CN1457142A - 开关磁阻调速电动机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关磁阻电动机PWM调压调速控制技术领域，由功率变换电路、主控制电路、操作与速度显示电路构成，其主要特点是在主控制电路中设置有保护电路，设计了启停调速给定信号电路和操作与速度显示电路，通过一些元器件的选型和电路的设计，选用了超音频PWM主振频率，可降低电磁噪声；提高了电机速度闭环的水平，使电机转速高度稳定；通过二级保护，拓宽了调速范围和提高了电机和控制器自身的安全性，并能适应自动控制系统的需要，本发明性价比高、应用领域广、为诸多产品结构的改变和性能的改善提高提供了条件，具有很高的经济效益和社会效益。

Description

开关磁阻调速电动机控制器

本发明涉及开关磁阻电动机调速控制技术领域，特别涉及开关磁阻电动机PWM调压调速控制技术。

在现代工业、农业、国防等领域，广泛需要各类调速电动机作驱动与控制之用，开关磁阻调速电动机是一种性能价格比很高的调速电动机，它由安装有转子位置检测器的双凸极磁阻电动机和通过一组功率电源线、一组转子位置信号线相联接的控制器组成。开关磁阻调速电动机的调速控制方法有多种，如主开关开通角、关断角控制法，斩波限流控制法，调压调速控制法等，其中采用脉宽调制技术实现调压调速，具有控制电路简单、可靠性好、性能价格比高等优点，但国内目前尚无企业生产这类产品。据查刘迪吉等人所著的《开关磁阻调速电动机》(机械工业出版社1994年8月第一版)阐述了开关磁阻电动机调速系统的基本原理、性能特点、计算方法和应用。这部专著是迄今众多涉及开关磁阻调速电动机的出版物中介绍开关磁阻电动机调速控制策略和技术方案最为详细的一部，尤其介绍了采用脉宽调制技术(以下简称PWM)实现开关磁阻电动机调压调速，应该说这种介绍还仅是一般原理性的介绍，从目前公开的技术方案理论来看，不管采用何种方法实现调速，控制器都由功率变换电路、操作与速度显示电路和主控制电路三大部分构成，电路的结构和一些重要元器件的选型，决定了现有技术存在着主振频率低、功率变换电路无法正常工作、电机运行中电磁噪声高、电机负载异常后无有效安全保护措施、不具有接收自动控制系统各种指令的入口，显示的速度不是电机的真正速度，而是预置设定的速度等不足，因而这些技术方案难以实施。

本发明的目的针对国内尚无采用脉宽调制技术实现开关磁阻电动机调压调速的现状，提供一种能使电机运行中电磁噪声低、具有宽广的调速范围，稳速精度高、在低速运行时保持良好的恒转矩特性、能适应自动控制系统各种指令、显示电机真正转速、在开关磁阻调速电动机使用中出现过载、堵转等情况后能适时采取有效的应对措施、保证负载与开关磁阻调速电动机安全的开关磁阻调速电动机控制器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种可通过一组功率电源线及一组转子位置信号线分别联接开关磁阻调速电动机中的定子绕组和转子位置检测器的开关磁阻调速电动机控制器，由功率变换电路，操作与速度显示电路和包括信号处理单元电路、四相功率开关管驱动电路、主开关管驱动电路、F/V转换电路、PWM控制电路、启停调速给定信号电路及外围电路组成的主控制电路和为功率变换电路、操作与速度显示电路、主控制电路提供工作电源的电源电路构成，其特征在于主控制电路中设置至少有一级保护信号的保护电路，保护电路中的保护模块IC104的第(4)脚为电流取样信号的输入端，保护电路中的保护模块IC104的第(9)脚输出经二极管D104、电阻R119接至主开关管驱动电路模块ICK01的(4)脚，保护电路中的保护模块IC104的(8)脚输出，经二极管D106与保护电路中的光电耦合器IC106输入端(1)脚联接，(8)脚输出反相保护信号经电阻R126、三极管T105反相放大后与信号处理模块IC101的(11)脚联接、并与PWM主控制集成电路IC103的(16)脚的比较器的同相输入端联接；功率变换电路中的主开关管和四相开关管均采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；PWM控制电路的主振频率调定于18KHz-25KHz范围内；PWM控制电路比较器的反相输入端和比较器输出端之间接有的积分电路及F/V转换电路输出端接有的比例微分电路共同构成比例积分微分电路；PWM控制电路死区控制端接有停机及软启动控制电路；驱动电路中采用高速光电耦合器(6N137)及其外围电路保证信号输入端与信号输出端的完全绝缘和输出电流有较大的放大，驱动电路设置有高电平输入时的保护端口；启停调速给定信号电路由集成电路IC2103(LM393)I单元与外围电路组成三路输入的反相加法器电路、II单元及其外围电路组成反相比例放大电路构成调速控制电路，其模块IC105的(10)脚输出与PWM主控集成电路IC103第(2)脚的比较器的反相输入端联接，其(5)脚输出经电阻R134与信号处理电路模块(12)脚联接，集成电路IC2101(CD4069)、IC2102(CD4011)及其外围电路组成的反相器和两个RS触发器构成启停控制电路，其模块IC105的第(8)脚输出，经三极管T101、二极管D103，电阻R110与PWM主控集成电路IC103的(4)脚联接；操作与速度显示电路由集成电路IC206(CD4017)、集成电路IC207(CD4060)、集成电路IC205(CD4069)及其外围电路和集成电路IC201、IC202、IC203、IC204(均为CD40110)四位计数、锁存、译码、驱动电路和4只7段共阴LED数码管构成，操作与速度显示电路中接插件JC07(2)脚与主控制电路中的信号处理电路模块IC101的第(5)脚联接，操作与速度显示电路中的常开微动开关ZQ、FQ、T分别经接插件JC07的第(12)、(13)、(3)脚与主控制电路中的启停调速给定信号电路模块IC105的(2)、(1)、(3)脚联接。

本发明依据脉宽调制技术的一般原理，从电路的构成和主要元器件的选型，着重解决了以下几个技术难点：(1)采用绝缘栅双极型晶体管作为主开关管和四相开关管以及五块开关管驱动电路的设计确保主振频率提高到18KHz至25KHz范围内，实现低噪声，功率管的开关损耗并不增加，而且能在负载出现异常时及时实现可靠保护；(2)通过在PWM控制电路和F/V转换电路中设置比例积分微分电路，使得电机速度闭环更加有效，实现了无静差调速，确保了电机转速的高度稳定；(3)通过设置保护电路，可使电机在轻微过载时、以及低速大负载运行时采取限流斩波措施，确保电机运行的安全性以及拓宽实用低速调速范围；亦可使PWM控制电路以及信号处理单元在电机产生过载、堵转时即刻停止输出PWM主开关信号及四相驱动信号，及时保护开关磁阻电动机及控制器的安全；(4)在驱动电路中通过采用高速光电耦合器隔离，实现了电器间的完全隔离以及输出电流有较大的放大和输入输出波形的一致；(5)在启停调速给定信号电路中通过三路输入的反相加法电路设置，增加了接收自动控制指令的入口，有利于适应自动控制系统的需求；(6)在操作与速度显示电路中通过产生的2.5秒取样信号对倍频后的信号进行计数，从而反应电机的真实转速。

本发明性价比高、应用领域宽广、并为诸多产品结构的改变和性能的改善提高创造了条件，具有很高的经济效益和社会效益。

附图1为本发明总体框图以及与电动机联接的示意图；

附图2为本发明主控制电路各组成电路框图及各组成电路间的联接关系图；

附图3为本发明中功率变换电路图；

附图4为本发明中操作与速度显示电路图；

附图5为本发明中开关管IGBT专用驱动模块内部电原理图；

附图6为本发明中信号处理单元模块内部电原理图；

附图7为本发明中不包括集成电路IC106(TLP521-2)光电耦合器及其外围电路的保护电路专用模块内部电原理图；

附图8为本发明中启停调速给定信号电路模块内部电原理图；

附图9为本发明中PWM控制电路与各驱动电路模块、信号处理单元模块、F/V转换电路、保护电路专用模块、保护电路中的集成电路IC106光电耦合器、启停调速给定信号电路模块及有关外围电路联接关系电原理图；

附图9中：IC101为信号处理单元电路模块，IC102为F/V转换电路专用集成电路LM2917，IC103为PWM控制电路的集成电路TL494，IC104为保护电路专用模块，IC105为启停调速给定信号电路模块，IC106为保护电路中集成电路光电耦合器TLP521-2，ICK01为主开关管驱动电路模块，ICA01、ICB01、ICC01、ICD01分别为A、B、C、D相开关管驱动电路模块；

各附图中元器件按该图顺序编号

结合附图和实施例进一步说明本发明，本发明由功率变换电路、主控制电路、操作与速度显示电路及为上述电路提供工作电源的电源电路构成，并通过一组功率电源线与开关磁阻电动机中定子的绕组联接，通过一组转子位置信号线与开关磁阻电动机中转子位置检测器联接。在主控制电路中，设置有保护电路。功率变换电路中，主开关管T001，A、C、B、D四相开关管T002、T003、T004、T005均选用绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)D005、D006、D007、D008、D009为续流二极管，选用快恢复二极管。G1为主开关管的栅极，当输入G1的脉冲方波信号的频率不变而占空比变化时，从主开关管发射极输出电压的平均值将随之而改变，电机的转速亦将随之而改变。四只功率开关管均为固定导通角度30°，任一瞬间A、C两只功率开关管均不得同时导通，B、D两只功率开关管亦不得同时导通，正确的导通顺序为：电机正转电动导通顺序AB-BC-CD-DA，电机反转电动导通顺利CB-BA-AD-DC。在一般的PWM控制系统中，由于考虑到开关频率过高，有可能会引起开关损耗的加大，所以通常的电机调速系统PWM主振频率多采用2-8KHz。本发明考虑到开关磁阻电动机的转子和定子都是凸极型的硅钢片叠片结构，转子叠片上既没有绕组，也没有永磁体，所以PWM主振频率在人耳敏感的频率范围，就会引发刺耳的电磁噪声，而若将该主振频率设定在18KHz或更高，则可使所述噪声降低3-10dB，从而使人明显地感觉到这种电磁噪声的降低。因此，本发明将PWM主振频率调定在18KHz-25KHz范围内。

R000是电动机电流取样电阻。本发明采用无感电阻，R000两端电压与电动机工作电流大小成正比，称之为电流取样信号。

主控制电路中信号处理单元电路在接受到正、反转指令信号及来自开关磁阻电动机转子位置检测器输出的信号，经逻辑运算产生一组指挥A、B、C、D四相功率开关管导通顺序的信号，再分别送至相应的功率开关管驱动电路用以按需要控制功率开关管的导通与截止。PWM控制电路产生占空比可调的18-25KHz的脉冲方波信号送至主开关管驱动电路继而控制主开关管的导通与截止。

由信号处理单元电路处理输出的电机转速信号经F/V转换电路产生一个正比于电机转速的电平信号，此信号送至PWM控制电路与速度予置电平相比较，以控制PWM输出脉冲信号的占空比，构成速度闭环，再加上对F/V转换后的电平信号作PID处理，确保了电机转速的高度稳定。

电流取样信号经保护电路的处理，可在电机电流在额定电流1.1-1.3倍间时产生一级保护信号，此信号可使电机轻微过载时以及低速大负载运行时采取限流斩波措施，以确保电机运行的安全性以及拓宽实用低端调速范围。

当电机电流大于额定电流的1.3倍时，保护电路将产生二级保护信号，此信号可使PWM控制电路以及信号处理单元即刻停止输出PWM主开关信号及四相驱动信号，及时保护开关磁阻电动机及控制器的安全。

信号处理单元、开关管驱动电路、保护电路、启停调速给定信号电路等部分均采用了自行设计的专用模块，这些模块采用SMT技术，厚膜集成电路工艺制作而成。这些模块上机前可充分进行高温电老化筛选，剔除早期失效元器件，大大提高控制器整机的可靠性，同时可以缩小控制器主版的尺寸、简化主版装配控制工作，使控制器制造的工艺性大为提高。

由IGBT的工作原理可知，控制IGBT管集电极与发射极之间导通、截止状态的信号是由栅极与发射极之间加入的，本发明选用的是N沟道IGBT。为使其导通状态时有最小的导通压降而转为截止状态时能迅速而可靠，本发明设计了专用的驱动电路模块。

5只功率开关管的发射极均处于不同电位(即不共“地”)，驱动电路必须既能丝毫不走样地传递并放大脉冲信号，又能做到信号输入端与信号输出端间电气上完全绝缘。本设计采用高速光电耦合器6N137配合互补推挽电路，实现了输出与输入方波信号相比，脉冲前沿时延在0.3μs以下，后沿时延在0.1μs以下，特别是在输出高电平(即能使N沟道IGBT功率管饱和导通的信号)的瞬间0.5μs-1μs时间内可输出3A以上大电流，而输出低电平时，可使IGBT功率管的栅电位在0.1μs内从高电平迅速下降到负电位，实现可靠截止。

采用本发明专用驱动模块，确保整机PWM主振频率上调至18-25KHz，而其功率开关管的开关损耗基本无增加。

驱动模块还兼有保护功能。(4)端在有高电平输入时无论模块输入信号为什么，都会使T1301立即饱和，T1302截止、T1303饱和，使被驱动的功率开关管在0.3μs内可靠截止。

过流、过载保护是确保开关磁阻电机调速控制系统可靠性、经济性的关键，为此，本方案专门设计了保护电路模块。

本实施例保护分为二级，第一级是当主回路电流达到额定电流的1.1-1.3倍时实施斩波限流保护，系统能正常工作于轻度过载状况，同时又限制电流的峰值，使其不超过功率开关管安全工作区域。第二级保护是当主回路电流达到额定电流1.3倍时实施截止保护。

电流信号取样，采用无感电阻串于功率变换器的主回路，将电机电流信号转变为相应电压信号送至保护模块输入端。

保护电路模块中的IC1201运算放大器构成反相输入比例运算电路，对取样信号进行反相比例放大，电机工作时输入端输入的是负信号而输出的则是放大后的正信号。运算放大器IC1202的I、II两个单元构成比较器、其中II单元为一级保护比较器，I单元为二级保护比较器，模块的(5)、(6)端为外置可调比较电平，显然(6)端电位应略高于(5)端，III单元构成单稳态电路，暂稳态时将输出高电平，暂稳态维持时间由C1202、R1209、R1214共同确定。而当模块(7)、(8)二端接上一个适当阻值的电阻时，IV单元可构成双稳态电路。集成电路IC106(TLP521-2)光电耦合器及其外围电路为保护电路的一部分。

当电机正常运行时，IC1201输出的正电位低于(5)、(6)端予置电位，IC1202的I、II单元均输出负电位，III、IV单元均输出负电位。

当电机负载加重或其它原因使主回路电流增大到额定电流的1.1倍以上时，取样信号经IC1201放大后将超过IC1202 II单元(5)端予置电位，II单元比较器翻转，输出端(9)由负变正进入单稳电路的暂稳态。此端接到主驱动模块的保护端(4)端，当(4)端出现高电平时，不管高速光电耦合器IC1301的输入、输出状况如何，T1301将立即饱和，T1302截止，T1303饱和，驱动模块的(5)端与T001 IGBT功率开关管的栅相联，于是主开关管迅速截止，主回路无电流。

由于主回路无电流，保护模块的IC1202 II单元输出由正变负，III单元同相输入端由C1202保留的高电位经R1209放电，一旦放到低于反相输入端电位时，单稳电路实现翻转复位，模块(9)端输出负电位，主驱动模块又可恢复工作，如电机过载因素不消除，将会再次重复上述过程，即实现了斩波限流保护。

为了达到电机轻度过载时系统能正常工作，又能使功率开关管的电流限定在一定范围之内，斩波限流保护电路中单稳电路的参数设计最为关键。本方案采用的是15μs/160μs方案。即出现过流信号到实现主功率开关管截止，总时延为15μs，而单稳电路的暂稳态时间为160μs，这样可使开关磁阻电机工作于轻度过载状态时有好的输出特性并且噪声无明显增加。

一般情况下，二级保护是不会出现的，只有当出现了极为异常的情况如电机完全堵转卡死、短路等，此时主电路的电流上升速度极高，二级保护电路参数的设计可保证当电流达到1.3倍额定电流8-10μs之内实现主开关管可靠截止。二级保护动作实施后，控制器将不可自行恢复工作，由相应指示灯发出过流报警信号。

启、停调速给定信号电路中IC2103的I单元与外接电阻R143、R144、R145构成三路输入的反相加法器电路，其中一路可输入外置电位器给出的调速信号，另两路可以任意输入±5V、±10V的辅助调速信号，三路输入的代数和并经比例放大，再经II单元作反相比例放大后由模块(10)端输出作为整机的速度予置信号。上述电路的优点在于可以将开关磁阻调速电机方便地用于自动控制系统，此时既可手动调速，又可同时接受系统的调速指令及速度修正信号。启、停控制是由IC2101、IC2102配合外围电路实现的，模块(1)脚为反启输入端，(2)脚为正启输入端，(3)脚为停机输入端，输入高电平脉冲信号有效，(5)脚为正、反转输出信号端，输出为高电平时电机正转，输出为低电平时电机反转，(8)脚为启、停信号输出端，输出高电平时电机启动，输出低电平时电机停止，由于电容C2103及电阻R2103的微分作用，电路上电时(8)脚为低电平，电机处于停止状态。

信号处理单元电路由IC18011(反相器电路)、IC1802(与非门电路)及IC1803(4组2选1数据选择器电路)组成。由安装于电机上的二个互成15°角度间隔的转子位置检测器测得的两个位置信息输入到(1)、(2)脚，经逻辑运算，当(11)脚高电位时，模块的(10)、(9)、(8)、(7)脚分别给A、B、C、D四相功率开关管驱动电路输出正转驱动逻辑信号，而当(11)脚低电位时，则输出反转驱动逻辑信号，(12)脚为保护信号输入端，当输入信号为低电平时输出信号正常，一旦(12)脚输入高电位，将封锁输出，电机停转。两个间隔15°的光断续器各输出一组方波信号，转子每旋转一周，可得到6个整周期方波信号，再由信号处理单元模块内IC1801、IC1802的处理，模块(5)、(6)脚将可输出一组电机每转一周产生12个整周期的方波信号。此信号的频率与电机转速成正比，因而可作为F/V转换电路的F信号，从而构成控制系统的速度闭环，也可以作为速度显示电路的转速信号。

工作过程是：单相220V交流电经整流滤波成平滑直流电，主开关管T001的栅-射极之间输入PWM驱动信号，其发射极将输出斩波调压功率信号。输出电压平均值可在10-260V间连续可调。T002、T003、T004、T005分别为A相、C相、B相、D相绕组的功率开关管，这四只开关管的栅-射控制信号，由IC101信号处理单元模块输出，再经IGBT专用驱动模块ICA01、ICC01、ICB01、ICD01隔离，放大后分别加到T002、T003、T004、T005四只功率开关管栅-射极。R000为无感电阻，该电阻串接于斩波调压主开关功率管输出端到电机绕组的主回路上，电机工作电流将在R000上产生正比于电流值的电压信号，这就是电流取样信号，此信号送至保护电路专用模块IC104的(3)脚作放大、比较处理，一旦电机出现过载、堵转等异常情况，IC104将根据过载状况的程度，输出相应保护信号，如负载在额定值的1.1-1.3倍之间，由其(9)脚输出一级保护信号，此信号经D104、R119加到PWM主开磁管T001的驱动模拟ICK01第4脚，此时不管驱动模块输入端为何信号，其输出端第(5)脚均被强制输出负电位，T001立即截止，电机无电流，电流取样电压亦同时消失，此时保护电路内IC1202第III单元运放组成的单稳电路工作于暂稳态，暂稳态时间参数为160μs，亦即延时160μs后T001又恢复工作，如外负载处于过载状态，保护电路将重复上述过程，实现了“斩波限流”控制，这种控制可以使开关磁阻调速电动机有较强的过载能力以及低速时恒转矩的保持能力，同时又能有效地保证控制器的长期安全使用。

当突加负载超过额定负载1.3倍以上或机械系统出现堵转时，保护电路模块内IC1202 IV单元运放与外接电阻R124构成的双稳态电路将发生翻转，保护电路模块IC104(8)脚输出高电平，经D105送至光电耦合器IC106第(1)脚，第(8)脚立即由高电平变为低电平，PNP管T105导通，其集电极输出高电平，送至信号处理单元模块IC101第(11)脚，使四相驱动信号停止输出，T002-T005四只功率开关管截止，T105集电极输出的高电平同时加在PWM信号产生电路IC103的第(16)脚，使(9)、(10)脚立即停止PWM信号的输出，主开关功率管T001截止，电机停转，当T105集电极输出高电平时，T106导通，过流指示灯发光二极管D116亮，这个状态将得以保持，直到人为按动“停止”键或切断控制器总电源后再上电，才会消除过流保护状态。

PWM产生电路采用TL494，其模块编号为IC103，集成电路TL494第(5)脚所接C112取值0.01μF，第(6)脚所接电阻R114取值小于10KΩ，则PWM的固有频率即为18KHz-25KHz，IC103第(2)脚输入速度予置电平，第(1)脚输入速度反馈电平信号，此二信号电平在IC103内进行比较处理，即可决定集成电路IC103输出端(9)、(10)脚输出PWM脉冲信号的占空比。

如(1)脚输入速度反馈电平低于(2)脚速度予置电平，则比较结果可使输出脉冲信号的占空比加大，PWM主开关功率管输出平均电压将提高，电动机加速，反之如速度反馈信号电平高于速度予置电平则可使IC103输出脉冲占空比减小，电机将减速，速度闭环，加之IC103第(2)、(3)脚之间所接C109、R113组成的PI调节电路、C105、R108组成的微分环节，可使电机实现无静差调速、稳速精度优于0.3％。IC103的另一组比较器的输入端为(15)脚、(16)脚，当(16)脚低电平(电路中(15)脚由R105、R104分压成一固定电位)时IC103有正常工作状态，一旦负载出现异常，IC103第(16)脚将出现高电平，IC103输出PWM信号即刻被封锁，主开关功率管T001截止，实现保护。电机的启、停是通过控制IC103的第(4)脚电位来实现的，(4)脚称为“死区”控制端，当(4)脚电位高于2.5V时，电路输出PWM信号的最大允许导通角为0，即无输出，当(4)脚电位从2.5V逐渐下降到0，电路输出PWM信号的最大允许导通脚将从0逐渐增大到95％，启、停控制电路IC105上电后，第(8)脚输出低电平T101截止，则D103输出2.6V，PWM输出截止，当给IC105第(2)脚或(1)脚输入高电平时，(8)脚输出高电平，T101导通，D103截止，IC103第(4)脚高电位(由C107“记忆”)将经R110、R111放电逐渐下降为0，PWM输出脉冲的占空比亦将从0逐渐加大，主开关功率管T001输出电压平均值亦从低到高，电机实现“软”启动，一旦IC105第(3)脚输入高电平，IC105第(8)脚输出低电平，D103输出2.6V，PWM输出信号截止，电机停机。

速度显示电路中集成电路IC207(选用CD4060)，第3脚输出2Hz基准频率信号，再经IC206(选用CD4017)产生周期为2.5s计数周期脉冲。由IC101第(5)脚输出的转速信号经处理产生倍频信号(电机每转一周产生24个脉冲)，此信号由计数器2.5s所记脉冲数正好相当于电机的每分钟转速。四位计数、锁存、译码、驱动电路选用4只CD40110。四位转速显示由4只7段共阴LED数码管承担。

Claims (7)

1、一种可通过一组功率电源线及一组转子位置信号线分别联接开关磁阻调速电动机中的定子绕组和转子位置检测器的开关磁阻调速电动机控制器，由功率变换电路，操作与速度显示电路和包括信号处理单元电路、四相功率开关管驱动电路、主开关管驱动电路、F/V转换电路、PWM控制电路、启停调速给定信号电路及外围电路组成的主控制电路和为功率变换电路、操作与速度显示电路、主控制电路提供工作电源的电源电路构成，其特征在于主控制电路中设置至少有一级保护信号的保护电路，保护电路中的保护模块IC104的第(4)脚为电流取样信号的输入端，保护电路中的保护模块IC104的第(9)脚输出经二极管D104、电阻R119接至主开关管驱动电路模块ICK01的(4)脚，保护电路中的保护模块IC104的(8)脚输出，经二极管D106与保护电路中的光电耦合器IC106输入端(1)脚联接，(8)脚输出反相保护信号经电阻R126、三极管T105反相放大后与信号处理模块IC101的(11)脚联接、并与PWM主控制集成电路IC103的(16)脚的比较器的同相输入端联接；功率变换电路中的主开关管和四相开关管均采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；PWM控制电路的主振频率调定于18KHz-25KHz范围内；PWM控制电路比较器的反相输入端和比较器输出端之间接有的积分电路及F/V转换电路输出端接有的比例微分电路共同构成比例积分微分电路；PWM控制电路死区控制端接有停机及软启动控制电路；驱动电路中采用高速光电耦合器(6N137)及其外围电路保证信号输入端与信号输出端的完全绝缘和输出电流有较大的放大，驱动电路设置有高电平输入时的保护端口；启停调速给定信号电路由集成电路IC2103(LM393)I单元与外围电路组成三路输入的反相加法器电路、II单元及其外围电路组成反相比例放大电路构成调速控制电路，其模块IC105的(10)脚输出与PWM主控集成电路IC103第(2)脚的比较器的反相输入端联接，其(5)脚输出经电阻R134与信号处理电路模块(12)脚联接，集成电路IC2101(CD4069)、IC2102(CD4011)及其外围电路组成的反相器和两个RS触发器构成启停控制电路，其模块IC105的第(8)脚输出，经三极管T101、二极管D103，电阻R110与PWM主控集成电路IC103的(4)脚联接；操作与速度显示电路由集成电路IC206(CD4017)、集成电路IC207(CD4060)、集成电路IC205(CD4069)及其外围电路和集成电路IC201、IC202、IC203、IC204(均为CD40110)四位计数、锁存、译码、驱动电路和4只7段共阴LED数码管构成，操作与速度显示电路中接插件JC07(2)脚与主控制电路中的信号处理电路模块IC101的第(5)脚联接，操作与速度显示电路中的常开微动开关ZQ、FQ、T分别经接插件JC07的第(12)、(13)、(3)脚与主控制电路中的启停调速给定信号电路模块IC105的(2)、(1)、(3)脚联接。

2、根据权利要求1所述的开关磁阻调速电动机控制器，其特征在于主控制电路中保护电路由集成电路IC1201(LF353)运算放大器及其外围电路组成反相输入比例运算电路、集成电路IC1202(LM339)运算放大器I、II两个单元及其外围电路组成的比较器、III单元及其外围电路组成的单稳态电路、IV单元及其外围电路组成的双稳态电路和光电耦合器IC106(TLP521-2)及其外围电路构成。

3、根据权利要求1所述的开关磁阻调速电动机控制器，其特征在于主控制电路中PWM控制电路的集成电路IC103(TL494)的第(5)、(6)脚所接电容C112取值0.01μF，电阻R114取值小于10KΩ，确定PWM控制电路的固有频率控制在18KHz-25KHz范围内。

4、根据权利要求1所述的开关磁阻调速电动机控制器，其特征在于主控电路中PWM控制电路的集成电路IC103(TL494)比较器反相输入端和比较器的输出端的积分电路由电阻R113和电容C109构成，F/V转换电路输出端的比例微分电路由电容C105、电阻R107、R108构成。

5、根据权利要求1所述的开关磁阻调速电动机控制器，其特征在于主控制电路中PWM控制电路的集成电路IC103(TL494)的第(4)脚死区控制端接入的停机及软启动控制电路由电阻R110、R111、R135、R136、电容C107、二极管D103、三极管T101构成。

6、根据权利要求1所述的开关磁阻调速电动机控制器，其特征在于功率变换电路中主开关管的输出端串接的无感电阻为电流取样电阻。

7、根据权利要求1所述的开关磁阻调速电动机控制器，其特征在于信号处理单元电路和开关管驱动电路、保护电路中的集成电路IC1201(LF353)及其外围电路、集成电路IC1202(LM339)及其外围电路、启停调速给定信号电路采用模块化结构。

Images