CN202679296U

CN202679296U - 一种开关磁阻电机调速控制器

Info

Publication number: CN202679296U
Application number: CN2012203685914U
Authority: CN
Inventors: 王陈宁; 查长礼; 陈世军
Original assignee: 王陈宁
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-07-30

Abstract

本实用新型公开了一种开关磁阻电机调速控制器，包括磁阻电机和磁阻电机控制电路，磁阻电机控制电路包括单片机、复杂可编程逻辑器件、键盘电路、数码管显示电路、隔离驱动电路、功率电路、保护电路和位置检测电路，单片机与复杂可编程逻辑器件通过串口进行数据通信，键盘电路和数码管显示电路分别作为可编程逻辑器件的输入和输出与其连接，可编程逻辑器件提供六路相信号经隔离驱动电路进行隔离放大后送入功率电路，位置检测电路将获得的位置信号送给复杂可编程逻辑器件，保护电路实现对磁阻电机的过压、欠压、过流、过热保护。本实用新型的一种开关磁阻电机调速控制器驱动开关磁阻电机时稳定可靠，调速范围宽，控制灵活，高效节能，成本低，电路简单，便于系统的升级维护。

Description

一种开关磁阻电机调速控制器

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路，尤其涉及一种开关磁阻电机调速控制器。

背景技术

开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance Motor Drive），简称为SRD，作为新一代调速产品，具有高效节能，调速范围宽，适用范围广，简单可靠等一系列优点。不过，由于出现较晚，推广应用工作滞后，其优越性尚未被广大用户所接受，经过多年的发展，该系统已经被应用到越来越多的场合，并表现出了优异的性能和良好的节能效果。随着理论的完善和技术的成熟，开关磁阻电机调速系统最终将成为调速市场的主力军。现代的开关磁阻电机调速控制器多采用单片机或数字信号处理芯片（DSP）开发，采用纯单片机开发的控制器外围逻辑电路复杂，调速控制达不到理想的效果，也不便于系统的升极维护，而采用DSP开发的控制器成本较高，难以被普通用户接受，大面积推广也有困难。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种开关磁阻电机调速控制器，该控制器驱动开关磁阻电机时稳定可靠，调速范围宽，控制灵活，高效节能，成本低，电路简单，便于系统的升级维护。

为实现上述目的，本实用新型一种开关磁阻电机调速控制器，包括磁阻电机和磁阻电机控制电路，所述磁阻电机控制电路包括单片机、复杂可编程逻辑器件、键盘电路、数码管显示电路、功率电路、位置检测电路和保护电路，其特征是：所述磁阻电机控制电路还包括隔离驱动电路；单片机通过串行通信口与复杂可编程逻辑器件相连，复杂可编程逻辑器件的六路输出相信号与隔离驱动电路连接，键盘电路输出与复杂可编程逻辑器件连接，复杂可编程逻辑器件输出与数码管显示电路连接，隔离驱动电路的输出接功率电路，功率电路的输出驱动磁阻电机，位置检测电路检测磁阻电机转子位置，位置信号与复杂可编程逻辑器件相连，保护电路从磁阻电机取样电压电流温度信号，其输出与单片机的外部中断和单片机的PWM输出端口相连；所述隔离驱动电路是由型号为HCPL3120的光电耦合器U1、电阻R4和C1并联组成的脉冲加速电路、三极管Q1和电阻R1构成的反相器、电容C2和稳压管ZD2并联构成负压产生电路和稳压二极管ZD1和ZD3串联组成的输出电压限幅电路组成；电阻R4和C1并联组成的脉冲加速电路一端与单片机的PWM脉冲信号输出引脚连接，另一端与三极管Q1的基极相接，R1为三极管Q2的集电极电阻，三极管Q1的集电极和发射极分别与光电耦合器U1的2脚和3脚连接，电容C2和稳压管ZD2并联构成负压产生电路一端接地，另一端通过稳压管ZD2的限流电阻R2串联后接在光电耦合器U1的8脚上，光电耦合器U1的8脚接在+15V电源上，输出电压限幅电路中的稳压二极管ZD1的阳极与ZD3的阳极相连，稳压二极管ZD1的阴极通过电阻R3与光电耦合器U1的7脚相接，稳压二极管ZD3的阴极和稳压管ZD2的阴极连接，电阻R5接在稳压二极管ZD1的阴极与ZD3的阴极之间。

在上述技术方案中，单片机与复杂可编程逻辑器件通过串口进行通信，单片机提供PWM作为复杂可编程逻辑器件的输入，复杂可编程逻辑器件提供测速脉冲给单片机进行计数测速，键盘电路和数码管显示电路分别作为可编程逻辑器件的输入和输出与其连接，可编程逻辑器件提供六路相信号经隔离驱动电路进行隔离放大后送入功率电路，位置检测电路检测磁阻电机转子位置信号，并将获得的位置信号送给复杂可编程逻辑器件（CPLD），保护电路采样磁阻电机各相电流、母线电压、温度，实现对磁阻电机的过压、欠压、过流、过热保护，保护电路的输出与单片机的外部中断和PWM输出端连接，这样电路一旦进入保护状态就可从软件和硬件上关闭单片机PWM输出。本实用新型的一种开关磁阻电机调速控制器，可应用于各种通用调速场合，具有调速范围宽、成本低、电路简单、控制灵活、自适应能力强及适用范围广等优点。另外本设计所采用的保护电路由简单的外围电路组成，可轻易实现对调速系统的过流、过温、过压、欠压保护，保证了系统安全、可靠、平稳的运行。

附图说明

图1是本实用新型原理框图；

图2是本实用新型隔离驱动电路原理图；

图3是本实用新型功率电路原理框图；

图4是本实用新型保护电路中的过压欠压电路原理图；

图5是本实用新型保护电路中的过流保护电路原理图；

图6是本实用新型保护电路中的过热保护电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种开关磁阻电机调速控制器作进一步说明。

在图1中，本实施例是由单片机1、复杂可编程逻辑器件（CPLD）2、键盘电路3、数码管显示电路4、隔离驱动电路5、功率电路6、磁阻电机7、位置检测电路8和保护电路9组成，单片机1通过串行通信口与复杂可编程逻辑器件2相连，复杂可编程逻辑器件2的六路输出相信号与隔离驱动电路5连接，键盘电路3输出与复杂可编程逻辑器件2连接，复杂可编程逻辑器件2输出与数码管显示电路4连接，隔离驱动电路5的输出接功率电路6，功率电路6的输出驱动磁阻电机7，位置检测电路8检测磁阻电机7的转子位置，位置信号与复杂可编程逻辑器件2相连，保护电路9从磁阻电机7在取样电压电流温度信号，其输出与单片机1的外部中断和单片机的PWM输出端口相连；在本实施例中，单片机1与复杂可编程逻辑器件2通过串口进行通信，复杂可编程逻辑器件2提供测速脉冲给单片机1进行计数测速，键盘电路3和数码管显示电路4分别作为可编程逻辑器件2的输入和输出与其连接，可编程逻辑器件2提供六路相信号经隔离驱动电路5进行隔离放大后送入功率电路6，位置检测电路8检测磁阻电机7转子位置信号，并将获得的位置信号送给可编程逻辑器件2，保护电路9采样磁阻电机7各相电流、母线电压、电机温度，实现对磁阻电机的过压、欠压、过流、过热保护，保护电路9的输出与单片机1的外部中断和PWM输出端连接。图1中的单片机1可以选用带PWM发生器的单片机，如STC系列的STC12C5410AD单片机，复杂可编程逻辑器件2可以选择Alter公司的CPLD器件EPM240T100C5N。

在图2中，隔离驱动电路是由型号为HCPL3120的光电耦合器U1、电阻R4和C1并联组成的脉冲加速电路、三极管Q1和电阻R1构成的反相器、电容C2和稳压管ZD2并联构成负压产生电路和稳压二极管ZD1和ZD3串联组成的输出电压限幅电路组成；电阻R4和C1并联组成的脉冲加速电路一端与单片机的PWM脉冲信号输出引脚连接，另一端与三极管Q1的基极相接，R1为三极管Q2的集电极电阻，三极管Q1的集电极和发射极分别与光电耦合器U1的2脚和3脚连接，电容C2和稳压管ZD2并联构成负压产生电路一端接地，另一端通过稳压管ZD2的限流电阻R2串联后接在光电耦合器U1的8脚上，光电耦合器U1的8脚接在+15V电源上，输出电压限幅电路中的稳压二极管ZD1的阳极与ZD3的阳极相连，稳压二极管ZD1的阴极通过电阻R3与光电耦合器U1的7相接，稳压二极管ZD3的阴极和稳压管ZD2的阴极连接，电阻R5接在稳压二极管ZD1的阴极与ZD3的阴极之间。在图2中，光电耦合器件U1的输入信号来自单片机的PWM输出引脚，PWM信号首先经过电阻R4和C1构成的脉冲加速电路，然后经过由三极管Q1和电阻R1构成的反相器，反相器的输出信号直接驱动光电耦合器输入侧的发光二极管，光电耦合器U1的输出信号理论上可以驱动平均峰值电流为2A的IGBT，图2中稳压二极管ZD1和ZD3的作用是为了限制其后接电路IGBT的驱动信号的幅度，电容C2和稳压管ZD2构成负压产生电路，电阻R3为IGBT驱动栅极电阻，电阻R5为IGBT的栅极和发射极电阻。

图3为本实用新型功率电路原理方框图，功率电路由整流电路，滤波电路，软启动电路以及功率变换电路四部分构成，其中整流、滤波电路实现将220V的正弦交流电转换成300V左右的直流电，设计软启动电路的目的是为了防止在启动过程中大电流的冲击，功率变换电路采用的是开关磁阻电机常用的三相不对称半桥，三相不对称半桥电路有如下特点：第一，主开关管电压定额与电动机绕组的电压定额近似相等，用足了主开关管的额定电压，电源电压全部用来控制相绕组电流；第二，由于每相绕组接至各自的不对称半桥，电路中相与相之间完全独立，故这种结构对绕组相数没有限制，很适合多相同时工作的场合；第三，电动机绕组与每相开关串联，不存在上、下桥臂直通的故障隐患；第四，每相都需要两个主开关管和两个二极管，成本较高。主要适用于高电压大功率且相数较少的场合。

图4为本实用新型保护电路中的过压欠压保护电路原理图，其中电阻R6和R8为比较器A2反相端电压取样电阻，R7和R9为比较器A1同相端电压取样电阻，电阻R10和三端稳压二极管D3构成参考电压电路，比较器A1、二极管D1、二极管D2、比较器A2、电阻R12构成窗口比较器，当母线电压高于240V或低于180V时窗口比较器输出为低电平，为了提高窗口比较器的带载能力，在窗口比较器输出通过三级管Q2加了一极电流放大，这样当过压欠压保护信号有效时，光耦U2输出低电平，起到保护作用。

图5为本实用新型保护电路中的过流保护电路原理图，过流保护电路采用了电流传感器P1，电流传感器P1有三个引脚，其中1脚和3脚为电源端，另一个引脚2脚为输出信号端，电流传感器P1的输出电压信号经电阻R16和电阻R17分压后送入单限比较器A3，比较器A3的2.5V参考电压由电阻R15和三端稳压二极管D4构成，当电流保护信号有效时电路输出低电平，起到保护作用。

图6为本实用新型保护电路中的过热保护电路原理图，整个电路为一单限比较器，参考电压由电阻R19和三端稳压二极管D5构成，输入电压由电阻R18和正温度系数的热敏电阻RT构成，当电机温度正常时比较器A4同相端电压高于反相端电压，比较器A4输出高电平，一旦电机温度过高比较器输出低电平保护信号，起到保护作用。

在本实施例中，单片机与复杂可编程逻辑器件通过串口进行通信，单片机提供PWM作为复杂可编程逻辑器件的输入，复杂可编程逻辑器件提供测速脉冲给单片机进行计数测速，键盘电路和数码管显示电路分别作为可编程逻辑器件的输入和输出与其连接，可编程逻辑器件提供六路相信号经隔离驱动电路进行隔离放大后送入功率电路，位置检测电路检测磁阻电机转子位置信号，并将获得的位置信号送给复杂可编程逻辑器件（CPLD），保护电路采样磁阻电机各相电流、母线电压、温度，实现对磁阻电机的过压、欠压、过流、过热保护，保护电路的输出与单片机的外部中断和PWM输出端连接，这样电路一旦进入保护状态就可从软件和硬件上关闭单片机PWM输出。本实用新型可应用于各种通用调速场合，具有调速范围宽、成本低、电路简单、控制灵活、自适应能力强及适用范围广等优点。另外本设计所采用的保护电路由简单的外围电路组成，可轻易实现对调速系统的过流、过温、过压、欠压保护，保证了系统安全、可靠、平稳的运行。

Claims

1.一种开关磁阻电机调速控制器，包括磁阻电机和磁阻电机控制电路，所述磁阻电机控制电路包括单片机、复杂可编程逻辑器件、键盘电路、数码管显示电路、功率电路、位置检测电路和保护电路，其特征是：所述磁阻电机控制电路还包括隔离驱动电路；单片机通过串行通信口与复杂可编程逻辑器件相连，复杂可编程逻辑器件的六路输出相信号与隔离驱动电路连接，键盘电路输出与复杂可编程逻辑器件连接，复杂可编程逻辑器件输出与数码管显示电路连接，隔离驱动电路的输出接功率电路，功率电路的输出驱动磁阻电机，位置检测电路检测磁阻电机转子位置，位置信号与复杂可编程逻辑器件相连，保护电路从磁阻电机取样电压电流温度信号，其输出与单片机的外部中断和单片机的PWM输出端口相连；所述隔离驱动电路是由型号为HCPL3120的光电耦合器U1、电阻R4和C1并联组成的脉冲加速电路、三极管Q1和电阻R1构成的反相器、电容C2和稳压管ZD2并联构成负压产生电路和稳压二极管ZD1和ZD3串联组成的输出电压限幅电路组成；电阻R4和C1并联组成的脉冲加速电路一端与单片机的PWM脉冲信号输出引脚连接，另一端与三极管Q1的基极相接，R1为三极管Q2的集电极电阻，三极管Q1的集电极和发射极分别与光电耦合器U1的2脚和3脚连接，电容C2和稳压管ZD2并联构成负压产生电路一端接地，另一端通过稳压管ZD2的限流电阻R2串联后接在光电耦合器U1的8脚上，光电耦合器U1的8脚接在+15V电源上，输出电压限幅电路中的稳压二极管ZD1的阳极与ZD3的阳极相连，稳压二极管ZD1的阴极通过电阻R3与光电耦合器U1的7相接，稳压二极管ZD3的阴极和稳压管ZD2的阴极连接，电阻R5接在稳压二极管ZD1的阴极与ZD3的阴极之间。