CN203086393U - 一种双无刷直流电机的并联驱动电路 - Google Patents

一种双无刷直流电机的并联驱动电路 Download PDF

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    • H02P6/04—Arrangements for controlling or regulating the speed or torque of more than one motor

Abstract

本实用新型是一种双无刷直流电机的并联驱动电路。包括微处理器、IPM模块、第一直流电机、第二直流电机，第一直流电机、第二直流电机的定子绕组并联，共用同一个IPM模块，第一直流电机的定子绕组端子U1、第二直流电机的定子绕组端子U2、IPM模块的输出端子U这三个端子相连；第一直流电机的定子绕组端子V1、第二直流电机的定子绕组端子V2、IPM模块的输出端子V这三个端子相连；第一直流电机的定子绕组端子W1、第二直流电机的定子绕组端子W2、IPM模块的输出端子W这三个端子相连，IPM模块与微处理器连接。本实用新型适应于需要同时采用两个型号相同、负载基本相同的两个直流电机的场合。本实用新型还可以减小电机的转矩脉动、提高运行平稳性，降低电机噪声。

Description

一种双无刷直流电机的并联驱动电路
技术领域
本实用新型是一种双无刷直流电机的并联驱动电路，属于双无刷直流电机的并联驱动电路的改造技术。
背景技术
无刷直流电机的运行是通过逆变器功率器件随转子的不同位置相应改变其不同触发组合状态来实现的，电机的驱动控制系统主要包括微处理器、位置检测电路、电流检测电路、IPM模块以及驱动单元、驱动及控制电源等部件组成。微处理器根据转子的不同位置决定改变功率器件不同触发组合状态，对电机实施不同的控制算法，是系统控制的关键部件。
对无刷直流电机进行驱动控制，首先要对电机的转子位置进行检测。无刷直流电机的位置检测通常采用HALL位置检测方案，通常一个电机采用2个或是3个HALL元件来检测电机的转子位置，这种检测方法精度也较低，是一种成本较低的方案。对于3个HALL元件的电机，对应于转子一个极对数可以获得6个转子位置信号，因此这种位置检测方案的无刷直流电机通常采用方波驱动方案，方波驱动的无刷直流电机转矩脉动较大（尤其在低速运行时）、电机的运行平稳性较差，同时电机的噪声也较大，限制了电机的应用。
随着技术的进步，无刷直流电机出现了无编码器、无HALL元件的转子位置检测方案，这种方案的基本原理是通过检测或计算电机的反电势来估算电机转子的位置，即所谓的“反电势位置检测方案”。常用的直接反电势位置检测方案，通过专用的模拟信号电路来直接检测反电势，从而估算电机的转子位置，这种方案只能获得粗略的转子位置信息。配合低成本的单片机可以对电机实施方波驱动，目前家电类电机调速系统中很多采用这种低成本方案。另一种母线电流单电阻位置检测、两相电流位置检测等方案，这些方案本质上是一种间接反电势检测方案，即先通过对电机相电流的检测，从而推算出电机的反电势，最后估算出电机的转子位置。这种方案采用性能强大的高速单片机或DSP，可以获得细分的转子位置信息，应用永磁同步电机的矢量控制模型，可以对电机实施转子磁场定向（FOC）控制，获得正弦波相电流，即所谓的“正弦波控制”。这种方案目前在变频空调压缩机控制中常被采用，但这种控制要求高性能的单片机或DSP，成本较高。
随着国家节能减排政策的推行，目前在很多应用场合可以由直流电机代替原来的交流电机，以提高电机系统的效率。对于一个系统很多情况下需要用到多个电机，因此为了提高系统的效率同时应用两个甚至更多直流电机的场合也越来越多。例如全直流变频空调室外机，压缩机电机和室外风扇电机都采用无刷直流电机（或永磁同步电机），这两个电机的型号不同，压缩机电机的功率在1～3KW范围，而室外风机电机的功率在100W以内。又如一种空调室内的双灌流风机调速系统，室内风机采用了两个型号相同的电机，两个电机的负载基本相同，每个电机功率约40W。
通常来说一个独立的无刷直流电机驱动控制系统主要包括微处理器、位置检测电路、电流检测电路、IPM模块以及驱动单元、驱动及控制电源等部件组成。对于双电机或多电机控制系统目前市面上已有包括两个电机控制单元的微处理器出售，这样一个双电机系统也可以共用一片微处理器，但是每一个直流电机都需要一套独立的位置检测电路、IPM模块以及驱动单元。如图1为现有空调系统中双无刷直流电机驱动系统的通常所采用的一种结构图。
发明内容
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种适应于需要同时采用型号相同、负载基本相同的两个直流电机的场合的双无刷直流电机的并联驱动电路。本实用新型可以减小电机的转矩脉动、提高电机的运行平稳性，同时降低电机的噪声。
本实用新型的技术方案是：本实用新型的双无刷直流电机的并联驱动电路，包括有微处理器、IPM模块、第一直流电机、第二直流电机，其中第一直流电机、第二直流电机的定子绕组并联，共用同一个IPM模块，第一直流电机的定子绕组端子U1、第二直流电机的定子绕组端子U2、IPM模块的输出端子U这三个端子相连；第一直流电机的定子绕组端子V1、第二直流电机的定子绕组端子V2、IPM模块的输出端子V这三个端子相连；第一直流电机的定子绕组端子W1、第二直流电机的定子绕组端子W2、IPM模块的输出端子W这三个端子相连，且IPM模块与微处理器连接。
上述第一直流电机及第二直流电机中的其中一个电机连接有转子位置检测电路。
上述第一直流电机及第二直流电机的定子绕组均采用星形连接。
本实用新型由于采用两个直流电机的定子绕组并联，共用一个IPM模块及微处理器的结构，适应于需要同时采用两个型号相同、负载基本相同的两个直流电机的场合，如空调双灌流室内风机电机的调速控制。本实用新型通过进一步采用正弦波驱动方案，利用低速的单片机就可以获得接近正弦的电机相电流波形，从而减小电机的转矩脉动、提高电机的运行平稳性，同时降低电机的噪声。本实用新型是一种设计巧妙，低成本，方便实用的双无刷直流电机的并联驱动电路。
附图说明
图1为现有双无刷直流电机驱动系统的原理图。
图2为本实用新型双无刷直流电机驱动系统的原理图。
图3为本实用新型双无刷直流电机绕组的连接方式示意图。
图4为本实用新型双无刷直流电机驱动系统的具体实施例的原理图。
具体实施方式
实施例：
本实用新型的结构示意图如图2所示，本实用新型的双无刷直流电机的并联驱动电路，包括有微处理器1、IPM模块2、第一直流电机3、第二直流电机4，其中第一直流电机3、第二直流电机4的定子绕组并联，共用同一个IPM模块2，第一直流电机3的定子绕组端子U1、第二直流电机4的定子绕组端子U2、IPM模块2的输出端子U这三个端子相连；第一直流电机3的定子绕组端子V1、第二直流电机(4)的定子绕组端子V2、IPM模块2的输出端子V这三个端子相连；第一直流电机3的定子绕组端子W1、第二直流电机4的定子绕组端子W2、IPM模块2的输出端子W这三个端子相连，且IPM模块2与微处理器1连接。在实际应用场合，本实用新型第一直流电机3及第二直流电机4型号相同，即电机定转子尺寸相同，电机绕组接线方式、绕组匝数、反电势数、绕组自感互感等电机参数基本相同,同时两个直流电机所带的负载也基本相同。适应于需要同时采用型号相同、负载基本相同的两个直流电机场合，如空调系统的室内双灌流风机调速控制。
本实施例中，上述第一直流电机3及第二直流电机4均为无刷直流电机，所采用的无刷直流电机为8极电机，最大输出功率为30W，电流为0.3A，电机调速范围300～1200转/分。
上述第一直流电机3及第二直流电机4中的其中一个电机连接有转子位置检测电路5。本实施例中，上述第一直流电机(3)连接有转子位置检测电路5。转子位置检测电路5可以是反电势检测方案或母线电阻检测方案。
本实施例中，为了使两个电机可以按相同的转速工作，上述第一直流电机3及第二直流电机4的定子绕组均采用星形连接，如图3所示。只需要其中一个电机通过转子位置检测电路5提供转子位置信号反馈，两个电机在工作时所带的负载基本相同。
如图4 为本实用新型双无刷直流电机驱动系统的具体实施例的原理图，用于空调系统的室内双灌流风机调速控制。
本实用新型具体实施例所采用的微处理器1为RENESAS公司生产的单电机控制芯片M30280，该芯片是采用高性能硅栅CMOS工艺并且装载了M16C/60系列CPU内核的单片机，采用64引脚塑封LQFP。此单片机既有高性能指令又有高效率指令，并具备1M字节的地址空间和快速执行指令的能力。另外，M16C/28 群具有乘法器和DMA 控制器，适用于需要高速算术/ 逻辑运算处理的OA、通信设备和工业设备的控制。该芯片能使用3个定时器输出三相电机的六路PWM信号，芯片具有死区时间补偿功能。
本实用新型具体实施例所采用的IPM模块2为SANKEN公司生产的SIM6822M 逆变功率模块，这是一种将具有各种保护功能的预驱IC、带有限流电阻的自举二极管以及6单元的输出功率器件封装在一起的逆变功率模块。模块的额定电流3A，额定电压600V，具有过流、过热，欠压等完善的保护功能。实例系统中IPM模块由310V的直流电压供电，P为直流电压的阳极，N为直流电压的阴极。
本实施例中，上述转子位置检测电路5采用了3个HALL位置检测的方案，对应于转子一个极对数可以获得6个转子位置信号，因此对于这里的8极电机转一圈可以获得48个转子位置信号。
如图4所示，转子位置检测电路5产生第一直流电机3的三路位置信号H1、H2、H3给微处理器M30280，微处理器根据设定的速度进行调速控制运算，产生6路PWM信号PWM1～PWM6传送给IPM模块SIM6822M，IPM模块内部的基极驱动电路将6路PWM信号变换成6路驱动信号Uh、Vh、Wh、UL、VL、WL分别驱动6个输出功率器件。
实验证明，即使两个电机的参数具有离散性、两个电机的负载有一定的差异，本实用新型实施例中的控制系统也可以正常工作。

Claims (5)

1.一种双无刷直流电机的并联驱动电路，其特征在于包括有微处理器（1）、IPM模块(2)、第一直流电机(3)、第二直流电机(4)，其中第一直流电机(3)、第二直流电机(4)的定子绕组并联，共用同一个IPM模块(2)，第一直流电机(3)的定子绕组端子U1、第二直流电机(4)的定子绕组端子U2、IPM模块(2)的输出端子U这三个端子相连；第一直流电机(3)的定子绕组端子V1、第二直流电机(4)的定子绕组端子V2、IPM模块(2)的输出端子V这三个端子相连；第一直流电机(3)的定子绕组端子W1、第二直流电机(4)的定子绕组端子W2、IPM模块 (2)的输出端子W这三个端子相连，且IPM模块(2)与微处理器（1）连接。
2.根据权利要求1所述的双无刷直流电机的并联驱动电路，其特征在于上述第一直流电机(3)及第二直流电机(4)均为无刷直流电机。
3.根据权利要求1所述的双无刷直流电机的并联驱动电路，其特征在于上述第一直流电机(3)及第二直流电机(4)中的其中一个电机连接有转子位置检测电路(5)。
4.根据权利要求3所述的双无刷直流电机的并联驱动电路，其特征在于上述第二直流电机(4)连接有转子位置检测电路(5)。
5.根据权利要求1所述的双无刷直流电机的并联驱动电路，其特征在于上述第一直流电机(3)及第二直流电机(4)的定子绕组均采用星形连接。
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