CN1215642C - 三相感应电动机驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种三相感应电动机驱动系统及其驱动方法。通过包含将三相电压供给到三相感应电动机来使三相感应电动机工作的逆变器功率模块部、向构成所述逆变器功率模块部的多个功率元件供给电源的多个电源部、以及使所述多个电源部和所述功率模块部绝缘的绝缘部等的结构，在从所述逆变器功率模块部将三相电压施加在所述三相感应电动机上时使所述逆变器功率模块部上连续施加的电压的电位差造成的干扰现象最小，同时将构成所述绝缘部的多个光电耦合器和驱动元件相互隔离地配置在印刷电路板上来使电源间的干扰最小，防止不正常的漏泄现象，可使三相感应电动机的电压造成的影响最小。

Description

三相感应电动机驱动系统及其驱动方法
技术领域
本发明涉及三相感应电动机驱动系统及其驱动方法，特别涉及能够在驱动三相感应电动机中防止三相电压的电位差造成的干扰而将电源部和驱动元件等隔离配置在印刷电路板上的三相感应电动机驱动系统及其驱动方法。
背景技术
为了驱动冷气装置的压缩机而使用非单相感应电动机的三相感应电动机的情况极大地增加，特别是三相感应电动机可以在约380V电压下将大功率供给冷气装置的压缩机，所以与最大可在220V电压下供给功率的单相感应电动机相比，其使用范围在不断扩大。
以下根据图1来说明用于驱动这样的三相感应电动机的驱动系统。
首先，一般的三相感应电动机的驱动系统由对通过A相、B相、C相的三相电压驱动的感应电动机1施加三相电压的逆变器功率模块部2、向所述逆变器功率模块部2供给DC电压的DC电压供给部3、向驱动系统供给AC电压的AC电压供给部4、补偿从所述AC电压供给部供给的AC电压的功率因数的功率因数补偿部5、以及控制所述逆变器功率模块部2向所述三相感应电动机1施加三相电压的微计算机部6构成。
这里，所述逆变器功率模块部2通过微计算机部6将各个A相、B相、C相的电压施加在所述三相感应电动机1上，但如图2所示，由第1、2、3功率元件组11、12、13构成的所述逆变器功率模块部2将并联施加在所述功率元件组11、12、13上的DC电压施加在所述三相感应电动机1上。
即，第1、2、3功率元件组11、12、13分别由上-下端用功率元件11a、11b、12a、12b、13a、13b构成，这里，通过使所述上-下端用功率元件11a、11b、12a、12b、13a、13b分别交替接通/关断地工作来将各个A相、B相、C相的电压施加在所述三相感应电动机1上。例如，在使第1上端用功率元件11a关断时，将第1下端用功率元件11b接通，将第2上端用功率元件12a接通，将第2下端用功率元件12b关断，将第3上端用功率元件13a关断，将第3下端用功率元件13b接通。
但是，如上所述，因多个功率元件在三相感应电动机的驱动过程中连续接通/关断，540V的DC电压瞬间并且反复地施加在所述多个功率元件上后被切断。因此，存在因从所述多个功率元件施加的电压而在逆变器功率模块部的电路间引起不需要的电压或信号的干扰现象的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题的发明，目的在于提供一种三相感应电动机驱动系统及其驱动方法，可以防止驱动元件产生的电压或信号间的干扰现象。该驱动元件为了驱动三相感应电动机而将三相电压提供给所述三相感应电动机的逆变器功率模块部和所述逆变器功率模块部供给电源。
为了实现上述目的，本发明的三相感应电动机驱动系统的特征在于包括：逆变器功率模块部，将三相电压施加在三相感应电动机上；多个电源部，隔离配置在印刷电路板上，以便防止供给到构成所述逆变器功率模块部的多个功率元件上的电源间的干扰；绝缘部，与所述多个电源部相连接，以便使从所述电源部供给到所述逆变器功率模块部的功率元件的电源相互绝缘；以及微计算机部，生成控制所述三相感应电动机的驱动的脉冲宽度调制驱动信号并输出到所述绝缘部：其中所述绝缘部包括：多个光电耦合器，按照所述脉冲宽度调制驱动信号来接通/关断，使得所述微计算机部的接地和所述电源部的接地分离；以及多个驱动元件，在所述光电耦合器被接通时，将所述电源部的电源施加在所述逆变器功率模块部的对应功率元件上。
此外，根据本发明的三相感应电动机的驱动方法的特征，包括：第1步骤，从微计算机部生成脉冲宽度调制驱动信号，该信号控制对构成向三相感应电动机施加三相电压的逆变器功率模块部的多个功率元件供给电源的电源部的电源供给；第2步骤，将接收了在所述第1步骤中输出的脉冲宽度调制驱动信号的光电耦合器接通，以便将所述电源部的电源供给所述功率元件；以及第3步骤，通过在所述第2步骤中使光电耦合器接通来依次接通供给了电源的多个功率元件，从而将三相电压施加在所述三相感应电动机上。
附图说明
图1表示一般的三相感应电动机的驱动系统的结构方框图。
图2表示图1中的逆变器功率模块部的结构方框图。
图3表示本发明的三相感应电动机驱动系统的结构方框图。
图4表示图3中的逆变器功率模块部的结构方框图。
图5表示图3中的微计算机部、绝缘部、及电源部的结构的详细方框图。
图6是说明本发明的三相感应电动机的驱动方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。
如图3所示，本发明的三相感应电动机驱动系统由通过A相、B相、C相的三相电压驱动的三相感应电动机20、作为本发明的三相感应电动机驱动系统的电压源的AC电压源21、补偿由所述AC电压源21供给的AC电压的功率因数的功率因数补偿部22、将通过所述功率因数补偿部22补偿的电压作为DC电压输出的电压源DC23、以及将从所述DC电压源23供给的DC电压作为A相、B相、C相的三相电压施加在所述感应电动机20上的逆变器功率模块部30等构成。
此外，如图4所示，本发明的三相感应电动机驱动系统由向构成逆变器功率模块部30的多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b供给电源的多个电源部(41、42、43、44；以下通称为‘40’)、防止从所述电源部40供给的电源的相互干扰的绝缘部50、以及通过所述绝缘部50控制从所述电源部40供给所述功率元件的电源来最终生成控制所述三相感应电动机的脉冲宽度调制驱动信号并输出到所述绝缘部50的微计算机部60等构成。
这里，所述绝缘部50按照所述脉冲宽度调制驱动信号将从所述电源部40供给的电源供给到所述多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b，以便对DC电压进行脉冲宽度调制后施加在所述三相感应电动机上。此外，通过从所述电源部40输出的电源中选择供给所述逆变器功率模块部30的各功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b的电源，来调节通过所述绝缘部50施加在所述各功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b上的电源时，从所述微计算机部60输出的脉冲宽度调制驱动信号最终调节所述各功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b的接通/关断来驱动三相感应电动机。
图5详细地示出所述绝缘部50、电源部40和所述微计算机部60的结构。
即，所述绝缘部50由多个光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b和多个驱动元件55、56、57、58构成，其中，多个光电耦合器按照所述脉冲宽度调制驱动信号来接通/关断，使得所述微计算机部60的接地和所述电源部40的接地分离，而多个驱动元件在所述光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b被接通时，可将所述电源部40的电源施加在所述逆变器功率模块部30的对应功率元件上。
这里，所述驱动元件55、56、57、58在印刷电路板上被相互分离配置，以便在将所述电源部40的电源施加在所述逆变器功率模块部30的功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b时，可防止所述干扰。
此外，所述多个光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b按照从所述微计算机部60输出的脉冲宽度调制驱动信号被接通，并从所述多个电源部41、42、43、44输出的电源分别施加在第1上-下端用、第2上-下端用、第3上-下端用功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b上。
此外，所述多个驱动元件55、56、57、58中下端用驱动元件58可将同一电源通过同一电源部44供给到所述第1、2、3下端用功率元件31b、32b、33b上。而所述多个驱动元件55、56、57、58中第1、2、3上端用驱动元件55、56、57将印刷电路板上相互分离配置的各个电源部41、42、43的电源分别施加在第1、2、3上端用光电耦合器51a、52a、53a上。
所述微计算机部60接受将15V的电源提供给所述第1、2、3下端用功率元件31b、32b、33b的电源部44所供给的绝缘的5V电源后进行工作。但是，如果对所述多个逆变器功率模块部30的各功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b不供给15V的电源，则各功率元件不工作。此外，在假设所述微计算机部60向所述各功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b供给电源的情况下，所述逆变器功率模块部30通过所述多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b的开闭，必须将540V的DC电压供给所述三相感应电动机20，因此所述多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b被反复地开闭，供给相同的接地的电源，其结果，使所述多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b损坏。
因此，所述微计算机部60将5V的驱动信号输入到所述多个光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b，以便向多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b供给具有不同的接地的多个电源部40的15V电源。
这里，所述多个光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b使从所述微计算机部60输出的脉冲宽度调制驱动信号的接地和从所述多个电源部40供给的电源的接地相互分离。
作为参考，所述绝缘部50按照从所述微计算机部60输出的脉冲宽度调制驱动信号被接通/关断，并可由将所述多个电源部41、42、43、44的电源供给到所述多个功率元件31a、31b、32a、32b、33a、33b的BJT(Bipolar JunctionTransistor；双极连接晶体管)、IPM、IGBT等构成。
此外，从所述微计算机部60输入到所述绝缘部50的多个光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b的脉冲宽度调制驱动信号的传输线路与所述下端用电源部44、下端用驱动元件58、所述第1、2、3上端用电源部41、42、43、及第1、2、3上端用驱动元件55、56、57相分离并配置在印刷电路板上，以便可防止所述电源部41、42、43、44的电源供给造成的干扰。
换句话说，本发明的三相感应电动机驱动系统需要四个相互绝缘的电源部41、42、43、44，以便驱动构成所述逆变器功率模块部30的三个功率元件组31、32、33。这里，供给上述上端用功率元件31a、32a、33a的电源按照所述逆变器功率模块部30的驱动状态相互反复取得施加的DC电压的高电压和低电压间的电位差并进行工作。
即，在图4中，在第1上端用功率元件31a、第2下端用功率元件32b、第3上端用功率元件33a接通时，第1、3上端用功率元件31a、33a为接通状态的第1、3功率元件组31、33的两电源具有端电压的电位，而第2下端用功率元件32为接通状态的第2功率元件组32的电源则具有低电压的电位状态。
因此，正是向所述多个功率元件供给电源的电源部41、42、43、44保持相互绝缘距离来配置才使不正常的漏泄现象最小，并使电路的工作稳定性极大提高。
因此，在本发明中，如图5所示，以各个电源部41、42、43、44保持绝缘距离来构成印刷电路板的图形，而且从所述电源部41、42、43、44供给的电源形成保持绝缘距离，同时施加在所述绝缘部50上的结构。
此外，使所述绝缘部50内的光电耦合器51a、51b、52a、52b、53a、53b的输出侧、即驱动逆变器功率模块部30的多个功率元件侧位于所述驱动元件55、56、57、58侧，将产生最大限度不超过DC电源那样的电压变动的印刷电路板的区域限制在‘Z’区域中，使对其他低电压的这样的部分产生的影响最小。将低电压这样的区域中工作的微计算机部60、以及从所述微计算机部60输入到所述绝缘部50的脉冲宽度调制驱动信号的传输线路配置在所述下端用驱动元件58侧来使电压的影响最小。
图6是说明本发明的三相感应电动机的驱动方法的流程图。
首先，在第1步骤(S1)中，微计算机部生成适合驱动三相感应电动机的脉冲宽度调制驱动信号并输出到所述绝缘部。此时，由于必须对三相感应电动机供给三相电压，所以所述微计算机部将脉冲宽度调制驱动信号输出到多个光电耦合器。
在第2步骤(S2)中，接收了所述输出的脉冲宽度调制驱动信号的光电耦合器被接通，将与所述被接通的光电耦合器连接的电源部的电源施加在对应的逆变器功率模块部的功率元件上。
在第3步骤(S3)中，施加了所述电源的功率元件被依次接通，通过在所述第1步骤中依次将脉冲宽度调制驱动信号输出到光电耦合器，使功率元件被依次接通，由此将三相电压施加在三相感应电动机上。
以上这样构成的本发明的三相感应电动机驱动系统及其驱动方法，由将三相电压供给三相感应电动机而使三相感应电动机工作的逆变器功率模块部、将电源供给构成所述逆变器功率模块部的多个功率元件的多个电源部、以及使所述多个电源部和所述功率模块部绝缘的绝缘部等构成，所以在从所述逆变器功率模块部将三相电压施加在所述三相感应电动机上时，使所述逆变器功率模块部上连续施加的电压的电位差造成的干扰现象等最小，同时以在印刷电路板上相互隔离来配置构成所述绝缘部的多个光电耦合器和驱动元件，所以使电源间的干扰最小，并且防止不正常的漏泄现象等，还可以使三相感应电动机的电压造成的影响最小。

Claims (9)

1.一种三相感应电动机驱动系统，包括：逆变器功率模块部，将三相电压施加在三相感应电动机上；多个电源部，隔离配置在印刷电路板上，以便防止供给到构成所述逆变器功率模块部的多个功率元件上的电源间的干扰；绝缘部，与所述多个电源部相连接，以便使从所述电源部供给到所述逆变器功率模块部的功率元件的电源相互绝缘；以及微计算机部，生成控制所述三相感应电动机的驱动的脉冲宽度调制驱动信号并输出到所述绝缘部：其中所述绝缘部包括：多个光电耦合器，按照所述脉冲宽度调制驱动信号来接通/关断，使得所述微计算机部的接地和所述电源部的接地分离；以及多个驱动元件，在所述光电耦合器被接通时，将所述电源部的电源施加在所述逆变器功率模块部的对应功率元件上。
2.如权利要求1所述的三相感应电动机驱动系统，其特征在于，所述绝缘部根据从所述微计算机部输出的所述脉冲宽度调制驱动信号，来控制从所述电源部对所述逆变器功率模块部的各功率元件的电源供给。
3.如权利要求2所述的三相感应电动机驱动系统，其特征在于，所述驱动元件被相互分离配置在印刷电路板上，以便防止在将所述电源部的电源施加在所述逆变器功率模块部的功率元件上时的相互干扰。
4.如权利要求2所述的三相感应电动机驱动系统，其特征在于，所述三相感应电动机是由A相、B相、C相电压驱动的三相感应电动机，所述逆变器功率模块部由通过从所述电源部供给电源被接通/关断的且并联连接的第1、2、3功率元件组构成，以便将所述A相、B相、C相供给所述三相感应电动机。
5.如权利要求4所述的三相感应电动机驱动系统，其特征在于，所述驱动元件包括：下端用驱动元件，向第1、2、3下端功率元件用光电耦合器供给同一电源，使得所述微计算机部的脉冲宽度调制驱动信号的接地和供给到所述第1、2、3功率元件组的下端功率元件的电源部电源的接地分离；以及第1、2、3上端用驱动元件，向第1、2、3上端功率元件用光电耦合器供给各自的电源，使得所述微计算机部的脉冲宽度调制驱动信号的接地和供给到所述第1、2、3功率元件组的上端功率元件的电源部电源的接地相分离。
6.如权利要求5所述的三相感应电动机驱动系统，其特征在于，所述三相感应电动机驱动系统将从所述微计算机部输出到所述第1、2、3上-下端用光电耦合器的脉冲宽度调制驱动信号的传输线路与所述下端用驱动元件和所述第1、2、3上端用驱动元件相隔离而配置在印刷电路板上，以便防止由所述多个电源部产生的电源造成的所述脉冲宽度调制驱动信号的干扰。
7.如权利要求2所述的三相感应电动机驱动系统，其特征在于，所述驱动元件包含多个功率晶体管，按照从所述微计算机部输出的驱动信号被接通/关断，并将所述电源部的电源施加在所述逆变器功率模块部上。
8.一种三相感应电动机的驱动方法，其特征在于，该方法包括：
第1步骤，从微计算机部生成脉冲宽度调制驱动信号，该信号控制对构成向三相感应电动机施加三相电压的逆变器功率模块部的多个功率元件供给电源的电源部的电源供给；
第2步骤，将接收了在所述第1步骤中输出的脉冲宽度调制驱动信号的光电耦合器接通，以便将所述电源部的电源供给所述功率元件；以及
第3步骤，通过在所述第2步骤中使光电耦合器接通来依次接通供给电源的所述多个功率元件，从而将三相电压施加在所述三相感应电动机上。
9.如权利要求8所述的三相感应电动机的驱动方法，其特征在于，在所述第1步骤中，微计算机部根据三相感应电动机的驱动方式向多个光电耦合器依次输出脉冲宽度调制驱动信号，以便将三相电压供给所述三相感应电动机。
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