CN203250214U - 开关磁阻电机控制器的优化调整电路 - Google Patents
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Abstract
开关磁阻电机控制器的优化调整电路，属于开关磁阻电机控制器调试设备领域。包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，其特征在于：设置脉冲触发控制器，脉冲触发控制器的输出端分别连接IGBT驱动电路，设置电流波形测量仪器和电压波形测量仪器，观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。该电路结构简单，使用方便，应用广，适应多种控制器。该方法的测试设备功率较小；节能；操作简单易行。
Description
技术领域
本实用新型提供一种开关磁阻电机控制器的优化调整电路，属于开关磁阻电机控制器调试设备领域。
背景技术
中国专利CN201120021234.6公开了一种开关磁阻电动机控制器，包括外部电源，其特征在于：还包括微处理器、移相控制电路、功率放大电路、整流电路和电机开关，微处理器的输出端连接移相控制电路和功率放大电路，功率放大电路连接电机开关，移相控制电路连接整流电路，外部电源通过整流电路连接电机开关。实现了直流母线电压的软启动，避免了大电流对这个控制系统的冲击，同时省掉了交流接触器和限流电阻，避免因交流接触器问题导致整个控制系统故障，提高了控制器的稳定性。
开关磁阻电动机控制器是一种高频大电流的电动机控制器。和通用工频电器不同，开关磁阻电动机控制器工作在快速开关状态，并且电流很大，此时会产生很大的di/dt，很小的电感，也会产生很大的脉冲高电压，如果该电压超过内部功率半导体的耐压，就会造成功率模块的击穿，导致损坏控制器。
避免该问题的解决方法，一是减小主电路电感，二是附加保护电路，三是降低开关速度，但三者又是互相矛盾的，首先，受控制器空间和材料的制约，电感不能无限制的减小，总是有电感的存在，在一定情况下，这些存在的杂散电感造成的高压脉冲，足以损毁功率模块，同时，保护电路加的参数过大过小，开关速度过慢或过快，都会造成控制器效率过低或损害功率模块，所以，在设计开关磁阻控制器时，需要对控制器的各方面充分考虑，进行优化设计，在上述因素中找到合理的平衡参数，从而达到最佳状态。
传统的测试方法，需要具备大功率的实验设备，设备成本很高；在大电流的情况下，如果参数选择不合理，甚至可能在检测到结果之前，控制器已经损坏，从而影响了对产品的优化设计。
实用新型内容
根据以上现有技术中的不足，本实用新型所要解决的问题是：提供一种结构简单，使用方便的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，可以在较小功率的实验条件和比较安全的测试环境下，实现对电路线路，电路参数的不断调整，直至达到控制器的最佳结构状态。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关磁阻电机控制器的优化调整电路，包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，其特征在于：设置脉冲触发控制器，脉冲触发控制器的输出端分别连接第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路的输入端，第一IGBT驱动电路的输出端通过第一门极驱动电阻连接第一IGBT模块的门极，第一IGBT驱动电路的输出端还连接第一IGBT模块的射电极，第一IGBT驱动电路的输出端和第一IGBT模块的射电极的公共端设置电流波形测量仪器，第一IGBT模块的集电极设置电压波形测量仪器，外部直流电源设置主电源开关连接开关磁阻电机控制器。
电流、电压波形测量仪器可以采用数字示波器。
其中优选方案是：
所述的脉冲触发控制器设置开关。便于控制脉冲触发控制器的启动和关闭，操作灵活，避免误操作或者无测试工作状态的耗电。
所述的开关磁阻电机控制器包括充电电阻、铝电解电容、快恢复二极管、IGBT模块、电机线圈、IGBT驱动电路和门极驱动电阻，充电电阻与主电源开关串联，铝电解电容的两端分别连接在外部直流电源的正负极之间，第一快恢复二极管与第一IGBT模块的公共端连接电机线圈的一端，电机线圈的另一端连接在第二快恢复二极管与第二IGBT模块的公共端，第一IGBT模块的集电极通过第一快恢复二极管连接外部直流电源的正极，第二IGBT驱动电路的输出端通过第二门极驱动电阻连接第二IGBT模块的门极，第二IGBT驱动电路的输出端还连接第二IGBT模块的射电极，第二IGBT模块的射电极通过第二快恢复二极管连接外接直流电源的负极，第二IGBT模块的集电极连接外接直流电源的正极。
所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为电位器。便于调整和测量门极驱动电阻阻值，便于准确更换最优工作状态下的精确阻值，提高优化过程和效果。
所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为滑动变阻器。提高测试量程。
上述电路对开关磁阻电机控制器的优化方法，包括将上述优化调整电路连接到开关磁阻电机控制器，其特征在于：方法为以下步骤：
（1）断开开关，闭合主电源开关，外部直流电源通过主电源开关和充电电阻给铝电解电容充电，待其达到饱和，即铝电解电容两端电压等于外部直流电源的U+,U-时，断开主电源开关；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。
（2）将电流波形测量仪器和电压波形测量仪器的测量方式，调整到脉冲测量模式；
（3）闭合开关，从脉冲触发控制器发出2个以上的脉冲到第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，从而打开第一IGBT模块和第二IGBT模块，此时，产生脉冲电流，脉冲电流从铝电解电容正极流出，流经第一IGBT模块、电机线圈和第二IGBT模块，流回到铝电解电容的负极；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。
（4）观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。
判断出di/dt，dv/dt的大小可以根据波形的突变的斜率来确定。
所述的调整主电路结构是指对主电路的连线进行长度的调整。
所述的长度的调整是指：反复调整铝电解电容正极到第一快恢复二极管和第二IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短；反复调整铝电解电容负极到第二快恢复二极管和第一IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短。
所述的调整门极驱动电阻大小，是指：如果通过电压波形测量仪器测试到加载第一IGBT模块两端过大的脉冲电压，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；如果通过电流波形测量仪器测试到流过第一IGBT模块两端过大的脉冲电流，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；重复上述过程。
与现有技术相比，本开关磁阻电机控制器的优化调整电路具有的有益效果是：本专利提出了一种控制器电路的优化方法，通过该方法，可以在较小功率的实验条件和比较安全的测试环境下，实现了对开关磁阻电机控制器的参数的不断调整，直至达到控制器的最佳结构状态。通过整体上优化设计，该电路具备下面几个特点：
1、结构简单，使用方便，生产方便；
2、与开关磁阻电机控制器接线简单，应用广，适应多种控制器；
3、方便调整和测试；可以方便地反复对控制器进行参数调整测试，直至达到最佳；
4、可以测试出大电流的实际工作状态参数；具有进一步指导控制器制造的显著意义；
5、需要的测试设备功率较小；节能。
附图说明
图1是本实用新型实施例的电路原理图；
其中，K1、开关 K2、主电源开关 CON1、脉冲触发控制器 RC、充电电阻 C1、铝电解电容 D1、第一IGBT驱动电路 D2、第二IGBT驱动电路 R1、第一门极驱动电阻 R2、第二门极驱动电阻 VD1、第一快恢复二极管 VD2、第一快恢复二极管 VT1、第一IGBT模块 VT2、第二IGBT模块 L1、电机线圈 S1、电流波形测量仪器 S2、电压波形测量仪器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：
实施例1：
如图1所示，开关磁阻电机控制器的优化调整电路，包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，设置脉冲触发控制器CON1，脉冲触发控制器CON1的输出端分别连接第一IGBT驱动电路D1和第二IGBT驱动电路D2的输入端，第一IGBT驱动电路D1的输出端通过第一门极驱动电阻R1连接第一IGBT模块VT1的门极，第一IGBT驱动电路D1的输出端还连接第一IGBT模块VT1的射电极，第一IGBT驱动电路D1的输出端和第一IGBT模块VT1的射电极的公共端设置电流波形测量仪器S1，第一IGBT模块VT1的集电极设置电压波形测量仪器S2，外部直流电源设置主电源开关K2连接开关磁阻电机控制器。
电流、电压波形测量仪器可以采用数字示波器。
脉冲触发控制器CON1设置开关K1。便于控制脉冲触发控制器的启动和关闭，操作灵活，避免误操作或者无测试工作状态的耗电。CON1为脉冲触发控制器，采用MCU,DSP等电路，K1用于对CON1是否发出脉冲进行控制。
开关磁阻电机控制器包括充电电阻RC，铝电解电容C1、快恢复二极管、IGBT模块、电机线圈、IGBT驱动电路和门极驱动电阻，充电电阻RC与主电源开关K2串联，铝电解电容C1的两端分别连接在外部直流电源的正负极（U+、U-）之间，第一快恢复二极管VD1与第一IGBT模块VT1的公共端连接电机线圈L1的一端，电机线圈L1的另一端连接在第二快恢复二极管VD2与第二IGBT模块VT2的公共端，第一IGBT模块VT1的集电极通过第一快恢复二极管VD1连接外部直流电源的正极U+，第二IGBT驱动电路D2的输出端通过第二门极驱动电阻R2连接第二IGBT模块VT2的门极，第二IGBT驱动电路D2的输出端还连接第二IGBT模块VT2的射电极，第二IGBT模块VT2的射电极通过第二快恢复二极管VD2连接外接直流电源的负极U-，第二IGBT模块VT2的集电极连接外接直流电源的正极U+。
第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为电位器。便于调整和测量门极驱动电阻阻值，便于准确更换最优工作状态下的精确阻值，提高优化过程和效果。
第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为滑动变阻器。提高测试量程。
使用方法：
一种开关磁阻电机控制器的优化方法，包括将上述优化调整电路连接到开关磁阻电机控制器，方法为以下步骤：
（1）断开开关，闭合主电源开关，外部直流电源通过主电源开关和充电电阻给铝电解电容充电，待其达到饱和，即铝电解电容两端电压等于外部直流电源的U+,U-时，断开主电源开关；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。
（2）将电流波形测量仪器和电压波形测量仪器的测量方式，调整到脉冲测量模式；
（3）闭合开关，从脉冲触发控制器发出2个以上的脉冲到第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，从而打开第一IGBT模块和第二IGBT模块，此时，产生脉冲电流，脉冲电流从铝电解电容正极流出，流经第一IGBT模块、电机线圈和第二IGBT模块，流回到铝电解电容的负极；因为脉冲时间很短，所以，该电流数值在脉冲打开时很大，但平均值很小，仅靠电容C1的储能即可测试，因此，测试比较简便，安全，且无需较大的供电电源。
（4）观察电流波形测量仪器和电压波形测量仪器上的电流和电压波形，判断出di/dt，dv/dt的大小，并由此调整主电路结构和调整门极驱动电阻的大小，直至达到最佳状态。
判断出di/dt，dv/dt的大小可以根据波形的突变的斜率来确定。
从对一台30KW控制器进行的测试调整数据可以看出，在对VT1，VT2通过额定脉冲电流时，当电阻采用0.1欧时，从示波器S1上读出的di/dt较大，从S2上可以测试到，因为di/dt较大，造成的电压上冲很高，接近模块的额定标称电压，在这种状态下，对控制器会造成可靠性降低；继续增大门极电阻到1欧，并尽量减短U+到VT2，VT2，VD1,VD2的连线，再次测试，从示波器S1上读出的di/dt减小，从S2上可以测试到电压上冲大幅度降低；继续增大门极电阻到2欧，从示波器S1上读出的di/dt进一步减小，从S2上可以测试到电压上冲进一步降低；反复调整，当电阻加大到6欧时，从示波器S1，S2上可以测试到di/dt，dv/dt参数已经过低，过低时，控制器效率会降低。通过上述多次反复测试，选择门极电阻的阻值为5欧，为控制器最佳参数。
调整主电路结构是指对主电路的连线进行长度的调整。长度的调整是指：反复调整铝电解电容正极到第一快恢复二极管和第二IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短；反复调整铝电解电容负极到第二快恢复二极管和第一IGBT模块的连线长度，在结构允许的情况下，减到最短。
调整门极驱动电阻大小，是指：如果通过电压波形测量仪器测试到加载第一IGBT模块两端过大的脉冲电压，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；如果通过电流波形测量仪器测试到流过第一IGBT模块两端过大的脉冲电流，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行增大调换；反之，如果不大，需要对第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻进行减小调换；重复上述过程。
实验证明：
按照上述调整过程，对控制器进行了实验证明。对控制器进行连续递增或递减的20几次的精细调整，从中选出控制器实际能够达到的最佳参数。每个参数的调整测试仅需1分钟的时间，并通过密集的20多个点的调整，使控制器能够选择到最佳参数，总时间不超过30分钟。在整个测试过程中，无需大功率电力输入，操作过程安全方便。
Claims (5)
1.一种开关磁阻电机控制器的优化调整电路，包括外部直流电源和开关磁阻电机控制器，其特征在于：设置脉冲触发控制器，脉冲触发控制器的输出端分别连接第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路的输入端，第一IGBT驱动电路的输出端通过第一门极驱动电阻连接第一IGBT模块的门极，第一IGBT驱动电路的输出端还连接第一IGBT模块的射电极，第一IGBT驱动电路的输出端和第一IGBT模块的射电极的公共端设置电流波形测量仪器，第一IGBT模块的集电极设置电压波形测量仪器，外部直流电源设置主电源开关连接开关磁阻电机控制器。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的脉冲触发控制器设置开关。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的开关磁阻电机控制器包括充电电阻、铝电解电容、快恢复二极管、IGBT模块、电机线圈、IGBT驱动电路和门极驱动电阻，充电电阻与主电源开关串联，铝电解电容的两端分别连接在外部直流电源的正负极之间，第一快恢复二极管与第一IGBT模块的公共端连接电机线圈的一端，电机线圈的另一端连接在第二快恢复二极管与第二IGBT模块的公共端，第一IGBT模块的集电极通过第一快恢复二极管连接外部直流电源的正极，第二IGBT驱动电路的输出端通过第二门极驱动电阻连接第二IGBT模块的门极，第二IGBT驱动电路的输出端还连接第二IGBT模块的射电极，第二IGBT模块的射电极通过第二快恢复二极管连接外接直流电源的负极，第二IGBT模块的集电极连接外接直流电源的正极。
4.根据权利要求1或3所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为电位器。
5.根据权利要求1或3所述的开关磁阻电机控制器的优化调整电路，其特征在于：所述的第一门极驱动电阻和第二门极驱动电阻为滑动变阻器。
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| CN103326638A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-09-25 | 石光峰 | 开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法 |
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