CN201563092U - 双变频控制系统 - Google Patents

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涂柏生
陈泽孙
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Abstract

本实用新型涉及一种双变频控制系统，包括：用于对180度直流变频控制的第一电机的工作状态进行控制的第一电机控制模块；用于对180度直流变频控制的第二电机的工作状态进行控制的第二电机控制模块；产生第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号、并依据所述第一组PWM控制信号对所述第一电机控制模块进行控制、以及依据所述第二组PWM控制信号对所述第二电机控制模块进行控制的MCU主控模块；所述第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号各包含6路PWM信号。在需同时应用两个电机的动力系统中，采用一个MCU主控模块同时对两个180度直流变频控制的电机进行控制，功耗较小、噪声较小，电机运行的稳定性较高，成本较低。

Description

双变频控制系统
技术领域
本实用新型涉及变频控制技术领域，更具体地说，涉及一种双变频控制系统。
背景技术
在中大型功率电机动力系统中，常用的有交流电机和直流电机，直流电机又分为无刷直流电机和有刷直流电机。例如，在空调控制系统中，需要控制两个电机，一个是压缩机，一个是室外风机，传统的控制方法是用两套控制系统来分别控制压缩机和室外风机，然而这两个电机的产家一般不同，采用的控制方法也不一样，有的是用交流电机，有的是用120度直流变频控制，但各有缺点，如交流电机的功耗普遍较大，120度直流变频驱动无刷电机的电能利用率较低，噪声较大，电机运行的稳定性较低，可见，在具体实施中均存在一定的制约性。
于是，在需同时应用两个电机的动力系统中，如上述空调、冰箱和洗衣机等控制系统，若采用上述交流电机或120度直流变频驱动无刷电机，并且用两套控制系统来分别控制这两个电机时，功耗较大，电能利用率较低，噪声较大，电机运行的稳定性较低，且成本较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种双变频控制系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双变频控制系统，其包括：
用于对180度直流变频控制的第一电机的工作状态进行控制的第一电机控制模块；
用于对180度直流变频控制的第二电机的工作状态进行控制的第二电机控制模块；
产生第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号、并依据所述第一组PWM控制信号对所述第一电机控制模块进行控制、以及依据所述第二组PWM控制信号对所述第二电机控制模块进行控制的MCU主控模块；
将交流电进行整流滤波产生直流电从而为所述第一电机控制模块、所述第二电机控制模块和所述MCU主控模块供电的电源模块；
所述第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号各包含6路PWM信号。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，所述第一电机控制模块包括：
依据所述第一组PWM控制信号控制第一组开关管导通与截至从而驱动所述第一电机运行的第一开关管驱动单元；
用于对所述第一电机的三相工作电流进行采样得到第一采样电流、并将第一采样电流进行放大处理后送至所述MCU主控模块的第一电机电流检测单元；
所述第一组开关管包括6个开关管。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，所述第二电机控制模块包括：
依据所述第二组PWM控制信号控制第二组开关管导通与截至从而驱动所述第二电机运行的第二开关管驱动单元；
用于对所述第二电机的三相工作电流进行采样得到第二采样电流、并将第二采样电流进行放大处理后送至所述MCU主控模块的第一电机电流检测单元；
所述第一组开关管包括6个开关管。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，所述开关管为绝缘栅双极型晶体管。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，所述MCU主控模块包括：
采用空间矢量算法磁定向技术对第一采样电流进行运算以计算出第一电机的转子位置信息的第一计算单元；
采用空间矢量算法磁定向技术对第二采样电流进行运算以计算出第二电机的转子位置信息的第二计算单元；
依据所述第一电机的转子位置信息对第一组PWM控制信号中的各路PWM信号的占空比进行调节的第一PWM调节单元；
依据所述第二电机的转子位置信息对第二组PWM控制信号中的各路PWM信号的占空比进行调节的第二PWM调节单元。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，还包括分别与所述MCU主控模块、第一电机控制模块和第二电机控制模块相连的、用于所述第一电机控制模块与所述第二电机控制模块之间进行通信的通信电路。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，所述第一电机为室外风机，第二电机为压缩机。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，还包括与所述MCU主控模块相连的、用于控制四通阀的开关状态的四通阀控制模块。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，还包括与所述MCU主控模块相连的、采用光耦进行隔离的过零检测电路。
进一步地，上述所述的双变频控制系统，还包括分别与所述MCU主控模块相连的温度采样电路、复位电路和EEPROM及其控制电路。
实施本实用新型的双变频控制系统，具有以下有益效果：在需同时应用两个电机的动力系统中，采用一个MCU主控模块同时对两个180度直流变频控制的电机进行控制，功耗较小，电能利用率较高，噪声较小，电机运行的稳定性较高，且降低了成本，减少了资源消耗。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型双变频控制系统的结构示意图；
图2是本实用新型双变频控制系统的第一电机控制模块的一实施例的电路图；
图3是本实用新型双变频控制系统的第二电机控制模块的一实施例的电路图；
图4是本实用新型双变频控制系统的MCU主控模块的一实施例的电路图；
图5是本实用新型双变频控制系统的电源模块的一实施例的电路图；
图6是本实用新型双变频控制系统的通信电路的一实施例的电路图；
图7是本实用新型双变频控制系统的四通阀控制模块的一实施例的电路图；
图8是本实用新型双变频控制系统的过零检测电路的一实施例的电路图；
图9是本实用新型双变频控制系统的复位电路的一实施例的电路图；
图10是本实用新型双变频控制系统的温度采样模块的一实施例的电路图。
具体实施方式
如图1所示，是本实用新型双变频控制系统的结构示意图。本实用新型中，主要以该双变频控制系统应用于空调控制为例进行阐述，该双变频控制系统包括：第一电机控制模块1、第二电机控制模块2、MCU主控模块3、电源模块4、通信电路5、四通阀控制模块6、过零检测电路7、温度采样电路8、复位电路9和EEPROM及其控制电路10。
第一电机控制模块1用于对180度直流变频控制的第一电机的工作状态进行控制。第二电机控制模块2用于对180度直流变频控制的第二电机的工作状态进行控制。MCU主控模块3产生第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号，并依据第一组PWM控制信号对第一电机控制模块1进行控制，以及依据第二组PWM控制信号对第二电机控制模块2进行控制；并且，第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号各包含6路PWM信号。电源模块4将交流电进行整流滤波产生直流电从而为第一电机控制模块1、第二电机控制模块2、MCU主控模块3供电以及其它模块供电。通信电路5分别与MCU主控模块3、第一电机控制模块1和第二电机控制模块2相连，用于第一电机控制模块1与第二电机控制模块2之间进行通信。四通阀控制模块6与MCU主控模块3相连，用于控制四通阀的开关状态。过零检测电路7与MCU主控模块3相连，采用光耦进行隔离。检测电源温度采样电路8与MCU主控模块3相连，用于对室内、室外或主板的工作温度进行采样。复位电路9与MCU主控模块3相连，对MCU主控模块3以及整个系统起复位作用。EEPROM及其控制电路10与MCU主控模块3相连，用于存贮MCU主控模块3的程序代码的外部参数数据。
其中，第一电机控制模块1包括第一开关管驱动单元11和第一电机电流检测单元12。第一开关管驱动单元11依据第一组PWM控制信号控制第一组开关管导通与截至从而驱动第一电机运行，第一组开关管包括6个开关管；第一电机电流检测单元12对第一电机的三相工作电流进行采样得到第一采样电流，并将第一采样电流进行放大处理后送至MCU主控模块3。
同样地，第二电机控制模块2包括第二开关管驱动单元21和第二电机电流检测单元22。第二开关管驱动单元21依据第二组PWM控制信号控制第二组开关管导通与截至从而驱动第二电机运行，第二组开关管包括6个开关管；第二电机电流检测单元22对第二电机的三相工作电流进行采样得到第二采样电流，并将第二采样电流进行放大处理后送至MCU主控模块3。
MCU主控模块3包括第一计算单元31、第二计算单元33、第一PWM调节单元32和第二PWM调节单元34。
第一计算单元31采用空间矢量算法对第一采样电流进行运算以计算出第一电机的转子位置信息；第二计算单元33采用空间矢量算法对第二采样电流进行运算以计算出第二电机的转子位置信息；第一PWM调节单元32依据第一电机的转子位置信息对第一组PWM控制信号中的各路PWM信号的占空比进行调节；第二PWM调节单元34依据第二电机的转子位置信息对第二组PWM控制信号中的各路PWM信号的占空比进行调节。
进一步地，在作为空调控制系统时，第一电机为室外风机，第二电机为压缩机。
如图2所示，是本实用新型双变频控制系统的第一电机控制模块的一实施例的电路图。第一电机控制模块包括第一开关管驱动单元和第一电机电流检测单元。
第一开关管驱动单元主要由芯片ICF108及其外围电路、绝缘栅双极型晶体管QF106、QF107、QF108、QF109、QF110和QF111构成，且端口CON1用来连接第一电机即室外风机。其中，优选地，芯片ICF108采用型号为IR2136的三相桥式驱动芯片，绝缘栅双极型晶体管采用型号为GT20J321的晶体管。第一开关管驱动单元依据MCU主控模块3产生的第一组PWM控制信号控制绝缘栅双极型晶体管QF106、QF107、QF108、QF109、QF110和QF111导通与截至，以驱动第一电机运行。
第一电机电流检测单元主要由运算放大器ICF112A及其外文电路构成。其中，优选地，运算放大器ICF112A采用型号为MCP6002的运算放大器芯片。第一电机电流检测单元对第一电机的三相工作电流进行采样得到第一采样电流，并将第一采样电流进行放大处理后通过端口FAN_1送至MCU主控模块。
如图3所示，是本实用新型双变频控制系统的第二电机控制模块的一实施例的电路图。同样地，第二电机控制模块包括第二开关管驱动单元和第二电机电流检测单元。
第二开关管驱动单元主要由芯片IC108及其外围电路、绝缘栅双极型晶体管Q 106、Q107、Q108、Q 109、Q110和Q111构成，且端口W、V和U用来连接第二电机。其中，优选地，芯片IC108采用型号为IR2136的三相桥式驱动芯片，绝缘栅双极型晶体管采用型号为GT20J321的晶体管。第二开关管驱动单元依据MCU主控模块3产生的第二组PWM控制信号控制绝缘栅双极型晶体管Q106、Q107、Q108、Q 109、Q110和Q111导通与截至，以驱动第二电机运行。
第二电机电流检测单元主要由运算放大器IC112A、运算放大器IC112B及其外围电路构成。其中，优选地，运算放大器IC112A和运算放大器IC112B均采用型号为MCP6002的运算放大器芯片。第二电机电流检测单元对第二电机的三相工作电流进行采样得到第二采样电流，并将第二采样电流进行放大处理后分别通过端口FU_I和端口IP_CURR送至MCU主控模块。
如图4所示，是本实用新型双变频控制系统的MCU主控模块的一实施例的电路图。MCU主控模块包括第一计算单元、第二计算单元、第一PWM调节单元和第二PWM调节单元。
MCU主控模块主要由主控芯片U1及其外围电路构成，优选地，主控芯片U1采用型号为STM32_64_RC的MCU控制芯片。在MCU主控模块中，第一计算单元通过内部的运算程序，采用空间矢量算法磁定向技术对第一采样电流进行运算以计算出第一电机的转子位置信息，第一PWM调节单元依据第一电机的转子位置信息对第一组PWM控制信号(即三相电机控制信号)中的三路PWM信号的占空比分别进行调节。同样地，第二计算单元采用空间矢量算法对第二采样电流进行运算以计算出第二电机的转子位置信息；第二PWM调节单元依据第二电机的转子位置信息对第二组控制信号(即三相电机的控制信号)中的三路PWM信号的占空比进行分别调节。
本实施例中，该MCU主控模块支持多种与外界进行通信的I/O接口，如可提供支持USART(串口)、IIC等协议的接口。
如图5所示，是本实用新型双变频控制系统的电源模块的一实施例的电路图。本实施例中，该电源模块将交流电进行整流滤波产生直流电从而为第一电机控制模块、第二电机控制模块和MCU主控模块以及其它模块供电。
该电源模块包括整流电路和开关电源电路，整流电路采用整流桥将电源提供的220V的交流电转换为310V的直流电，然后开关电源电路将该310V的直流电转换为15V和5V的直流电，其中15V的直流电用于给第一电机控制模块和第二电机控制模块供电，5V的直流电用于给MCU主控模块等弱电模块供电。当然，5V的直流电需通过电源转换芯片转化为3.3V的直流电，才可为型号为STM32_64_RC的MCU控制芯片供电。
如图6所示，是本实用新型双变频控制系统的通信电路的一实施例的电路图。本实施例中，该通信电路用于用于室外控制板与室内控制单元之间的第一电机控制模块与第二电机控制模块之间进行通信，其分别与MCU主控模块、第一电机控制模块和第二电机控制模块相连，其中，MCU主控模块通过端口CRxd和端口CTxd传递数据信息使第一电机控制模块与第二电机控制模块之间进行通信。
如图7所示，是本实用新型双变频控制系统的四通阀控制模块的一实施例的电路图。本实施例中，该四通阀控制模块主要包括电源滤波电路和四通阀控制电路。电源滤波电路对电源提供的220V的交流电进行滤波，以消除共模和差模干扰。四通阀控制电路控制四通阀打开或闭合，以控制空调进行制冷或制热。
如图8所示，是本实用新型双变频控制系统的过零检测电路的一实施例的电路图。本实施例中，该过零检测电路采用光耦进行隔离。当然，在其他实施例中，该过零检测电路还可采用变压器进行隔离。
如图9所示，是本实用新型双变频控制系统的复位电路的一实施例的电路图。本实施例中，通过该复位电路可对MCU主控模块及整个双变频控制系统进行复位。
如图10所示，是本实用新型双变频控制系统的温度采样模块的一实施例的电路图。本实施例中，通过该温度采样模块可对室内和室外的温度进行采集，并将温度采集数据送至MCU主控模块后，MCU主控模块可依据该温度采集数据调节第一电机或第二电机的运行状态，如转速、运行时间等。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双变频控制系统，其特征在于，包括：
用于对180度直流变频控制的第一电机的工作状态进行控制的第一电机控制模块；
用于对180度直流变频控制的第二电机的工作状态进行控制的第二电机控制模块；
产生第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号、并依据所述第一组PWM控制信号对所述第一电机控制模块进行控制、以及依据所述第二组PWM控制信号对所述第二电机控制模块进行控制的MCU主控模块；
将交流电进行整流滤波产生直流电从而为所述第一电机控制模块、所述第二电机控制模块和所述MCU主控模块供电的电源模块；
所述第一组PWM控制信号和第二组PWM控制信号各包含6路PWM信号。
2.根据权利要求1所述的双变频控制系统，其特征在于，所述第一电机控制模块包括：
依据所述第一组PWM控制信号控制第一组开关管导通与截至从而驱动所述第一电机运行的第一开关管驱动单元；
用于对所述第一电机的三相工作电流进行采样得到第一采样电流、并将第一采样电流进行放大处理后送至所述MCU主控模块的第一电机电流检测单元；
所述第一组开关管包括6个开关管。
3.根据权利要求2所述的双变频控制系统，其特征在于，所述第二电机控制模块包括：
依据所述第二组PWM控制信号控制第二组开关管导通与截至从而驱动所述第二电机运行的第二开关管驱动单元；
用于对所述第二电机的三相工作电流进行采样得到第二采样电流、并将第二采样电流进行放大处理后送至所述MCU主控模块的第一电机电流检测单元；
所述第一组开关管包括6个开关管。
4.根据权利要求3所述的双变频控制系统，其特征在于，所述开关管为绝缘栅双极型晶体管。
5.根据权利要求4所述的双变频控制系统，其特征在于，所述MCU主控模块包括：
采用空间矢量算法磁定向技术对第一采样电流进行运算以计算出第一电机的转子位置信息的第一计算单元；
采用空间矢量算法磁定向技术对第二采样电流进行运算以计算出第二电机的转子位置信息的第二计算单元；
依据所述第一电机的转子位置信息对第一组PWM控制信号中的各路PWM信号的占空比进行调节的第一PWM调节单元；
依据所述第二电机的转子位置信息对第二组PWM控制信号中的各路PWM信号的占空比进行调节的第二PWM调节单元。
6.根据权利要求5所述的双变频控制系统，其特征在于，还包括分别与所述MCU主控模块、第一电机控制模块和第二电机控制模块相连的、用于所述第一电机控制模块与所述第二电机控制模块之间进行通信的通信电路。
7.根据权利要求6所述的双变频控制系统，其特征在于，所述第一电机为室外风机，第二电机为压缩机。
8.根据权利要求6所述的双变频控制系统，其特征在于，还包括与所述MCU主控模块相连的、用于控制四通阀的开关状态的四通阀控制模块。
9.根据权利要求1所述的双变频控制系统，其特征在于，还包括与所述MCU主控模块相连的、采用光耦进行隔离的过零检测电路。
10.根据权利要求1所述的双变频控制系统，其特征在于，还包括分别与所述MCU主控模块相连的温度采样电路、复位电路和EEPROM及其控制电路。
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