CN108809168A - 三相同步电机直流转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三相同步电机直流转换器，可广泛的应用于电动车，模型机、轴流风机、果汁机、可充电电动工具、太阳能动力水泵等领域动力电机驱动，图中T1、T2、T3为三个P沟道场效应三极管，电容C1、C2、C3与电阻R4、R5、R6为三相振荡RC，R1、R2、R3为放电限流电阻，C4、C5、C6为副输出电容，二极管D1‑‑D6为主副输出电流方向控制，输出三相由低至高双联交叉单向波，R为速度微调电位器，T4为高频振荡加载波N沟道场效应三极管，R7、R8与C7、C8为高频振荡RC，R9为T4栅极电阻，光耦OS1的D7为放电二极管，输出Uoa、Uob、Uoc三相，及Uoo为0线的开环三相四线制星形连接。

Description

三相同步电机直流转换器

技术领域

本发明涉及三相同步电机直流转换器，可广泛的应用于电动车，模型机、轴流风机、果汁机、可充电电动工具、太阳能动力水泵等领域动力电机驱动。

背景技术

无刷直流或同步电机的应用十分广泛，大量电动车、工具等等，持续负载应用主要只需一定转速，但是对转速精度要求不高，如风扇、抽水机等多为开环控制，可变负载应用主要是对电机转速有更高要求，如家用电器甩干机、压缩机，汽车中的油泵等相对更高，而大部分工控电机为定位应用，对动态响应和转矩有特别的要求，实用性无刷电机不仅限于信号传感，因其组成不一样，它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命，还涉及制造费用及产品成本，新式电机应用无刷电机的品种很多，但性能优良的受价格限制，驱动电机及性能要求难以形成便捷应用，由于无刷电机免碳刷维护，要在特性上达到相当于直流电机的性能，则须用复杂控制技术，而传统的BLDCM控制电路，多采用单片机控制，由于受CPU运算速度限制，难以实现瞬时控制，特别是车载应用很难做到闭环。

发明内容

同步电机即以电子方式控制线圈通电转换，得到类似直流电机特性又没有机构缺失的一种应用，异步电机转子为线圈励磁，同步电机转子为永磁，永磁贴装的极性不同或定子线圈绕向不同，电路控制方法也不同，同步电机产生了多种应用，三相振荡转换器以晶体管振荡三相连续相位波，经过交叉电容及二极管控向的付线圈半波，输出三相交叉相位波，而相邻线圈分别对两个铁芯套绕，绕线同向磁极同向，相当于磁极在一个线圈的两个中心上移步，能减少相隔磁极在失步时产生反向力而引起电机振动，再对每一个相位波以加载波，能加大线径减少电机线圈圈数，还可磁芯代替铁芯，能减少电机重量体积及成本，开环转换器能满足一般电机起动及同步运转要求，由于直接三相振荡，转换器适应电源宽，特别是闭环控制以霍尔元件检测转子磁芯与线圈夹角位置，在夹角以外时降低振荡频率等待到位，当磁芯进入到有效磁矩夹角范围内时，以设定频率振荡至转换到下一个线圈，闭环控制可以达到从电机起动到额定转速时最大同向输出扭矩，且闭环控制仅由光耦控制振荡RC，开环控制时微量调节下为转换器模式，而闭环时大范围的速度调节为标准的同步变频器。

附图说明

如图1所示为应用本发明同步电机开环直流转换器电路图

如图2所示为应用本发明同步电机闭环直流变频器电路图

如图3所示为应用本发明同步电机闭环直流电动车电路图

如图4所示为应用本发明同步电机开环直流转换器波形图

具体实施方式

如图1所示为应用本发明同步电机开环直流转换器电路图，图中T1、T2、T3为三个P沟道场效应三极管，TO252为贴片封装型号，电容C1、C2、C3与电阻R4、R5、R6为三相振荡RC，电容1812与电阻2010为贴片封装型号，R1、R2、R3为放电限流电阻，C4、C5、C6为副输出电容，二极管D1--D6为主副输出电流方向控制，M7为二极管贴片封装型号，输出三相由低至高双联交叉单向波，R为速度微调电位器，T4为高频振荡加载波N沟道场效应三极管，R7、R8与C7、C8为高频振荡RC，R9为T4栅极电阻，光耦OS1为SOP4贴片封装，输出Uoa、Uob、Uoc三相，及Uoo为0线的开环三相四线制星形连接。工作过程为，三极管T4与光耦OS1构成高频加载波振荡，R8、C7与负载Ro为振荡截止时间，R7、C8与R9为振荡脉宽，D7为高频振荡放电二极管，电位器R加上电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6与电容C1、C2、C3在三极管T1、T2、T3上构成三相振荡，且R1、R2、R3在截止时为电容C1、C2、C3放电回路限流电阻，电容C4、C5、C6为三相输出副回路，二极管D2、D4、D6为三相输出主回路单向控制，二极管D1、D3、D5为电机负载续流及输出副回路单向控制，三相主副回路输出6个波形，每两个主副波形为一组，三相两两相交，电阻R4、R5、R6为三相振荡偏直流维持，保持三相振荡与高频振荡既加载又互不影响。当接通输入直流时，三极管T1、T2、T3有一个最先导通，另外两个三极管中有一个一定截止，另一个随后导通，当另一个导通后，上一轮导通的一个一定截止，截止的一个开始对电容充电，在同一个时段三个三极管，一个导通一个钳位截止一个截止在充电。例如当三极管T1导通时，T2被钳位截止，T3通过R2、R5对电容C3充电过程截止，此时Uoa为主输出回路，Uoc为副输出回路，高频载波导通时由+Ui→T1→C4→Uoc→电机→Uoo→T4→Ui-给C4充电，高频截止时C4放电通过D7→Uoa→电机→Uoo→D1→C4。当T3充电导通后，T1被钳位截止，T2开始对电容C2充电过程截止，此时Uoc为主输出回路，Uob为副输出回路，下一个周期，T2导通，T3钳位截止，T1充电过程截止。循环过程产生三相振荡，每相输出由低幅值再高幅值再0值变化，三相交叉相位差为120°。

如图2所示为应用本发明同步电机闭环直流变频器电路图，图中与定子线槽数量相同的转子检测磁芯一一对应，单极霍尔HAL131检测输出步进信号，HAL131输入为单磁极磁感应强度，输出为数字信号，三相振荡移动一位，同步电机步进一步，单极霍尔输出一个脉冲，在有效扭矩夹角以外输出为1，R11上的高电位让振荡的频率很低，三相振荡现有的输出让电机旋转至有效扭矩夹角内，霍尔输出为0，R11短接，振荡为正常频率在有效扭矩内振荡移位，霍尔再检测电机是否到下一个位置，对电机进行振荡移位与电机移步对应闭环控制，R10分压C9蓄能，霍尔得到Dw值下供电电压，其余三相振荡与图1开环转换器电路相同，而电位器的调速范围可以任意设定。三相振荡下的位置闭环，是非常简便的一个负反馈应用，在时间上也是同时的，减少了数字计算的速度影响，对车载需要的瞬时控制，具有深远的优势，电路元件少，能降低大量应用的成本。

如图3所示为应用本发明同步电机闭环直流电动车电路图，图中闭环变频调速与图2相同，电位器R改为线性霍尔SX49E做电动车手把控制，SX49E输出电压随磁通量的变化而变化，在无磁场的情况下，输出为半电源电压，有S极磁场时输出电压过半值升高，N极磁场时输出电压低于半值下降，且上升下降是对称的，闭环霍尔与手把霍尔的Vdd由R10分压Dw稳压得到，SX49E通过线性调节光耦OS2的输出，代替电位器的调节，R11为闭环控制电阻，R12为OS2输入限流电阻，全贴片微型变频控制，有利于轻便电动车安装，三相振荡主电路可以36V、48V、64V、72V通用，加载波可以让电动车电机更小更轻更耐用。

如图4所示为应用本发明同步电机开环直流转换器波形图，图中三相振荡与高频振荡复合加载波输出为Uoa、Uob、Uoc，每一个线圈先低幅值再高幅值变化，轮空为3分之1脉宽，三相输出在时间上两两交叉，相位差为120°，副输出电压幅值可通过改变交叉电容大小及加载波的频率而改变，可达到主副幅值相同，当三相频率改变时，加载波频率不变，速度的改变对电机感抗没有影响，对于加载波的振荡频率，电机磁芯采用铁氧体时重量轻，相似于开关电源，高频加载波有利于线圈大线径少圈数，对新型电机应用能带来广阔前景。

Claims (1)

1.本发明涉及三相同步电机直流转换器，可广泛的应用于电动车，模型机、轴流风机、果汁机、可充电电动工具、太阳能动力水泵等领域动力电机驱动，三相振荡转换器以晶体管振荡三相连续相位波，经过交叉电容及二极管控向的付线圈半波，输出三相交叉相位波，而相邻线圈分别对两个铁芯套绕，绕线同向磁极同向，相当于磁极在一个线圈的两个中心上移步，能减少相隔磁极在失步时产生反向力而引起电机振动，再对每一个相位波以加载波，能加大线径减少电机线圈圈数，还可磁芯代替铁芯，能减少电机重量体积及成本，开环转换器能满足一般电机起动及同步运转要求，由于直接三相振荡，转换器适应电源宽，特别是闭环控制以霍尔元件检测转子磁芯与线圈夹角位置，在夹角以外时降低振荡频率等待到位，当磁芯进入到有效磁矩夹角范围内时，以设定频率振荡至转换到下一个线圈，闭环控制可以达到从电机起动到额定转速时最大同向输出扭矩，且闭环控制仅由光耦控制振荡RC，开环控制时微量调节下为转换器模式，而闭环时大范围的速度调节为标准的同步变频器。