CN109462359A - 一种电机的限流保护控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机的限流保护控制器，电压采样电路，第一控制器，第二控制器，电流采样电路，其采集与电压采集电路对应定子绕组相上的电流信号，电流采样电路的输出端连接一第三控制器；分压电路，升压电路，比较器，稳压单元，其包括一可充电的电池组和设置在电池组两端的稳压电容，电池组的输入端通过一充电器连接在一电源上，电机电源输出端连接一功率驱动单元的输出端，功率驱动单元的电源输入端通过第一开关组连接在三相交流电源上；稳压电容两端通过第二开关组连接在功率驱动单元的直流母线上。本发明根据电机绕组上的电压大小和电流变化率来实时调整电机的限流值，有效保障了电机的安全运行，避免过电流造成电机损坏。

Description

一种电机的限流保护控制器

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机的限流保护控制器。

背景技术

电机在运行过程中，工作电流有时会超过系统安全范围，导致电机运行故障或损坏，为此，通常会在电机控制器中设置有一限流控制器，为了让工作电流被限制在系统安全范围内。

控制器工作时，不是一直处于限流状态，只有当电机工作电流大于限流值时，控制器才会进行限流。一般在以下几种情况下，电机工作电流会超范围，第一种情况及时电机起步加速阶段，电机转速很低，导致电机工作电流很大；第二种情况是负载加大；第三中情况是高速运转。

为了提高控制器的限流值，现有技术中通常会采用大限流值的控制器，但这种大限流值控制器成本高，且限流值固定，没有针对性，限流效果不好。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是提供一种电机的限流保护控制器，根据电机绕组上的电压大小和电流变化率来实时调整电机的限流值，有效保障了电机的安全运行，避免过电流造成电机损坏。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种电机的限流保护控制器，包括：

电压采样电路，其采集电机任一相定子绕组上的电压信号；

第一控制器，其输入端连接所述电压采样电路的第一输出端；

第二控制器，其输入端连接所述电压采样电路的第二输出端；

电流采样电路，其采集与电压采集电路对应定子绕组相上的电流信号，所述电流采样电路的输出端连接一第三控制器；

分压电路，其包括串联连接的第一电阻和第三电阻，以及并联在所述第一电阻两端的第一开关管和第二电阻，所述第一开关管和第二电阻串联设置，所述第一开关管的控制端连接所述第一控制器的输出端，所述第三电阻另一端接地；

升压电路，其控制端与所述第三控制器的输出端连接，所述第二控制器的第一输出端连接一第一电压放大器的第一端，所述第二控制器的第二输出端连接一第二电压放大器的第一端，所述第二电压放大器的输出端连接所述升压电路的输入端，所述第一电压放大器的输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电压放大器和第二电压放大器的第二端共接地；

比较器，其第一输入端连接所述第三电阻的第一端，所述比较器的第二输入端连接所述升压电路的输出端，所述比较器的输出端连接电机控制器输入端；以及

稳压单元，其包括一可充电的电池组和设置在所述电池组两端的稳压电容，所述电池组的输入端通过一充电器连接在一电源上，所述电机电源输出端连接一功率驱动单元的输出端，所述功率驱动单元的电源输入端通过第一开关组连接在三相交流电源上；所述稳压电容两端通过第二开关组连接在所述功率驱动单元的直流母线上，所述电池组充电终止电压值大于电机的额定电压。

优选的，所述第一电阻的阻值大于第三电阻的阻值，所述第二电阻的阻值小于所述第三电阻的阻值。

优选的，所述第一电压放大器的放大倍率大于所述第二电压放大器的放大倍率，所述第一电压放大器和第二电压放大器的第二端通过一第六电阻接地。

优选的，所述第一控制器和第三控制器的输出信号为脉宽调制信号。

优选的，所述第一控制器的输出脉宽调制信号的占空比与所述采集相定子绕组上的电压成正比。

优选的，所述第三控制器的输出脉宽调制信号的占空比与所述采集相定子绕组上的电流变化率成正比。

优选的，所述升压电路包括依次串联连接的电感、二极管、第四电阻和第五电阻，以及第一端连接在所述电感和二极管之间的第二开关管、第一端连接在所述二极管和第四电阻之间的第一电容，所述第二开关管的控制端与所述第三控制器的输出端连接，所述第二开关管的第二端、第一电容的第二端与第五电阻第二端共接且接地；

优选的，所述电感的第二端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接所述第四电阻的第一端，所述第一电容两端还并联一稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述第一电容的第二端连接，所述稳压二极管的负极与所述第一电容的第一端连接。

优选的，各个所述开关管和开关组为可控开关，各个可控开关与所述电机控制器连接，所述第一控制器和第二控制器的输出端还连接所述电机控制器输入端。

优选的，所述电机控制器中设置有一标准驱动信号发生器，所述稳压单元还包括一比较模块，其与所述电机控制器连接，所述比较模块用于产生三相交流电源的输入电压与标准驱动信号电压之间的差值信号。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

1、本发明根据电机定子电流变化率和电机功率驱动单元的直流电压作为参考变量，来实时调整电机电流限流值，电机限流值更为精确合理，提高了电机运行的可靠性和安全性，有效避免因长时间过电流运行而导致电机损坏；

2、有效消除电网扰动对电机控制的影响，有效提高了对电机的控制精度，且进一步提高了电机限流值的精确度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种电机的限流保护控制器，其中：

电压采样电路1的输入端连接在电机任一相定子绕组上，采集该相上的电压信号，该电压信号为电压有效值的绝对值，本实施例中，电压采样电路1实时采集电机A相定子绕组上的电压信号Uo。

电机电源输出端连接一功率驱动单元11的输出端，功率驱动单元11包括整流模块8和逆变模块9，功率驱动单元11的输入端通过第一开关组S1连接三相交流电源10，功率驱动单元11的输出端连接电机电源输入端，正常状态时，三相交流电源10通过功率驱动单元11为电机供电，功率驱动单元11与电机控制器连接，受电机控制器控制，从而使得电机控制器控制电机的运行。

稳压单元用于稳定电机的输入电源，以消除由于大幅度电源电压波动而对电机限流值造成的影响，所述稳压单元包括一可充电的电池组7和设置在所述电池组7两端的稳压电容C2，所述电池组7的输入端通过一充电器连接在一电源上，该电源可以是电机所用的三相交流电源，所述稳压电容C2两端通过第二开关组S2连接在所述功率驱动单元11的直流母线上，所述电池组7充电终止电压值大于电机的额定电压，具体的，电池组7的充电终止电压值为电机额定电压的倍。

所述电机控制器中设置有一标准驱动信号发生器，用于生产用于电机控制的标准驱动信号，所述稳压单元还包括一比较模块，其与所述电机控制器连接，所述比较模块用于产生三相交流电源的输入电压与标准驱动信号电压之间的差值信号。

具体的，稳压单元用于稳定电机输入电源的稳定性，避免三相交流电源有较大的波对动电机限流值造成影响。具体的，在控制电机运行的过程中，实时采集电机的三相输入相电压和相电流，也就是三相交流电源10的相电压和相电流，当测量到三相交流电源10中至少有一相输入相电压超过设定电压范围时，相电压的设定电压范围可以是标准驱动信号电压的±5％，则将所述三相交流电源10从供电线路中切除，断开S1，闭合S2，将所述稳压电容C2两端通过第二开关组S2连接在所述功率驱动单元11的直流母线上，为电机供电，电机控制器控制器根据标准驱动信号发生器提供的标准驱动信号，产生对应的控制信号，控制逆变模块9工作，以控制逆变模块9输出的三相交流源，驱动电机运转。

因为该三相交流源为稳定的稳压电容C2的两端作为直流逆变电源，稳压电容C2的两端电压通过电池组7和充电器稳定保持在电机额定电压的倍，因此保证了该三相交流源稳定，且保持与标准驱动信号一致，由此，电机可以得到精确控制，以消除三相交流电源波动对电机运转造成的影响，提高电机限流值的精确度。

直到三相交流电源10的相电压重新满足所述设定范围时，将稳压电容C2两端从所述功率驱动单元11的直流母线上切除，将电机的电源输入端，也就是整流模块8的输入端重新与三相交流电源10连接，通过三相交流电源10为电机供电，如果三相交流电源10长期处于大幅度波动状态，则可通过一交流稳压器稳压后再提供到电机上，否则电池组7长期处于充放电状态，影响使用寿命，且长期工作状态下，会大量发热导致能耗提高。

第一控制器2的输入端连接所述电压采样电路1的第一输出端。第二控制器3的输入端连接所述电压采样电路1的第二输出端，将采集到的电机A相定子绕组上的电压信号Uo分别传送至第一控制器2和第二控制3中。

第一控制器2根据电机A相定子绕组上的电压信号Uo，生成第一脉宽调制信号，第一控制器2输出的第一脉宽调制信号的占空比与所述电机A相定子绕组上的电压信号Uo成正比。

第二控制器3根据电机A相定子绕组上的电压信号Uo，生成一个电压信号Up，该电压信号Up也与电机A相定子绕组上的电压信号Uo成正比，且该电压信号Up小于Uo。

电流采样电路4的输入端采集电机A相定子绕组上的电流信号I，电流信号I为电流有效值的绝对值，所述电流采样电路4的输出端连接一第三控制器5，第三控制器5根据电机转送信号n生成一第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比τ与电流信号I变化率成正比。

分压电路包括串联连接的第一电阻R1和第三电阻R3，以及并联在所述第一电阻R1两端的第一开关管Q1和第二电阻R2，所述第一开关管Q1和第二电阻R2串联设置，所述第一开关管Q1的控制端连接所述第一控制器2的输出端，所述第三电阻R3另一端接地，第一脉宽调制信号控制第一开关管Q1的开关频率。

其中第一电阻R1的阻值大于第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值小于所述第三电阻R3的阻值。

升压电路包括依次串联连接的电感L1、二极管D1、第四电阻R4和第五电阻R5，以及第一端连接在所述电感L1和二极管D1之间的第二开关管Q2、第一端连接在所述二极管D1和第四电阻R4之间的第一电容C1，所述第二开关管Q2的控制端与所述第三控制器5的输出端连接，第二脉宽调制信号控制第二开关管Q2的开关频率，所述第二开关管Q2的第二端、第一电容C1的第二端与第五电阻R5第二端共接且接地。

所述电感L1的第二端连接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极连接所述第四电阻R4的第一端，所述第一电容C1两端还并联一稳压二极管ZD1，所述稳压二极管ZD1的正极与所述第一电容C1的第二端连接，以稳定第一电容C1两端电压，所述稳压二极管ZD1的负极与所述第一电容C1的第一端连接。

所述第一控制器2和第二控制器3的输出端还连接所述电机控制器输入端，将第一控制器2生成的第一脉宽调制信号及第二控制器3生成的电压信号Up传送至电机控制器中。所述第二控制器3的第一输出端连接一第一电压放大器A1的第一端，所述第二控制器3的第二输出端连接一第二电压放大器A2的第一端，将第二控制器3生成的电压信号Up分别传送至第一电压放大器A1和第二电压放大器A2中，经过第一电压放大器A1电压放大后，第一电压放大器A1生成电压Up₁，经过第二电压放大器A2放大后，第二电压放大器A2生成电压Up₂，第二电压放大器A2和第二电压放大器A2的第二端共接地。

所述第二电压放大器A2的输出端连接所述电感L1的第一端，给升压电路一电压Up₂，所述第一电压放大器A1的输出端连接所述第一电阻R1的第一端，给分压电路一电压Up₁，其中，所述第一电压放大器A1的放大倍率大于所述第二电压放大器A2的放大倍率，所述第一电压放大器A1和第二电压放大器A2的第二端通过一第六电阻R6接地。

比较器UI的第一输入端连接所述第三电阻R3的第一端，所述比较器UI的第二输入端连接所述第五电阻R5的第一端，也就是将第五电阻R5上的电压送入至比较器UI的第二输入端，将第三电阻R3上的电压送入至比较器UI的第一输入端，比较器UI比较第三电阻R3和第五电阻R5上的电压大小，如果第五电阻R5上的电压大于第三电阻R3上的电压，则比较器UI输出高电平，否则输出低电平，所述比较器UI的输出端连接所述电机控制器输入端，将比较器UI的输出输出信号传送至电机控制器。

上述技术方案中，各个所述开关管和开关组为可控开关，各个可控开关与所述电机控制器连接。第一电压放大器和第二电压放大器的放大倍数、以及第一电阻至第五电阻的阻值可根据电机参数设定。

工作过程如下：

电压采样电路1采集电机A相定子绕组上的电压信号Uo，并传送至第一控制器2和第二控制器3，第一控制器2根据电压Uo的大小生成第一脉宽调制信号，控制第一开关管Q1的通断，第二控制器3根据电压Uo的大小生成电压信号Up，分别传送至第一电压放大器A1和第二电压放大器A2中，经过第一电压放大器A1电压放大后，第一电压放大器A1生成电压Up₁，经过第二电压放大器A2放大后，第二电压放大器A2生成电压Up₂，Up₂小于Up₁，第一开关管Q1断开时，第三电阻R3上的电压为第一开关管Q1闭合时，第三电阻R3上的电压为由于，第一电阻R1的阻值大于第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值小于所述第三电阻R3的阻值，因此，第三电阻R3上的电压随第一开关管Q1开关频率的改变而改变，第一脉宽调制信号的占空比越高，第三电阻R3上的电压越大，也就是电机A相定子绕组上的电压信号Uo的越大，第三电阻R3上的电压越大。

电压Up₂被送入到升压电路输入端，同时，电流采样电路4的输入端采集电机A相定子绕组上的电流信号I，第三控制器5根据电流信号I的变化率生成一第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比与所述电流信号I变化率成正比，控制第二开关管Q2的通断，升压电路的输出电压随第二脉宽调制信号占空比的增大而增大，经过升压电路电压放大后，第五电阻R5上的电压被送入到比较器UI的第二输入端，第三电阻R3上的电压被送入到比较器UI的第一输入端。

当电压大于第三电阻R3上的电压时，则比较器UI输出高电平，电机控制器接收到高电平后，电机控制器根据第一脉宽调制信号的占空比和Up₁算出第三电阻R3上的电压，即可得出此时电机的限流值，该限流值为此时第三电阻R3上的电压与第三电阻R3阻值的比值，将功率驱动单元11的直流正极母线上的电流限制在此限流值之上。如果比较器UI输出低电平，则无需限制电机的输入功率。

由上所述，本发明根据电机定子电流变化率和电机功率驱动单元的直流电压作为参考变量，来实时调整电机电流限流值，电机限流值更为精确合理，提高了电机运行的可靠性和安全性，有效避免因长时间过电流运行而导致电机损坏；同时，有效消除电网扰动对电机控制的影响，有效提高了对电机的控制精度，且进一步提高了电机限流值的精确度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种电机的限流保护控制器，其特征在于，包括：

电压采样电路，其采集电机任一相定子绕组上的电压信号；

第一控制器，其输入端连接所述电压采样电路的第一输出端；

第二控制器，其输入端连接所述电压采样电路的第二输出端；

电流采样电路，其采集与电压采集电路对应定子绕组相上的电流信号，所述电流采样电路的输出端连接一第三控制器；

分压电路，其包括串联连接的第一电阻和第三电阻，以及并联在所述第一电阻两端的第一开关管和第二电阻，所述第一开关管和第二电阻串联设置，所述第一开关管的控制端连接所述第一控制器的输出端，所述第三电阻另一端接地；

升压电路，其控制端与所述第三控制器的输出端连接，所述第二控制器的第一输出端连接一第一电压放大器的第一端，所述第二控制器的第二输出端连接一第二电压放大器的第一端，所述第二电压放大器的输出端连接所述升压电路的输入端，所述第一电压放大器的输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电压放大器和第二电压放大器的第二端共接地；

比较器，其第一输入端连接所述第三电阻的第一端，所述比较器的第二输入端连接所述升压电路的输出端，所述比较器的输出端连接电机控制器输入端；以及

稳压单元，其包括一可充电的电池组和设置在所述电池组两端的稳压电容，所述电池组的输入端通过一充电器连接在一电源上，所述电机电源输出端连接一功率驱动单元的输出端，所述功率驱动单元的电源输入端通过第一开关组连接在三相交流电源上；所述稳压电容两端通过第二开关组连接在所述功率驱动单元的直流母线上，所述电池组充电终止电压值大于电机的额定电压。

2.如权利要求1所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述第一电阻的阻值大于第三电阻的阻值，所述第二电阻的阻值小于所述第三电阻的阻值。

3.如权利要求2所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述第一电压放大器的放大倍率大于所述第二电压放大器的放大倍率，所述第一电压放大器和第二电压放大器的第二端通过一第六电阻接地。

4.如权利要求3所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述第一控制器和第三控制器的输出信号为脉宽调制信号。

5.如权利要求4所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述第一控制器的输出脉宽调制信号的占空比与所述采集相定子绕组上的电压成正比。

6.如权利要求5所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述第三控制器的输出脉宽调制信号的占空比与所述采集相定子绕组上的电流变化率成正比。

7.如权利要求6所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述升压电路包括依次串联连接的电感、二极管、第四电阻和第五电阻，以及第一端连接在所述电感和二极管之间的第二开关管、第一端连接在所述二极管和第四电阻之间的第一电容，所述第二开关管的控制端与所述第三控制器的输出端连接，所述第二开关管的第二端、第一电容的第二端与第五电阻第二端共接且接地。

8.如权利要求7所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述电感的第二端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接所述第四电阻的第一端，所述第一电容两端还并联一稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述第一电容的第二端连接，所述稳压二极管的负极与所述第一电容的第一端连接。

9.如权利要求8所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，各个所述开关管和开关组为可控开关，各个可控开关与所述电机控制器连接，所述第一控制器和第二控制器的输出端还连接所述电机控制器输入端。

10.如权利要求9所述的电机的限流保护控制器，其特征在于，所述电机控制器中设置有一标准驱动信号发生器，所述稳压单元还包括一比较模块，其与所述电机控制器连接，所述比较模块用于产生三相交流电源的输入电压与标准驱动信号电压之间的差值信号。