CN202997986U

CN202997986U - 一种直流无刷电机驱动装置

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Publication number: CN202997986U
Application number: CN2012207394689U
Authority: CN
Inventors: 金夏生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-28

Abstract

本实用新型提供了一种直流无刷电机驱动装置，属于直流无刷电机技术领域。它解决了现有的技术加大了电路的体积与重量且增加了成本的问题。本直流无刷电机驱动装置包括整流电路、逆变电路和控制电路，逆变电路的信号控制端与控制电路的输出端连接，逆变电路的输出端连接无刷电机，整流电路的输出端和逆变电路的输入端之间并联有滤波电容，滤波电容的正极分别与整流电路的正输出端和逆变电路的正输入端连接，滤波电容的负极分别与整流电路的负输出端和逆变电路的负输入端连接。本驱动装置功率因数高且成本低。

Description

一种直流无刷电机驱动装置

技术领域

本实用新型属于直流无刷电机技术领域，涉及一种直流无刷电机驱动装置。

背景技术

直流无刷电机采用高性能稀土永磁材料作磁极，无电刷和换向器，具有体积小，重量轻，结构简单、可靠性高的优点。直流无刷电机的转矩特性与直流电机一样，具有调节控制方便、调速范围宽、动态响应快等优点。

直流无刷电机应用的驱动器，一般都采取交直交的控制方式。即先通过整流滤波将交流变换为稳定的直流，然后利用逆变电路得到电机控制所需要的变频或者变幅的交流汇，AC-DC转换电路中整流和电容滤波电路是一种非线性元件和储能元件的组合，会造成输入端功率因数下降。如要求驱动500W的电机，一般就选择300uf～470uF耐压400V的滤波电容，这种方式的直接后果就是功率因数很低，一般在0.5左右，加大了电网的损耗。因此，通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。

针对上述的问题，现有的中国专利文献公开了一种集式空调系统的末端装置中风机用直流无刷电机控制装置[CN200820058347.1]，包括：滤波模块，整流模块，功率因数校正模块，功率模块，控制模块，与所述功率因数校正模块的输出端及所述功率模块相连接，采样所述直流无刷风机的电机与所述功率模块的电流信息；根据所述功率因数校正模块的输出端的电压及采样的电流信息，输出控制信息至所述功率模块，所述功率模块根据该控制信息控制所述直流无刷风机的电机工作；存储模块，辅助电源模块，接口模块。虽然该实用新型具有很好的节能效果，但是通过增加功率因数校正电路来提高功率因数，这就不仅加大了电路的体积与重量，而且大大增加了成本。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种功率因数高且成本低的直流无刷电机驱动装置。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种直流无刷电机驱动装置，包括整流电路、逆变电路和控制电路，所述逆变电路的信号控制端与控制电路的输出端连接，所述逆变电路的输出端连接无刷电机，其特征在于，所述整流电路的输出端和逆变电路的输入端之间并联有滤波电容，所述滤波电容的正极分别与整流电路的正输出端和逆变电路的正输入端连接，所述滤波电容的负极分别与整流电路的负输出端和逆变电路的负输入端连接。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述滤波电容的电容量为：C=K*P，K≤0.2 （1）

式中：C为滤波电容的电容量，其单位为uF；K为电容系数；P为电机的输出功率，其单位为W。

该直流无刷电机驱动装置将交流市电经过整流电路和滤波电容转换成直流后，再通过逆变电路将直流转交流从而驱动无刷电机工作；通过公式一中的电容系数以及电机需要输出的功率选择该驱动装置中滤波电容需要选择的电容量，通过改变滤波电容的容量来提高线路的功率因数，并达到节能的效果。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的整流电路为桥式整流电路，所述的桥式整流电路与单相交流电连接。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的桥式整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述的二极管D1、二极管D2和二极管D3、二极管D4分别顺向串联并将其连接点分别与单相交流电连接，将二极管D1和二极管D3的负极接在一起构成正输出端，将二极管D2和二极管D4的正极接在一起构成负输出端。桥式整流电路是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电，具有性能优良，整流效率高，稳定性好的优点。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的桥式整流电路包括将D1、D2、D3、D4四个二极管整体封装在内的桥式整流器。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的逆变电路由六只MOS管以三相桥式连接方式连接构成，其中，每相包括两个独立的MOS管。通过六个分立的MOS管实现三相逆变电路的功能，具有适应性强，维修方便等优点。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的六只MOS管中第一MOS管和第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管以及第五MOS管和第六MOS管分别顺向串联并将上述两两串联的MOS管的连接点作为输出端分别与无刷电机连接，所述的第一MOS管、第三MOS管和第五MOS管的漏极接在一起构成正输入端，所述的第二MOS管、第四MOS管和第六MOS管的源极接在一起构成负输入端，所述六个MOS管的栅极作为信号输入端分别与上述控制电路连接。在上述逆变电路中采用的MOS管为增强型的N沟道MOS管，该MOS管具有导通电阻小，且容易制造的优点。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的六只MOS管上还分别连接有用于驱动MOS管动作的驱动电路，所述的六只MOS管和与其连接的驱动电路为一体式封装的功率模块。

在上述的直流无刷电机驱动装置中，所述的控制电路为单片机。单片机的使用使得电路结构简单，故障率低，可靠性高且成本低廉。

与现有技术相比，本直流无刷电机驱动装置通过对滤波电容容量的选择来增大功率因数，功率因数是有功功率和视在功率的比值，功率因数的提高，说明该驱动装置中的有功功率提高了，通过功率因数的增加有效地减少了电能的损耗，并有效地降低了应用成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的电路图。

图3是本实用新型的实验数据表。

图中，1、整流电路；2、滤波电容；3、逆变电路；3a、第一MOS管；3b、第MOS管；3c、第三MOS管；3d、第四MOS管；3e、第五MOS管；3f、第六MOS管；4、控制电路；5、无刷电机；6、单相交流电。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1、2、3所示，本直流无刷电机驱动装置包括整流电路1、逆变电路3和控制电路4，逆变电路3的信号控制端与控制电路4的输出端连接，逆变电路3的输出端连接无刷电机5，整流电路1的输出端和逆变电路3的输入端之间并联有滤波电容2，滤波电容2的正极分别与整流电路1的正输出端和逆变电路3的正输入端连接，滤波电容2的负极分别与整流电路1的负输出端和逆变电路3的负输入端连接。

具体来说，滤波电容2的电容量根据以下公式得到：C=K*P，K≤0.2 （1）

式中：C为滤波电容2的电容量；K为电容系数；P为电机的输出功率。通过设定电容系数K的范围来确定滤波电容2所需选择的电容量，以提高功率因数。比如要驱动780W的电机，若设定电容系数K为0.2uF/W，通过公式一的计算可得出需选择电容量为160uF的滤波电容2，将该滤波电容2应用于本驱动装置，通过功率因数仪表可测试出本驱动装置的功率因数为0.66；若设定电容系数K为0.1uF/W，通过公式一的计算可得出需选择电容量为80uF的滤波电容2，将该滤波电容2应用于本驱动装置，通过功率因数仪表可测试出本驱动装置的功率因数为0.78；若设定电容系数K为0.05uF/W，通过公式一的计算可得出需选择电容量为40uF的滤波电容2，将该滤波电容2应用于本驱动装置，通过功率因数仪表可测试出本驱动装置的功率因数为0.88；若设定电容系数K为0.04uF/W，通过公式一的计算可得出需选择电容量为30uF的滤波电容2，将该滤波电容2应用于本驱动装置，通过功率因数仪表可测试出本驱动装置的功率因数为0.90；通过上述的实验数据可得出，通过降低滤波电容2的容量可提高线路的功率因数，解决了在现有技术技术中要求驱动500W的电机，一般就选择300uF～470uF耐压400V的滤波电容2，造成功率因数很低的问题，其功率因数一般在0.5的情况。

优选地，电容系数K可设定为0.05～0.2。可根据电容系数Ｋ和需要输出的电机功率确定该驱动装置中使用的滤波电容2的容量，选择电容系数Ｋ为0.05～0.2，可使选择的滤波电容2在提高功率因数的同时，又可输出较稳定的直流电压，使其满足电机输出性能的要求。

作为优选条件，在该直流无刷电机驱动装置中可以采用多个滤波电容2，并通过并联或串联的方式与整流电路1和逆变电路3连接。

整流电路1为桥式整流电路1，桥式整流电路1包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，二极管D1、二极管D2和二极管D3、二极管D4分别顺向串联并将其连接点分别与单相交流电6连接，将二极管D1和二极管D3的负极接在一起构成正输出端，将二极管D2和二极管D4的正极接在一起构成负输出端。桥式整流电路1是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电，具有性能优良，整流效率高，稳定性好的优点。

优选地，桥式整流电路1包括将D1、D2、D3、D4四个二极管整体封装在内的桥式整流器。

逆变电路3由六只MOS管以三相桥式连接方式连接构成，其中，每相包括两个独立的MOS管，六只MOS管中第一MOS管3a、第MOS管3b和第三MOS管3c、第四MOS管3d以及第五MOS管3e、第六MOS管3f分别顺向串联并将上述两两串联的MOS管的连接点作为输出端分别与无刷电机5连接，第一MOS管3a、第三MOS管3c和第五MOS管3e的漏极接在一起构成正输入端，第MOS管3b、第四MOS管3d和第六MOS管3f的源极接在一起构成负输入端，该六个MOS管的栅极作为信号输入端分别与上述控制电路4连接。六只MOS管上还分别连接有用于驱动MOS管动作的驱动电路，六只MOS管和与其连接的驱动电路为一体式封装的功率模块。通过六个分立的MOS管实现三相逆变电路3的功能，具有适应性强，维修方便等优点。在上述逆变电路3中采用的MOS管为增强型的N沟道MOS管，该MOS管具有导通电阻小，且容易制造的优点。

优选地，控制电路4为单片机。单片机的使用使得电路结构简单，故障率低，可靠性高且成本低廉。

该直流无刷电机驱动装置在与单相交流电6连通后，单相交流电6通过桥式整流电路1将交流电压转换成直流电压，再通过并联在桥式整流电路1输出端的滤波电容2滤除直流电压中的交流成分，使输出的直流更平稳，通过并联滤波电容2后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，然后通过逆变电路3将直流电压转换成交流电压，并通过控制电路4控制逆变电路3中的MOS管来驱动无刷电机5工作；其中上述滤波电容2的电容量通过公式一中电容系数与电机的输出功率的乘积来选择。该直流无刷电机驱动装置应用于不同的设备，其要求达到的功率因数要求也不同，如应用于空调，其功率因数一般要求在0.85以上，则选择K值为0.05uF/W，再通过公式一选取滤波电容2的电容量；若应用于功率因数需达到0.78的设备，则选择K值为0.1uF/W，再通过公式一选取滤波电容2的电容量。通过选择电容系数为0～0.2之间的滤波电容2，可在提高功率因数的同时，又能满足电机输出性能的要求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了整流电路1、滤波电容2、逆变电路3、第一MOS管3a、第二MOS管3b、第三MOS管3c、第四MOS管3d、第五MOS管3e、第六MOS管3f、控制电路4、无刷电机5、单相交流电6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims

1.一种直流无刷电机驱动装置，包括整流电路（1）、逆变电路（3）和控制电路（4），所述逆变电路（3）的信号控制端与控制电路（4）的输出端连接，所述逆变电路（3）的输出端连接无刷电机（5），其特征在于，所述整流电路（1）的输出端和逆变电路（3）的输入端之间并联有滤波电容（2），所述滤波电容（2）的正极分别与整流电路（1）的正输出端和逆变电路（3）的正输入端连接，所述滤波电容（2）的负极分别与整流电路（1）的负输出端和逆变电路（3）的负输入端连接。

2.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述滤波电容（2）的电容量为：C=K*P，K≤0.2 （1）

式中：C为滤波电容（2）的电容量；K为电容系数；P为电机的输出功率。

3.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的整流电路（1）为桥式整流电路（1），所述的桥式整流电路（1）与单相交流电（6）连接。

4.根据权利要求3所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的桥式整流电路（1）包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述的二极管D1、二极管D2和二极管D3、二极管D4分别顺向串联并将其连接点分别与单相交流电（6）连接，将二极管D1和二极管D3的负极接在一起构成正输出端，将二极管D2和二极管D4的正极接在一起构成负输出端。

5.根据权利要求3所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的桥式整流电路（1）包括将D1、D2、D3、D4四个二极管整体封装在内的桥式整流器。

6.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的逆变电路（3）由六只MOS管以三相桥式连接方式连接构成，其中，每相包括两个独立的MOS管。

7.根据权利要求6所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的六只MOS管中第一MOS管（3a）和第MOS管（3b）、第三MOS管（3c）和第四MOS管（3d）以及第MOS管（3e）和第六MOS管（3f）分别顺向串联并将上述两两串联的MOS管的连接点作为输出端分别与无刷电机（5）连接，所述的第一MOS管（3a）、第三MOS管（3c）和第五MOS管（3e）的漏极接在一起构成正输入端，所述的第MOS管（3b）、第四MOS管（3d）和第六MOS管（3f）的源极接在一起构成负输入端，所述六个MOS管的栅极作为信号输入端分别与上述控制电路（4）连接。

8.根据权利要求7所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的六只MOS管上还分别连接有用于驱动MOS管动作的驱动电路，所述的六只MOS管和与其连接的驱动电路为一体式封装的功率模块。

9.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动装置，其特征在于，所述的控制电路（4）为单片机。