、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第七续流二极管、第八续流二极管、第九续流二极管、第十六二极管、第十七二极管、滤波电容、第一分压电阻、第二分压电阻、卸能电阻和霍尔传感器；

所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极连接第二绝缘栅双极晶体管的集电极、第三绝缘栅双极晶体管的集电极、第一续流二极管的阴极、第二续流二极管的阴极、第三续流二极管的阴极和第十六二极管的阳极，所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极连接第四绝缘栅双极晶体管的集电极、第一续流二极管的阳极、第四续流二极管的阴极和三相电源的第一输出端，所述第二绝缘栅双极晶体管的发射极连接第二续流二极管的阳极、第五绝缘栅双极晶体管的集电极、第五续流二极管的阴极和三相电源的第二输出端，所述第三绝缘栅双极晶体管的发射极连接第三续流二极管的阳极、第六绝缘栅双极晶体管的集电极、第六续流二极管的阴极和三相电源的第三输出端，所述第四绝缘栅双极晶体管的发射极连接第五绝缘栅双极晶体管的发射极、第六绝缘栅双极晶体管的发射极、第四续流二极管的阳极、第五续流二极管的阳极、第六续流二极管的阳极、滤波电容的一端、卸能电阻的一端、第二分压电阻的一端和电机驱动单元的负向输入端，所述第十六二极管的阴极连接第十七二极管的阳极、滤波电容的另一端、第九绝缘栅双极晶体管的集电极、第九续流二极管的阴极、第八绝缘栅双极晶体管的发射极和第八续流二极管的阳极，所述第十七二极管的阴极连接第七绝缘栅双极晶体管的集电极和第七续流二极管的阴极，所述第七绝缘栅双极晶体管的发射极连接第七续流二极管的阳极和卸能电阻的另一端，所述第九绝缘栅双极晶体管的发射极连接第九续流二极管的阳极和第一分压电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻的另一端和电压测量信号调理电路的输入端，所述第八绝缘栅双极晶体管的集电极连接第八续流二极管的阴极和电机驱动电路正向输入端，所述霍尔传感器设置于储能卸能单元的第二输出端直流侧，所述霍尔传感器的输出端连接电流测量信号调理电路的输入端，所述第一绝缘栅双极晶体管的门极、第二绝缘栅双极晶体管的门极、第三绝缘栅双极晶体管的门极、第四绝缘栅双极晶体管的门极、第五绝缘栅双极晶体管的门极、第六绝缘栅双极晶体管的门极、第七绝缘栅双极晶体管的门极、第八绝缘栅双极晶体管的门极和第九绝缘栅双极晶体管的门极分别连接第一IGBT驱动电路单元的九路驱动接口。

所述电机驱动单元，包括：第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第十三绝缘栅双极晶体管、第十四绝缘栅双极晶体管、第十五绝缘栅双极晶体管、第十续流二极管、第十一续流二极管、第十二续流二极管、第十三续流二极管、第十四续流二极管和第十五续流二极管；

所述第十绝缘栅双极晶体管的集电极连接第十一绝缘栅双极晶体管的集电极、第十二绝缘栅双极晶体管的集电极、第十续流二极管的阴极、第十一续流二极管的阴极、第十二续流二极管的阴极和储能卸能单元的第一输出端，所述第十绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十续流二极管的阳极、第十三绝缘栅双极晶体管的集电极、第十三续流二极管的阴极和电动机的永磁无刷直流电机的第一输入端，所述第十一绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十一续流二极管的阳极、第十四绝缘栅双极晶体管的集电极、第十四续流二极管的阴极和永磁无刷直流电机的第二输入端，所述第十二绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十二续流二极管的阳极、第十五绝缘栅双极晶体管的集电极、第十五续流二极管的阴极和永磁无刷直流电机的第三输入端，所述第十三绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十三续流二极管的阳极、第十四绝缘栅双极晶体管的发射极、第十四续流二极管的阳极、第十五绝缘栅双极晶体管的发射极、第十五续流二极管的阳极和储能卸能单元的第一输出端，所述第十绝缘栅双极晶体管的门极、第十一绝缘栅双极晶体管的门极、第十二绝缘栅双极晶体管的门极、第十三绝缘栅双极晶体管的门极、第十四绝缘栅双极晶体管的门极和第十五绝缘栅双极晶体管的门极分别连接第二IGBT驱动单元电路的六路驱动接口。

所述电压测量信号调理电路，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、光耦隔离芯片、稳压二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容和第三电容；

所述第一运算放大器的正输入端连接储能卸能单元的第三输出端，所述第一运算放大器的负输入端连接第一运算放大器的输出端和第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接第二运算放大器的负输入端、第二电容的一端和光耦隔离芯片，所述第二运算放大器的正输入端连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，所述第二电容的另一端连接第二运算放大器的输出端和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接光耦隔离芯片，所述第三运算放大器的负输入端连接第七电阻的一端、第三电容的一端和光耦隔离芯片，所述第三运算放大器的正输入端连接光耦隔离芯片，并接地，所述第三运算放大器的输出端连接稳压二极管的阳极、第七电阻的另一端和第三电容的另一端，所述稳压二极管的阴极连接地。

所述电流测量信号调理电路，包括：第四运算放大器、第五运算放大器、缓冲芯片、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容和第五电容；

所述第四运算放大器的正输入端连接第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接储能卸能单元的第二输出端，所述第四运算放大器的负输入端连接第九电阻的一端和第四电容的一端，所述第九电阻的另一端连接第四电容的另一端、第四运算放大器的输出端和第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端连接第五电容的一端和第五运算放大器的正输入端，所述第五电容的另一端接地，所述第五运算放大器的负输入端连接第五运算放大器的输出端和缓冲芯片。

所述转速测量单元采用编码器。

所述检测控制单元为微处理器。

采用适用于电机操动机构的输入功率调节装置进行电机操动机构的输入功率调节方法，包括以下步骤：

步骤1：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制储能卸能单元中第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管的通断，并关断第八绝缘栅双极晶体管、导通第九绝缘栅双极晶体管；

步骤2：通过电压测量信号调理电路测量储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值和第二分压电阻的两端电压值，通过电流测量信号调理电路测量永磁无刷直流电机的当前电流，并传输至检测控制单元；

步骤3：通过检测控制单元根据储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值、第二分压电阻的两端电压值和永磁无刷直流电机的当前电流计算永磁无刷直流电机的当前供电电压值，并判断永磁无刷直流电机的当前供电电压值是否达到永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值，若是，执行步骤4，否则，返回步骤1；

步骤4：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元导通储能卸能单元中第八绝缘栅双极晶体管；

步骤5：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第二IGBT驱动单元，通过第二IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制电机驱动单元的第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第十三绝缘栅双极晶体管、第十四绝缘栅双极晶体管、第十五绝缘栅双极晶体管的通断来控制永磁无刷直流电机的导通顺序；

步骤6：通过转速测量单元测量永磁无刷直流电机的当前转速，并传输至检测控制单元；

步骤7：通过检测控制单元根据永磁无刷直流电机的当前转速计算永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值；

步骤8：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制储能卸能单元中第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管的通断，并导通第七绝缘栅双极晶体管；

步骤9：通过电压测量信号调理电路测量储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值和第二分压电阻的两端电压值，通过电流测量信号调理电路测量永磁无刷直流电机的当前电流，并传输至检测控制单元；

步骤10：通过检测控制单元根据储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值、第二分压电阻的两端电压值和永磁无刷直流电机的当前电流计算永磁无刷直流电机的当前供电电压值，并判断永磁无刷直流电机的当前供电电压值是否达到永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值，若是，执行步骤11，否则，返回步骤8；

步骤11：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元关断储能卸能单元中第七绝缘栅双极晶体管和第九绝缘栅双极性晶体管；

步骤12：通过转速测量单元测量永磁无刷直流电机的当前转速，并传输至检测控制单元；

步骤13：通过检测控制单元判断当前永磁无刷直流电机的当前转速是否发生变化，若是，返回步骤6，否则，返回步骤12。

本发明的有益效果：

本发明提出一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置及方法，由于电机操动机构的运行过程中，运行时间短，且在运行过程中负载在不断发生变化，与传统技术相比，本发明可以实时检测电机的转速，在电机运行过程中，实时检测电机的转速值，当负载发生变化导致电机的转速发生变化，主动快速调节电机的输入电压值，以此改变电机的输入功率，以匹配电机的负载反力。在不断开电机工作的过程中，可以主动快速调节直流电压值。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中适用于电机操动机构的输入功率调节装置的结构框图；

图2为本发明具体实施方式中适用于电机操动机构的输入功率调节装置的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中储能卸能单元的电路原理图；

图4为本发明具体实施方式中电压测量信号调理电路的电路原理图；

图5为本发明具体实施方式中电流测量信号调理电路的电路原理图；

图6为本发明具体实施方式中IGBT驱动单元的电路原理图；

图7为本发明具体实施方式中微处理器的电路原理图；

图8为本发明具体实施方式中适用于电机操动机构的输入功率调节装置的调节方法流程图；

图9为本发明具体实施方式中储能卸能单元中实现整流功能的部分电路；

图10为本发明具体实施方式中储能卸能单元中实现卸能功能的部分电路；

图11为本发明具体实施方式中负载反力曲线图；

图12为本发明具体实施方式中滤波电容做供电能源电压曲线图；

图13为本发明具体实施方式中输入功率主动快速调节装置电机供电电压曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细说明。

一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置，如图1所示，包括：检测控制单元、电压测量信号调理电路、电流测量信号调理电路、储能卸能单元、电机驱动单元和转速测量单元、第一IGBT驱动单元、第二IGBT驱动单元。

储能卸能单元的输入端连接三相电源，储能卸能单元的第一输出端连接电机驱动单元的输入端，储能卸能单元的第二输出端连接电流测量信号调理电路的输入端，储能卸能单元的第三输出端连接电压测量信号调理电路的输入端，电机驱动单元的输出端连接永磁无刷直流电机，转速检测单元的输入端连接永磁无刷直流电机，电流测量信号调理电路的输出端、电压测量信号调理电路的输出端和转速检测单元的输出端连接检测控制单元的输入端，检测控制单元的输出端连接第一IGBT驱动单元的输入端和第二IGBT驱动单元的输入端，第一IGBT驱动单元的输出端连接储能御能单元的控制端，第二IGBT驱动单元的输出端连接电机驱动单元的控制端。

如图2和图3所示，储能卸能单元，包括：第一绝缘栅双极晶体管T1、第二绝缘栅双极晶体管T2、第三绝缘栅双极晶体管T3、第四绝缘栅双极晶体管T4、第五绝缘栅双极晶体管T5、第六绝缘栅双极晶体管T6、第七绝缘栅双极晶体管T7、第八绝缘栅双极晶体管T8、第九绝缘栅双极晶体管T9、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第七续流二极管D7、第八续流二极管D8、第九续流二极管D9、第十六二极管D16、第十七二极管D17、滤波电容C1、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、卸能电阻R3和霍尔传感器；

第一绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接第二绝缘栅双极晶体管T2的集电极、第三绝缘栅双极晶体管T3的集电极、第一续流二极管D1的阴极、第二续流二极管D2的阴极、第三续流二极管D3的阴极和第十六二极管D16的阳极，第一绝缘栅双极晶体管T1的发射极连接第四绝缘栅双极晶体管T4的集电极、第一续流二极管D1的阳极、第四续流二极管D4的阴极和三相电源的第一输出端，第二绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接第二续流二极管D2的阳极、第五绝缘栅双极晶体管T5的集电极、第五续流二极管D5的阴极和三相电源的第二输出端，第三绝缘栅双极晶体管T3的发射极连接第三续流二极管D3的阳极、第六绝缘栅双极晶体管T6的集电极、第六续流二极管D6的阴极和三相电源的第三输出端，第四绝缘栅双极晶体管T4的发射极连接第五绝缘栅双极晶体管T5的发射极、第六绝缘栅双极晶体管T6的发射极、第四续流二极管D4的阳极、第五续流二极管D5的阳极、第六续流二极管D6的阳极、滤波电容C1的一端、卸能电阻R3的一端、第二分压电阻R2的一端和电机驱动单元的负向输入端，第十六二极管D16的阴极连接第十七二极管D17的阳极、滤波电容C1的另一端、第九绝缘栅双极晶体管T9的集电极、第九续流二极管D9的阴极、第八绝缘栅双极晶体管T8的发射极和第八续流二极管D8的阳极，第十七二极管D17的阴极连接第七绝缘栅双极晶体管T7的集电极和第七续流二极管D7的阴极，第七绝缘栅双极晶体管T7的发射极连接第七续流二极管D7的阳极和卸能电阻R3的另一端，第九绝缘栅双极晶体管T9的发射极连接第九续流二极管D9的阳极和第一分压电阻R1的一端，第一分压电阻R1的另一端连接第二分压电阻R2的另一端和电压测量信号调理电路的输入端，第八绝缘栅双极晶体管T8的集电极连接第八续流二极管D8的阴极和电机驱动电路正向输入端，霍尔传感器设置于储能卸能单元的第二输出端直流侧，霍尔传感器的输出端连接电流测量信号调理电路的输入端，第一绝缘栅双极晶体管T1的门级、第二绝缘栅双极晶体管T2的门级、第三绝缘栅双极晶体管T3的门级、第四绝缘栅双极晶体管T4的门级、第五绝缘栅双极晶体管T5的门级、第六绝缘栅双极晶体管T6的门级、第七绝缘栅双极晶体管T7的门级、第八绝缘栅双极晶体管T8的门级和第九绝缘栅双极晶体管T9的门级分别连接第一IGBT驱动电路单元的九路驱动接口。

本实施方式中，霍尔传感器的型号为HDC2500AK2H。

由图2可知，本实施方式中，电机驱动单元，包括：第十绝缘栅双极晶体管T10、第十一绝缘栅双极晶体管T11、第十二绝缘栅双极晶体管T12、第十三绝缘栅双极晶体管T13、第十四绝缘栅双极晶体管T14、第十五绝缘栅双极晶体管T15、第十续流二极管D10、第十一续流二极管D11、第十二续流二极管D12、第十三续流二极管D13、第十四续流二极管D14和第十五续流二极管D15；

第十绝缘栅双极晶体管T10的集电极连接第十一绝缘栅双极晶体管T11的集电极、第十二绝缘栅双极晶体管T12的集电极、第十续流二极管D10的阴极、第十一续流二极管D11的阴极、第十二续流二极管D12的阴极和储能卸能单元的第一输出端，第十绝缘栅双极晶体管T10的发射极连接第十续流二极管D10的阳极、第十三绝缘栅双极晶体管T13的集电极、第十三续流二极管D13的阴极和电动机的永磁无刷直流电机的第一输入端，第十一绝缘栅双极晶体管T11的发射极连接第十一续流二极管D11的阳极、第十四绝缘栅双极晶体管T14的集电极、第十四续流二极管D14的阴极和永磁无刷直流电机的第二输入端，第十二绝缘栅双极晶体管T12的发射极连接第十二续流二极管D12的阳极、第十五绝缘栅双极晶体管T15的集电极、第十五续流二极管D15的阴极和永磁无刷直流电机的第三输入端，第十三绝缘栅双极晶体管T13的发射极连接第十三续流二极管D13的阳极、第十四绝缘栅双极晶体管T14的发射极、第十四续流二极管D14的阳极、第十五绝缘栅双极晶体管T15的发射极、第十五续流二极管D15的阳极和储能卸能单元的第一输出端，第十绝缘栅双极晶体管T10的门极、第十一绝缘栅双极晶体管T11的门极、第十二绝缘栅双极晶体管T12的门极、第十三绝缘栅双极晶体管T13的门极、第十四绝缘栅双极晶体管T14的门极和第十五绝缘栅双极晶体管T15的门极分别连接第二IGBT驱动单元电路的六路驱动接口。

如图4所示，电压测量信号调理电路，包括：第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、光耦隔离芯片HCNR201、稳压二极管VD1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容C2和第三电容C3；

第一运算放大器U1的正输入端连接储能卸能单元的第三输出端，第一运算放大器U1的负输入端连接第一运算放大器U1的输出端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第二运算放大器U2的负输入端、第二电容C2的一端和光耦隔离芯片HCNR201的第3引脚，第二运算放大器U2的正输入端连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端接地，第二电容C2的另一端连接第二运算放大器U2的输出端和第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接光耦隔离芯片HCNR201的第1引脚，第三运算放大器U3的负输入端连接第七电阻R7的一端、第三电容C3的一端和光耦隔离芯片HCNR201的第6引脚，第三运算放大器U3的正输入端连接光耦隔离芯片HCNR201的第5引脚，并接地，第三运算放大器U3的输出端连接稳压二极管VD1的阳极、第七电阻R7的另一端和第三电容C3的另一端，稳压二极管VD1的阴极连接地，光耦隔离芯片HCNR201的第4引脚接地。

如图5所示，电流测量信号调理电路，包括：第四运算放大器U4、第五运算放大器U5、缓冲芯片74LVC245AD、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第四电容C4和第五电容C5；

第四运算放大器U4的正输入端连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端连接储能卸能单元的第二输出端，第四运算放大器U4的负输入端连接第九电阻R9的一端和第四电容C4的一端，第九电阻R9的另一端连接第四电容C4的另一端、第四运算放大器U4的输出端和第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端连接第五电容C5的一端和第五运算放大器U5的正输入端，第五电容C5的另一端接地，第五运算放大器U5的负输入端连接第五运算放大器U5的输出端和缓冲芯片74LVC245AD的A0引脚，缓冲芯片74LVC245AD的VCC引脚连接+5V电源，缓冲芯片74LVC245AD的Dir引脚接地，缓冲芯片74LVC245AD的B0引脚连接检测控制单元。

本实施方式中，第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第九绝缘栅双极晶体管、第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第十三绝缘栅双极晶体管、第十四绝缘栅双极晶体管、第十五绝缘栅双极晶体管的型号为FZ400R12KS4。FZ400R12KS4的IGBT模块的额定电流400A，额定电压1200V。

本实施方式中，如图6所示，为IGBT驱动单元电路，包括：驱动芯片EXN841、光耦隔离芯片TLP251、三极管、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第六电容C6和第七电容C7。

驱动芯片EXN841的第十五引脚连接第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端连接+15V电源，驱动芯片EXN841的第十四引脚连接三极管的集电极，三极管的基级连接检测控制单元，三极管的发射极连接光耦隔离芯片TLP251的1脚，光耦隔离芯片TLP251的2引脚接地，光耦隔离芯片TLP251的4引脚连接驱动芯片EXN841的5脚，光耦隔离芯片TLP251的3脚连接第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端连接驱动芯片EXN841的2脚、第六电容C6的一端以及+15电源，驱动芯片EXN841的9脚接地，驱动芯片EXN841的1脚连接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端连接驱动芯片EXN841的3脚、第六电容C6的另一端以及第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接绝缘栅双极晶体管的门级。

如图7所示，检测控制单元为微处理器，型号为TMS320F28335，此微处理器是TI公司生产的一款高性能DSP处理器。IGBT驱动单元直接连接到检测控制单元，电压测量信号调理电路和电流测量信号调理电路通过缓冲芯片743384连接到检测控制单元。

转速测量单元采用编码器，型号为IHA8030。

本实施方式中，采用适用于电机操动机构的输入功率调节装置进行电机操动机构的输入功率调节方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤1：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制储能卸能单元中第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管的通断，并关断第八绝缘栅双极晶体管、导通第九绝缘栅双极晶体管。

本实施方式中，如图9所示，为储能卸能单元中实现整流功能的部分电路。

步骤2：通过电压测量信号调理电路测量储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值和第二分压电阻的两端电压值，通过电流测量信号调理电路测量永磁无刷直流电机的当前电流，并传输至检测控制单元。

步骤3：通过检测控制单元根据储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值、第二分压电阻的两端电压值和永磁无刷直流电机的当前电流计算永磁无刷直流电机的当前供电电压值，并判断永磁无刷直流电机的当前供电电压值是否达到永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值，若是，执行步骤4，否则，返回步骤1。

步骤4：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元导通储能卸能单元中第八绝缘栅双极晶体管。

步骤5：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第二IGBT驱动单元，通过第二IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制电机驱动单元的第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第十三绝缘栅双极晶体管、第十四绝缘栅双极晶体管、第十五绝缘栅双极晶体管的通断来控制永磁无刷直流电机的导通顺序。

步骤6：通过转速测量单元测量永磁无刷直流电机的当前转速，并传输至检测控制单元。

步骤7：通过检测控制单元根据永磁无刷直流电机的当前转速计算永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值。

步骤8：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制储能卸能单元中第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管的通断，并导通第七绝缘栅双极晶体管。

本实施方式中，如图10所示，为储能卸能单元中实现卸能功能的部分电路。

步骤9：通过电压测量信号调理电路测量储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值和第二分压电阻的两端电压值，通过电流测量信号调理电路测量永磁无刷直流电机的当前电流，并传输至检测控制单元。

步骤10：通过检测控制单元根据储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值、第二分压电阻的两端电压值和永磁无刷直流电机的当前电流计算永磁无刷直流电机的当前供电电压值，并判断永磁无刷直流电机的当前供电电压值是否达到永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值，若是，执行步骤11，否则，返回步骤8。

步骤11：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元关断储能卸能单元中第七绝缘栅双极晶体管和第九绝缘栅双极性晶体管。

步骤12：通过转速测量单元测量永磁无刷直流电机的当前转速，并传输至检测控制单元。

步骤13：通过检测控制单元判断当前永磁无刷直流电机的当前转速是否发生变化，若是，返回步骤6，否则，返回步骤12。

如图11所示，为电机在运行过程中，随着电机的行程的不断变化，负载反力的变化图像。

安装储能卸能单元前后的永磁无刷直流电机供电电压值如图12和图13所示，从图中可以看出，未安装储能卸能单元前，永磁无刷直流电机的供电采用电容器供电，电压随形成的增加不断减小，而安装储能卸能单元后，永磁无刷直流电机的供电电压随负载的变化而不断变化。

Claims (8)

1.一种适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，包括：检测控制单元、电压测量信号调理电路、电流测量信号调理电路、储能卸能单元、电机驱动单元和转速测量单元、第一IGBT驱动单元、第二IGBT驱动单元；

所述储能卸能单元的输入端连接三相电源，所述储能卸能单元的第一输出端连接电机驱动单元的输入端，所述储能卸能单元的第二输出端连接电流测量信号调理电路的输入端，所述储能卸能单元的第三输出端连接电压测量信号调理电路的输入端，所述电机驱动单元的输出端连接永磁无刷直流电机，所述转速检测单元的输入端连接永磁无刷直流电机，所述电流测量信号调理电路的输出端、电压测量信号调理电路的输出端和转速检测单元的输出端连接检测控制单元的输入端，所述检测控制单元的输出端连接第一IGBT驱动单元的输入端和第二IGBT驱动单元的输入端，所述第一IGBT驱动单元的输出端连接储能御能单元的控制端，所述第二IGBT驱动单元的输出端连接电机驱动单元的控制端。

2.根据权利要求1所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，所述储能卸能单元，包括：第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第九绝缘栅双极晶体管、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第七续流二极管、第八续流二极管、第九续流二极管、第十六二极管、第十七二极管、滤波电容、第一分压电阻、第二分压电阻、卸能电阻和霍尔传感器；

所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极连接第二绝缘栅双极晶体管的集电极、第三绝缘栅双极晶体管的集电极、第一续流二极管的阴极、第二续流二极管的阴极、第三续流二极管的阴极和第十六二极管的阳极，所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极连接第四绝缘栅双极晶体管的集电极、第一续流二极管的阳极、第四续流二极管的阴极和三相电源的第一输出端，所述第二绝缘栅双极晶体管的发射极连接第二续流二极管的阳极、第五绝缘栅双极晶体管的集电极、第五续流二极管的阴极和三相电源的第二输出端，所述第三绝缘栅双极晶体管的发射极连接第三续流二极管的阳极、第六绝缘栅双极晶体管的集电极、第六续流二极管的阴极和三相电源的第三输出端，所述第四绝缘栅双极晶体管的发射极连接第五绝缘栅双极晶体管的发射极、第六绝缘栅双极晶体管的发射极、第四续流二极管的阳极、第五续流二极管的阳极、第六续流二极管的阳极、滤波电容的一端、卸能电阻的一端、第二分压电阻的一端和电机驱动单元的负向输入端，所述第十六二极管的阴极连接第十七二极管的阳极、滤波电容的另一端、第九绝缘栅双极晶体管的集电极、第九续流二极管的阴极、第八绝缘栅双极晶体管的发射极和第八续流二极管的阳极，所述第十七二极管的阴极连接第七绝缘栅双极晶体管的集电极和第七续流二极管的阴极，所述第七绝缘栅双极晶体管的发射极连接第七续流二极管的阳极和卸能电阻的另一端，所述第九绝缘栅双极晶体管的发射极连接第九续流二极管的阳极和第一分压电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻的另一端和电压测量信号调理电路的输入端，所述第八绝缘栅双极晶体管的集电极连接第八续流二极管的阴极和电机驱动电路正向输入端，所述霍尔传感器设置于储能卸能单元的第二输出端直流侧，所述霍尔传感器的输出端连接电流测量信号调理电路的输入端，所述第一绝缘栅双极晶体管的门极、第二绝缘栅双极晶体管的门极、第三绝缘栅双极晶体管的门极、第四绝缘栅双极晶体管的门极、第五绝缘栅双极晶体管的门极、第六绝缘栅双极晶体管的门极、第七绝缘栅双极晶体管的门极、第八绝缘栅双极晶体管的门极和第九绝缘栅双极晶体管的门极分别连接第一IGBT驱动电路单元的九路驱动接口。

3.根据权利要求1所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，所述电机驱动单元，包括：第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第十三绝缘栅双极晶体管、第十四绝缘栅双极晶体管、第十五绝缘栅双极晶体管、第十续流二极管、第十一续流二极管、第十二续流二极管、第十三续流二极管、第十四续流二极管和第十五续流二极管；

所述第十绝缘栅双极晶体管的集电极连接第十一绝缘栅双极晶体管的集电极、第十二绝缘栅双极晶体管的集电极、第十续流二极管的阴极、第十一续流二极管的阴极、第十二续流二极管的阴极和储能卸能单元的第一输出端，所述第十绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十续流二极管的阳极、第十三绝缘栅双极晶体管的集电极、第十三续流二极管的阴极和电动机的永磁无刷直流电机的第一输入端，所述第十一绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十一续流二极管的阳极、第十四绝缘栅双极晶体管的集电极、第十四续流二极管的阴极和永磁无刷直流电机的第二输入端，所述第十二绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十二续流二极管的阳极、第十五绝缘栅双极晶体管的集电极、第十五续流二极管的阴极和永磁无刷直流电机的第三输入端，所述第十三绝缘栅双极晶体管的发射极连接第十三续流二极管的阳极、第十四绝缘栅双极晶体管的发射极、第十四续流二极管的阳极、第十五绝缘栅双极晶体管的发射极、第十五续流二极管的阳极和储能卸能单元的第一输出端，所述第十绝缘栅双极晶体管的门极、第十一绝缘栅双极晶体管的门极、第十二绝缘栅双极晶体管的门极、第十三绝缘栅双极晶体管的门极、第十四绝缘栅双极晶体管的门极和第十五绝缘栅双极晶体管的门极分别连接第二IGBT驱动单元电路的六路驱动接口。

4.根据权利要求1所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，所述电压测量信号调理电路，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、光耦隔离芯片、稳压二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容和第三电容；

所述第一运算放大器的正输入端连接储能卸能单元的第三输出端，所述第一运算放大器的负输入端连接第一运算放大器的输出端和第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接第二运算放大器的负输入端、第二电容的一端和光耦隔离芯片，所述第二运算放大器的正输入端连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，所述第二电容的另一端连接第二运算放大器的输出端和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接光耦隔离芯片，所述第三运算放大器的负输入端连接第七电阻的一端、第三电容的一端和光耦隔离芯片，所述第三运算放大器的正输入端连接光耦隔离芯片，并接地，所述第三运算放大器的输出端连接稳压二极管的阳极、第七电阻的另一端和第三电容的另一端，所述稳压二极管的阴极连接地。

5.根据权利要求1所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，所述电流测量信号调理电路，包括：第四运算放大器、第五运算放大器、缓冲芯片、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容和第五电容；

所述第四运算放大器的正输入端连接第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接储能卸能单元的第二输出端，所述第四运算放大器的负输入端连接第九电阻的一端和第四电容的一端，所述第九电阻的另一端连接第四电容的另一端、第四运算放大器的输出端和第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端连接第五电容的一端和第五运算放大器的正输入端，所述第五电容的另一端接地，所述第五运算放大器的负输入端连接第五运算放大器的输出端和缓冲芯片。

6.根据权利要求1所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，所述转速测量单元采用编码器。

7.根据权利要求1所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置，其特征在于，所述检测控制单元为微处理器。

8.采用权利要求1或2所述的适用于电机操动机构的输入功率调节装置进行电机操动机构的输入功率调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制储能卸能单元中第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管的通断，并关断第八绝缘栅双极晶体管、导通第九绝缘栅双极晶体管；

步骤2：通过电压测量信号调理电路测量储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值和第二分压电阻的两端电压值，通过电流测量信号调理电路测量永磁无刷直流电机的当前电流，并传输至检测控制单元；

步骤3：通过检测控制单元根据储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值、第二分压电阻的两端电压值和永磁无刷直流电机的当前电流计算永磁无刷直流电机的当前供电电压值，并判断永磁无刷直流电机的当前供电电压值是否达到永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值，若是，执行步骤4，否则，返回步骤1；

步骤4：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元导通储能卸能单元中第八绝缘栅双极晶体管；

步骤5：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第二IGBT驱动单元，通过第二IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制电机驱动单元的第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第十三绝缘栅双极晶体管、第十四绝缘栅双极晶体管、第十五绝缘栅双极晶体管的通断来控制永磁无刷直流电机的导通顺序；

步骤6：通过转速测量单元测量永磁无刷直流电机的当前转速，并传输至检测控制单元；

步骤7：通过检测控制单元根据永磁无刷直流电机的当前转速计算永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值；

步骤8：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元根据PWM控制信号控制储能卸能单元中第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管的通断，并导通第七绝缘栅双极晶体管；

步骤9：通过电压测量信号调理电路测量储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值和第二分压电阻的两端电压值，通过电流测量信号调理电路测量永磁无刷直流电机的当前电流，并传输至检测控制单元；

步骤10：通过检测控制单元根据储能卸能单元中第一分压电阻两端电压值、第二分压电阻的两端电压值和永磁无刷直流电机的当前电流计算永磁无刷直流电机的当前供电电压值，并判断永磁无刷直流电机的当前供电电压值是否达到永磁无刷直流电机的当前供电电压目标值，若是，执行步骤11，否则，返回步骤8；

步骤11：通过检测控制单元发送PWM控制信号至第一IGBT驱动单元，通过第一IGBT驱动单元关断储能卸能单元中第七绝缘栅双极晶体管和第九绝缘栅双极性晶体管；

步骤12：通过转速测量单元测量永磁无刷直流电机的当前转速，并传输至检测控制单元；

步骤13：通过检测控制单元判断当前永磁无刷直流电机的当前转速是否发生变化，若是，返回步骤6，否则，返回步骤12。