CN203590112U

CN203590112U - 一种基于反激式控制模式的控制器

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Publication number: CN203590112U
Application number: CN201320787856.9U
Authority: CN
Inventors: 陈奚平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2023-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括电源电路、位置检测电路、电流检测电路、控制电路以及功率输出电路，所述功率输出电路中包含有一个受控的能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关和能量转换电路，所述能量转换电路包括电容C电路或电感L电路或LC电路，当断开电源后，所述能量转换电路采用电容C电路或电感L电路或LC电路与电机绕组的电感以并联或串联的形式共同构成一个振荡电路，使之依靠存储在电机绕组中的能量实现有衰减的周期振荡。通过将本实用新型的控制器应用于正激式控制模式的电机或反激式控制模式的电机中，使其电机在放电的过程中其欲泄放的电流能够被重复利用，以达到最大化节能的效果。

Description

一种基于反激式控制模式的控制器

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，特别涉及一种基于反激式控制模式的控制器。

背景技术

如果我们将电源提供能量时对外做功定义为正向激励控制模式、那么关断电源时利用存储的能量来做功则可定义为反激式(Flyback)控制模式。现有电机的控制模式均为正向激励的控制模式。

目前，绝大多数常规的机电装置都由电系统、机械系统和联系两者的耦合磁场组成。根据能量守恒原理，有下式成立：由电源输入的电能=耦合磁场内储能的增加+装置内部的能量损耗+输出的机械能，当忽略损耗时其能量传递关系为dW_f=dW_e-dW_m，其中dW_e为系统的微分电能输入，dW_f为微分磁能增量，dW_m为系统微分机械能输出。对于常规电机而言，耦合磁场内的储能并不会转变为机械能，而当其换相时，剩余的这部分能量的泄放则会产生相应的负转矩，而在传统的计算方式中这又是被计算者认为可以被忽略的部分。

常规电机采用的是正向激磁工作模式，其工作在电流的上升阶段，三相电机中每相的工作周期为1/3，依靠电流的增量在对外做功，即常规电机吸收能量时做功，而其释放能量时则会产生相应的负转矩。

在常规电机的电流斩波过程中，其功率电路的续流过程如图2所示，有采用单管关断或双管关断的二种方案，二者略有不同。图2所示的电路为采用双管斩波时的情形，双管关断时放电迅速，存储的能量可以通过二个续流二极管回馈电源，适用于速度较高时应用（如图3所示，其电流波形为一下降的波形），而单管关断其存储的能量不会回馈电源，而是通过一个续流二极管自我续流，直至其存储的能量消耗殆尽。在常规电机的电流斩波过程中，电源输入的电流在达到斩波设定值前，输入电流的增量在做功，而达到斩波设定值时，由于斩波过程切断了电源的输入回路，因而在斩波的过程中电机并不做功，直至斩波过程结束重新接通电源为止。对于开关磁阻电机而言，其正激式控制模式就是当转子的极轭与某相定子的极轭对齐时，关断该相绕组，并接通位于旋转方向前方的另一相绕组。如图1所示，电机逆时针旋转，首先给某相电磁绕组通电，使其确定位置，然后在按转动方向的要求顺序的给其它相的电磁绕组通电，再根据位置检测信号来确定各相的依次导通和关断。如当光电信号a出现时，给绕组A通电，当光电信号b出现时，给绕组B通电，绕组A断电，以此类推。

可以看出，在常规的正向激励控制模式中，由于在电流斩波控制的过程中，电流是由最大值开始减小，其对外并不做功，而在关断的时刻电流也是由最大值开始减小，但由于此时正处于电流的换向时刻，对于刚接通的绕组其电流尚在建立的过程中，其所做的功尚不足以克服前个绕组放电所产生的负转矩，电机会出现短暂的停顿现象，只有当其产生的转矩大于前个绕组放电所产生的负转矩时，电机才会继续旋转，这也就是开关磁阻电机产生转矩脉动的主要原因。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种使正激式控制模式的电机或反激式控制模式的电机在放电或电流斩波的过程中其欲泄放的电流能够被重复利用，以达到最大化节能效果的基于反激式控制模式的控制器。

对于反激式电机控制模式，其根据能量守恒原理，忽略损耗时有下式成立：

W_f=W_e+W_m=∫eidt-∫F_edx

由于采用了反激式控制模式的电机在电磁系统吸收能量时并不对外做功，即W_m=0，则有：

W_e=W_f

即电磁系统从电源所吸收的能量全部转换为耦合磁场的储能。而当电磁系统释放能量时已停止输入电能，即W_e=0，则有：

W_m=W_f

即在采用反激式控制模式时，耦合磁场中的储能可以全部转换为系统输出的机械能。由此也可以看出正激和反激这二种控制模式的根本区别之所在，而这也就是采用反激式控制模式之所以可以节能的根本原因。

反向激励控制模式的具体实现方式为：电机的启动过程采用正向激励控制模式，当达到某一设定的速度时，启动过程结束，控制器开始按照反激式控制模式工作。假设在运转中到达如图1所示的位置时，转子的极轭处在B相的位置，电机按逆时针方向旋转。当收到b位置信号时，首先给A相的电磁绕组通电，电机沿离开A相的方向继续旋转，当收到c位置信号时,表明转子的极轭已离开B相的位置处在C相的位置下，此时给A相的电磁绕组断电，给B相的电磁绕组通电.由于之前的通电已使A相的电磁绕组达到了最大的充电电流，并且由于电感中的电流不能产生突变，故A相的电磁绕组在最大电流时开始放电，该电流所产生的强磁场迅速地将处在C相的位置上的转子极轭向A相的位置吸引，其余各相的工作过程余此类推。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括电源电路、位置检测电路、电流检测电路、控制电路以及功率输出电路，其特征在于：所述的控制器其控制电路根据位置检测电路提供的转子位置信号，分别控制各相电机绕组将预先存储的能量在控制器断开电源时通过功率输出电路释放能量对外做功，所述功率输出电路中包含有一个受控的能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关和能量转换电路，所述能量转换电路包括电容C电路或电感L电路或LC电路，当断开电源后，所述能量转换电路采用电容C电路或电感L电路或LC电路与电机绕组的电感以并联或串联的形式共同构成一个振荡电路，使之依靠存储在电机绕组中的能量实现有衰减的周期振荡。

本实用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述控制开关为一双向的导通开关，其一端与能量转换电路的一端连接，其另一端与电机绕组的一端连接，电机绕组的另一端与所述能量转换电路的另一端连接，所述控制开关的接通或断开确定能量转换电路与电机绕组接通或断开。

本实用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率输出电路采用双管控制时，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2，以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端与开关管T2的一端即端点B连接，开关管T2的另一端与电源负极连接;所述续流二极管D1的阴极与电源正极连接，其阳极与端点B连接，所述续流二极管D2的阳极与电源负极连接，其阴极与端点A连接；所述开关管T1和T2的控制端与控制电路连接，在端点A与端点B之间连接有能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关K和电容C，所述控制开关C的一端与端点A连接，其另一端与电容C连接，所述电容C的另一端与端点B连接。

本实用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率输出电路采用单管控制时，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2、电容C以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端即端点B与电源的负极连接，所述T2一端与电容C连接，其另一端与端点B连接，所述电容C的另一端与端点A连接，所述续流二极管D1的阴极与电源正极连接，其负极与端点A连接，所述续流二极管D2与T2并联，其阴极与电容C连接，其阳极与端点B连接。

本实用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其在所述能量转换单元实现有衰减的周期振荡过程中，单个控制周期内通过某相电磁绕组L的电流方向不发生变化。

本实用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率输出电路采用单个线圈的控制方式，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2、电容C、开关K1、K2，以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端与开关管T2的一端即端点B连接，开关管T2的另一端与电源负极连接，所述续流二极管D1的阴极与电容C连接，其阳极与端点B连接，所述续流二极管D2的阴极与端点A连接，其阳极与电源的负极连接，所述开关K1一端与端点A连接，其另一端与电容C连接，所述开关K2一端与端点B连接，其另一端与电源的负极连接，所述电容的另一端与电源的负极连接。

本实用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率输出电路采用星型连接绕组的控制方式，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6、续流二极管D1、D2、电容C、开关K、K1、K2、隔离二极管D以及三相电磁绕组L1、L2、L3，所述开关管T1、T3、T5的一端分别与开关K的一端相连，开关K的另一端与电源正极连接，其另一端分别与对应的三相电磁绕组L1、L2、L3一端连接，所述三相电磁绕组L1、L2、L3的另一端互连，所述开关管T2、T4、T6的一端分别与对应的开关管T1、T3、T5连接，其另一端与电源负极连接，所述续流二极管D1的阴极与电容C、开关K1的并联端连接，其阳极与开关K2的一端连接，所述续流二极管D2的阴极与开关K2的一端连接，其阳极与电容C、开关K2的并联端连接，所述隔离二极管D的一端与K1、D2连接，其另一端与T1、T3、T5及开关K的并联端连接。

通过将本实用新型的控制器应用于正激式控制模式的电机或反激式控制模式的电机中，使该电机在放电或电流斩波的过程中其欲泄放的电流能够被重复利用，以达到最大化节能的效果。采用了本实用新型的控制器的电机可以在较小的电流下稳定的工作，除了可以使用交流电源供电外，还可以使用如太阳能电池、蓄电池等多种供电形式，同时又具有电动、发电以及电磁制动功能，因而其具有广泛的用途，尤其适合于空调压缩机、风扇、电动缝纫机、电动车等各种场合的应用。

本实用新型产生的有益效果是：

1、采用了本实用新型中控制器的电机与常规永磁电机相比较，可以在较小的电流作用下获得较大的转矩，转矩/电流比大,可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。

2、采用本实用新型控制器的电机结构设计时计算简单，便于建模和仿真。

3、本实用新型的控制器控制回路简单且控制方式方便，易于实现各种调速控制。

4、与同等规格的常规永磁电机相比，除了可以不使用永磁材料外，还可节约15%～20%的用铜量和用铁量。

5、与常规永磁电机相比较，可控参数更多，便于优化电机的性能。

6、结构紧凑，重量轻且功率扩展方便，具有较好的功率密度比和转矩密度比。

7、效率更高，且具有更好的节能表现。

8、采用模块化结构，使其可靠性更高。

9、电机温升低、无脉动、噪声小。

10、可根据负载的状况灵活选用各种不同的控制方案，这也是反激式控制技术与本实用新型技术相结合的电机所独有的特性。

附图说明

图1是一种反激式电机的结构示意图。

图2是常规电机中功率电路续流过程示意图。

图3是常规电机的电流斩波控制过程示意图。

图4是在反激式电机或常规的开关磁阻电机中采用双管控制时能量环流电路的工作原理示意图。

图5是在反激式电机或常规的开关磁阻电机中采用单管控制时能量环流电路的工作原理示意图。

图6是图5中电容C在振荡过程中的电压波形图。

图7是采用能量环流的永磁电机单个线圈控制的原理示意图。

图8是图7中电容C在振荡过程中的电压波形图。

图9是采用能量环流的永磁电机采用星型连接绕组的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括电源电路、位置检测电路、电流检测电路、控制电路以及功率输出电路，所述功率输出电路中包含有一个受控的能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关和能量转换电路，所述能量转换电路包括电容C电路或电感L电路或LC电路，当断开电源后，所述能量转换电路采用电容C电路或电感L电路或LC电路与电机绕组的电感以并联或串联的形式共同构成一个振荡电路，使之依靠预先存储在电机绕组中的能量实现有衰减的周期振荡。

实施例1：如图4所示，在如图1所示的电机或常规的开关磁阻电机中，所述控制开关为一双向的导通开关，其一端与能量转换电路的一端连接，其另一端与电机绕组的一端连接，电机绕组的另一端与所述能量转换电路的另一端连接，所述控制开关的接通或断开确定能量转换电路与电机绕组接通或断开。

采用双管控制时，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2，以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端与开关管T2的一端即端点B连接，开关管T2的另一端与电源负极连接;所述续流二极管D1的阴极与电源正极连接，其阳极与端点B连接，所述续流二极管D2的阳极与电源负极连接，其阴极与端点A连接；所述开关管T1和T2的控制端与控制电路连接，在端点A与端点B之间连接有能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关K和电容C，所述控制开关C的一端与端点A连接，其另一端与电容C连接，所述电容C的另一端与端点B连接。

在上述的关断过程中，在未启用能量转换单元时，如图2所示，可采用单管关断或双管关断的二种方案，二者略有不同，双管关断时放电迅速，存储的能量可以通过二个续流二极管回馈电源，适用于速度较高时应用，而单管关断其存储的能量不会回馈电源，而是通过一个续流二极管自我续流，直至其存储的能量消耗殆尽。

在启用能量转换单元时，如图4所示的结构，此时采用单管关断或双管关断的差别不大，以双管关断来说明其工作过程。当关断T1、T2管时，电磁绕组L的输入回路已被断开，闭合开关K，使电容C与电磁绕组L相并联，则构成了一个LC振荡电路。假设之前电容C上电压为零，则电磁绕组L中的放电电流逆时针流动使电容C被反向充电，其极性为左负右正。当电磁绕组L中的电流下降为零时，电容C已被反向充电至最大电压，电容C开始向电磁绕组L反向放电，其放电电流为顺时针方向流动，以此形成的衰减振荡直至开关K被断开，或电路中的电流减少到预定的下限值结束。

在图4所示的电路中，由于开关K的闭合使电流在LC振荡电路内流动，在D1、D2这二个续流二极管中没有回路，所以在实际应用时可以去除，故在本电路中用虚线表示。

由图4所示的电路结构可以看出，在采用反激式控制模式时引入能量环流（再生）技术，只要完成数个周期的振荡过程，即可以展现出非常优秀的节能特性，对于小型电机而言，其最佳的结合点是：选择合适的极轭宽度和数量，使之在采用反激式控制模式中（需选择合适的控制电压及控制角θ），并在引入能量环流（再生）技术时，使其在振荡能量衰竭前（或到达预定的下限值前），完成单次的控制过程，亦即使电机在较短的时间内转过单个极轭的宽度。

实施例2：如图5所示，在如图1所示的电机或常规的开关磁阻电机中，所述控制开关为一双向的导通开关，其一端与能量转换电路的一端连接，其另一端与电机绕组的一端连接，电机绕组的另一端与所述能量转换电路的另一端连接，所述控制开关的接通或断开确定能量转换电路与电机绕组接通或断开。

所述功率输出电路采用单管控制时，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2、电容C以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端即端点B与电源的负极连接，所述T2一端与电容C连接，其另一端与端点B连接，所述电容C的另一端与端点A连接，所述续流二极管D1的阴极与电源正极连接，其负极与端点A连接，所述续流二极管D2与T2并联，其阴极与电容C连接，其阳极与端点B连接。

图5给出了一种采用单管控制的能量转换单元电路的原理图，电机采用星型接法，其中性点接地，由图中可以看出，当去掉C、T2、D2后，该电路即为常规的开关磁阻电机的控制电路，二极管D1此时仅作为T1的保护管，而C、T2、D2等则构成了能量转换单元电路，图6为电容C在振荡过程中的电压波形。

在图5中，电机无论在正向激励模式或反向激励模式均可以正常工作，其具体的工作原理为：当某相的光电信号出现后给该相绕组L通电后，当其电流上升到斩波值时，则T1管被关断（类似斩波关断但不再被接通），T2管被接通。由于此时绕组L中的电流方向不变且达到最大值，其通过续流二极管D2-C-L构成回路，给电容C充电，使其极性为上负下正，当绕组L中的电流下降为零时，电容的电压达到最大值，电容的放电电流通过T2管-L-C构成回路，如此反复循环构成一个有衰减的振荡电路。当其到达预定的下限值前（或其所存储的振荡能量衰竭前）或者后续的光电信号出现，则断开T2管，使振荡回路切断，即完成了单次的控制过程。

在进行能量转换单元控制时，假设电容C上的初始电压为零，电容C与绕组L进行能量交换，电容C的波形如图6所示，只要合理的选择电容C的参数，使之在振荡过程中的衰减尽可能减小，即尽可能使一次振荡过程能维持转过单个极轭所需的时间，则可产生最佳的控制效果。在进行LC振荡的过程中，由于是完全的能量交换，因此在电容C的放电过程中，绕组L是吸收能量可以对外做功，达到重复利用所存储能量的目的。

实施例3：对于永磁电机而言，由于永磁体的存在，使其有对应确定的电流流向，因而在单个控制周期中（同一极轭下），电流的方向不能发生改变，这是使用能量转换单元技术时必须考虑的前提条件。即在所述能量转换单元实现有衰减的周期振荡过程中，单个控制周期内通过某相电磁绕组L的电流方向不发生变化。

对于永磁电机而言，由于其接线方式有不同的形式，因而其引入能量转换单元时对应的结构也会略有不同。

如图7所示，本实施例为单个线圈的控制方式，其中，所述功率输出电路采用单个线圈的控制方式，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2、电容C、开关K1、K2，以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端与开关管T2的一端即端点B连接，开关管T2的另一端与电源负极连接，所述续流二极管D1的阴极与电容C连接，其阳极与端点B连接，所述续流二极管D2的阴极与端点A连接，其阳极与电源的负极连接，所述开关K1一端与端点A连接，其另一端与电容C连接，所述开关K2一端与端点B连接，其另一端与电源的负极连接，所述电容的另一端与电源的负极连接。

永磁电机在单个线圈的控制方式中，通常采用上下管的控制结构，其连接形式如图7所示，在常规控制方式中，当进行电流斩波控制时，是通过D1、D2二个续流二极管构成续流回路，在本电路中续流二极管D1的阳极与电源的连接回路已被断开，故只能进行单管斩波控制。当关断T1管时，续流二极管D2、线圈L、开关管T2可构成单管的续流回路。

其工作过程如下：

当需要进行斩波控制时，关断开关管T1、T2，存储在绕组L中的能量由L的下端、经二极管D1、电容C到D2、再由二极管D2返回到绕组L的上端，构成电容C的充电回路，此充电过程为自然续流过程，只要开关管T1、T2被关断，即进入此过程。

电容C的充电过程一直进行到绕组L中流过的电流为零时结束，当电路中的电流为零时，电容C的电压被充到最大值，此时电容C上的电压方向为上正下负，接通开关K1、K2，电容C开始进入放电过程，放电电流由电容C的上端、经开关K1、绕组L的上端进入绕组，再经绕组L的下端、开关K2回到电容C的下端，由此构成电容C的放电回路，电容C的放电过程一直进行到电容二端的电压为零时结束，此时绕组中的电流已达到最大值，断开开关K1、K2后，绕组L又进入到前述的电容C的充电过程，由此持续往复，构成LC振荡回路，直到电路中的能量损耗到预先设定的数值或此控制周期已结束时为止。

图8给出了电容C上的电压波形，在绕组L中流过的电流，始终保持初始的电流方向，即由上往下流过绕组L，因而在整个能量环流再生利用的过程中，其磁场方向保持不变，满足了控制系统的要求。

由于在常规的续流过程中，当电流在减小时，电机对外并不做功，而采用能量环流再生利用控制技术时，在预先存储的能量的泄放过程中，是可以对外做功的，在数个有效的周期内利用振荡形成绕组L所需的电流，减少了外部的能量输入，因而在其它条件不变的前提下，即可以获得显著的节能效果，由其控制原理可以看出，形成有效的振荡周期的数量决定了其最终的节能效果。

实施例4：如图9所示，为永磁电机采用星型连接绕组的控制方式的电路原理图。对于永磁同步电机而言，其电磁绕组的连接形式一般有星型和三角形的二种连接方式，与开关磁阻型永磁电机不同点是其绕组的控制是多相的控制模式，星型连接的一般是控制二相，而三角形连接的是控制三相，因而当引入能量环流（再生）控制技术时的控制要求也有所不同，但其相同点是在单个控制周期中，绕组中电流方向不能发生改变。

其中，所述功率输出电路采用星型连接绕组的控制方式，所述功率输出电路采用星型连接绕组的控制方式，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6、续流二极管D1、D2、电容C、开关K、K1、K2、隔离二极管D以及三相电磁绕组L1、L2、L3，所述开关管T1、T3、T5的一端分别与开关K的一端相连，开关K的另一端与电源正极连接，其另一端分别与对应的三相电磁绕组L1、L2、L3一端连接，所述三相电磁绕组L1、L2、L3的另一端互连，所述开关管T2、T4、T6的一端分别与对应的开关管T1、T3、T5连接，其另一端与电源负极连接，所述续流二极管D1的阴极与电容C、开关K1的并联端连接，其阳极与开关K2的一端连接，所述续流二极管D2的阴极与开关K2的一端连接，其阳极与电容C、开关K2的并联端连接，所述隔离二极管D的一端与K1、D2连接，其另一端与T1、T3、T5及开关K的并联端连接。

其中，T1～T6为常规永磁电机的控制结构，采用上下管H桥的模式，电机绕组L1、L2、L3的一端（同相端）相连接，而其另一端分别与对应的上下管的中点相连接，其控制模式为开关管T1和T4、T3和T6、T5和T2分别同时导通或关断，当开关管T1和T4导通时，电源的电流通过开关管T1、绕组L1、中性点、L2、开关管T4到地，构成电流回路。此时绕组L1和绕组L2中电流的方向相反，因而其各自产生的磁场也是相反的，满足其常规的控制要求。

其工作过程如下：

当需要进行斩波控制时，关断开关K，使电源回路被切断，此时保持开关管T1和T4的导通状态不变，则绕组L1和L2中的电流通过开关管T4到D1、续流二极管D1向电容C充电，再经电容C的下端、续流二极管D2、隔离二极管D、开关管T1回到绕组L1，由此构成电容C的充电回路。

电容C的充电过程一直进行到绕组L1、L2中流过的电流为零时结束，当电路中的电流为零时，电容C的电压被充到最大值，此时电容C上的电压方向为上正下负，接通开关K1、K2，电容C开始进入放电过程，放电电流由电容C的正端、经开关K1、隔离二极管D、开关管T1、绕组L1和L2、开关管T4、开关K2返回到电容C的负端，由此构成电容C的放电回路，电容C的放电过程一直进行到电容二端的电压为零时结束，此时绕组中的电流已达到最大值，断开开关K1、K2后，绕组L又进入到前述的电容C的充电过程，由此持续往复，构成LC振荡回路，直到电路中的能量损耗到预先设定的数值或此控制周期已结束时为止。

图8给出了电容C上的电压波形，在绕组L1和L2中流过的电流，始终保持初始的电流方向，即在L1中由上往下流过绕组L1，而在L2中由下往上流过绕组L2，因而在整个能量环流再生利用的过程中，其二个绕组的磁场方向保持不变，满足了控制系统的要求。

在三角形的连接形式中，其状态类似于星型连接的状态，故在此不再赘述。

由上述的分析可以看出，能量环流再生利用技术其实就是在电流斩波过程中将绕组中所存储的能量以LC振荡电路的能量交换方式加以循环再生利用，只要电路的结构及相关参数配置恰当，即尽可能的减少振荡过程中的能量损耗，则可达到将电磁绕组L中所存储的能量发挥到最大作用效果的目的。

采用了上述反激式控制器的电机控制方法，所述的控制方法使电机的绕组在释放能量时能对转子的极轭做功；当所述反激式控制器用于反激式的电机时，其控制方法包含使电机的绕组在不做功时存储能量、瞬间释放能量时对转子的极轭做功，当所述反激式控制器用于正激式的电机时，其控制方法包含使电机的绕组在存储能量及释放能量的过程中都对转子的极轭做功。

所述控制方法具体为：

a)、控制电路通过设置在控制器中的电流检测电路，监测主电路的电流变化状况，判断是否需要接通能量交换电路;

b)、控制电路通过控制设置在功率电路中的控制开关可实现与能量交换电路的接通或关断的操作;

c)、当控制电路确定可以进行能量交换操作时，通过设定的程序启动控制开关，使能量交换电路与相应的电机绕组接通，构成一个振荡电路，以振荡的形式实现持续的电路能量交换，直至电机绕组内所存储的能量降至预先设定的下限值或控制程序要求关断时为止。

其中，所述的控制方法使电机在释放能量的过程中将其存储在电机绕组中的能量与另一储能电路进行能量交换，通过振荡的方式实现电机的绕组在释放能量时能对转子的极轭做功，此过程可重复持续，直至电机绕组内所存储的能量降至预先设定的下限值或控制程序要求关断时为止。所述的控制方法为控制电路根据负载情况确定是否需要加入能量环流控制，并进行相应的控制操作，同时对于永磁电机的控制器，前述的能量交换电路的结构和控制电路所执行的控制程序使控制电路在同一个控制周期内，流过电机绕组的电流方向不变。

对于不使用永磁体的电机而言，其控制器中的控制电路的控制方法为：采用正激式的启动模式，当其运转速度达到控制程序所设定的速度值时，将控制模式切换为反激式控制模式，再根据负载的运行状况，控制电路有选择的进行反激式控制、反激式控制结合能量环流控制、以及间断性的正反向激励交替的几种不同的方式进行电机的控制操作;对于使用永磁体的电机而言，其控制器中的控制电路的控制方法为：采用正激式的启动模式，当其运转速度达到控制程序所设定的速度值时，控制电路根据负载情况确定是否需要加入能量环流控制，并进行相应的控制操作。此时，能量交换电路的结构和控制电路所执行的控制程序已经可以确保在相同的控制周期中，流过电机绕组的电流方向不变。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括电源电路、位置检测电路、电流检测电路、控制电路以及功率输出电路，其特征在于：所述的控制器其控制电路根据位置检测电路提供的转子位置信号，分别控制各相电机绕组将预先存储的能量在控制器断开电源时通过功率输出电路释放能量对外做功，所述功率输出电路中包含有一个受控的能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关和能量转换电路，所述能量转换电路包括电容C电路或电感L电路或LC电路，当断开电源后，所述能量转换电路采用电容C电路或电感L电路或LC电路与电机绕组的电感以并联或串联的形式共同构成一个振荡电路，使之依靠存储在电机绕组中的能量实现有衰减的周期振荡。

2.根据权利要求1所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于：所述控制开关为一双向的导通开关，其一端与能量转换电路的一端连接，其另一端与电机绕组的一端连接，电机绕组的另一端与所述能量转换电路的另一端连接，所述控制开关的接通或断开确定能量转换电路与电机绕组接通或断开。

3.根据权利要求2所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于：所述功率输出电路采用双管控制时，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2，以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端与开关管T2的一端即端点B连接，开关管T2的另一端与电源负极连接;所述续流二极管D1的阴极与电源正极连接，其阳极与端点B连接，所述续流二极管D2的阳极与电源负极连接，其阴极与端点A连接；所述开关管T1和T2的控制端与控制电路连接，在端点A与端点B之间连接有能量转换单元，所述能量转换单元包括控制开关K和电容C，所述控制开关K 的一端与端点A连接，其另一端与电容C连接，所述电容C的另一端与端点B连接。

4.根据权利要求2所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于：所述功率输出电路采用单管控制时，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、 T2、续流二极管D1、D2、电容C以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端即端点B与电源的负极连接，所述T2一端与电容C连接，其另一端与端点B连接，所述电容C的另一端与端点A连接，所述续流二极管D1的阴极与电源正极连接，其负极与端点A连接，所述续流二极管D2与T2并联，其阴极与电容C连接，其阳极与端点B连接。

5.根据权利要求1所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于：在所述能量转换单元实现有衰减的周期振荡过程中，单个控制周期内通过某相电磁绕组L的电流方向不发生变化。

6.根据权利要求5所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于：所述功率输出电路采用单个线圈的控制方式，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、续流二极管D1、D2、电容C、开关K1、K2，以及与某相的电磁绕组L相连接的端点A、端点B；所述开关管T1一端与电源的正极相连接，其另一端即端点A与某相电磁绕组L的一端连接，所述某相电磁绕组L的另一端与开关管T2的一端即端点B连接，开关管T2的另一端与电源负极连接，所述续流二极管D1的阴极与电容C连接，其阳极与端点B连接，所述续流二极管D2的阴极与端点A连接，其阳极与电源的负极连接，所述开关K1一端与端点A连接，其另一端与电容C连接，所述开关K2一端与端点B连接，其另一端与电源的负极连接，所述电容的另一端与电源的负极连接。

7.根据权利要求5所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于：所述功率输出电路采用星型连接绕组的控制方式，所述功率输出电路包括电源U、开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6、续流二极管D1、D2、电容C、开关K、K1、K2、隔离二极管D以及三相电磁绕组L1、L2、L3，所述开关管T1、T3、T5的一端分别与开关K的一端相连，开关K的另一端与电源正极连接，其另一端分别与对应的三相电磁绕组L1、L2、L3一端连接，所述三相电磁绕组L1、L2、L3的另一端互连，所述开关管T2、T4、T6的一端分别与对应的开关管T1、T3、T5连接，其另一端与电源负极连接，所述续流二极管D1的阴极与电容C、开关K1的并联端连接，其阳极与开关K2的一端连接，所述续流二极管D2的阴极与开关K2的一端连接，其阳极与电容C、开关K2的并联端连接，所述隔离二极管D的一端与K1、D2连接，其另一端与T1、T3、T5及开关K的并联端连接。