CN204068786U

CN204068786U - 一种多功能开关磁阻电机控制器

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Publication number: CN204068786U
Application number: CN201420449713.1U
Authority: CN
Inventors: 李惊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-08-11

Abstract

本实用新型属于电机控制技术领域，具体涉及一种多功能开关磁阻电机控制器，包括CPU主控驱动电路，还包括驱动开关管K1，所述CPU主控驱动电路包括电压互感器、ADC转换模块、CPU、DAC转换模块、电压比较器、驱动放大器；所述电路互感器的输入端分别与直流母线的正极与负极电连接，输出端与ADC转换模块的输入端电连接，ADC转换模块的输出端与CPU电连接；所述CPU还与DAC转换模块的输入端电连接，DAC转换模块的输出端与电压比较器的输入端电连接，电压比较器的另一输入端与互感器A信号电连接，电压比较器的输出端与驱动放大电路电连接；所述驱动放大器的输出与驱动开关管K1电连接。

Description

一种多功能开关磁阻电机控制器

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，具体涉及一种多功能开关磁阻电机控制器。

背景技术

开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive ：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。英、美等经济发达国家对开关磁阻电动机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。

开关磁阻电动机传动系统综合了感应电动机传动系统和直流电动汽车电机传动系统的优点，是这些传动系统的有力竞争者，其主要优点如下：

1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2~1.4倍。

2、电动机的结构简单，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。

3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励，理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件，且与电动机绕组串联，不会像PWM逆变器电源那样，存在两个开关元件直通的危险。所以，开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流调速系统。

4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速限制小，可制成高转速电动机，而且转子的转动惯量小，在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。

5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软启动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。

6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位处理可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可以维持在较高水平。

但是现有的现有的开关磁阻电机仍然存在缺点:

1、在电池作为能源，开关磁阻电机作为动力的设备上，需要另配电池充电器解决电池充电问题。

2、电机在出厂时，编码器位置已经校准。在使用中存在位置发生偏移的现象。如发生位置偏移，电机工作将不正常，严重时需要返厂维修。

3、在使用过程中，电机接线的相序可能会被打乱，电机无法正常工作，而调整相序必须专业工人操作，影响设备正常运行。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多功能开关磁阻电机控制器，以解决现有技术中磁阻电机控制器存在的以上缺点。

为此，本实用新型提供了一种多功能开关磁阻电机控制器，包括CPU主控驱动电路，还包括驱动开关管K1，所述CPU主控驱动电路包括电压互感器、ADC转换模块、CPU、DAC转换模块、电压比较器、驱动放大器；所述电路互感器的输入端分别与直流母线的正极与负极电连接，输出端与ADC转换模块的输入端电连接，ADC转换模块的输出端与CPU电连接；所述CPU还与DAC转换模块的输入端电连接，DAC转换模块的输出端与电压比较器的输入端电连接，电压比较器的另一输入端与互感器A信号电连接，电压比较器的输出端与驱动放大电路电连接；所述驱动放大器的输出与驱动开关管K1电连接。

上述CPU的型号是DSPIC33F。

上述ADC转换模块是CPU内部集成的ADC，其输入信号的管脚为CPU芯片的管脚22。

上述DAC转换模块的型号是MCP4821。

上述电压互感器的型号是PWE500R，电压由P6端输入，经变换由VDC输出，并通过U23B转换电路由7脚输出至CPU22管脚。

上述电压比较器的型号是LMV339。

上述驱动放大器的型号是QP12W05S。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种多功能开关磁阻电机控制器，能够在电池作为能源，开关磁阻电机作为动力的设备上，不需要另配电池充电器，可以直接完成直流电能的存储。并且在使用过程中当编码器位置发生偏移时，电机工作将不正常，通过对转子定位，调整编码器与转子的相对角位置来获得正确的编码值，来获得正确的编码器位置。

以下将结合实施例附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是CPU主控驱动电路示意图。

图2是多功能开关磁阻电机控制器原理示意图。

图3是CPU的管脚封装的电路图。

图4是DAC转换模块的电路图。

图5是电压互感器的电路图a。

图6是电压互感器的电路图b。

图7是电压比较器的电路图。

图8是驱动放大器的电路图。

图9是编码器位置校准功能图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1：

为了解决在现有开关磁阻电机控制器在使用电池作为能源，开关磁阻电机作为动力的设备上，需要另配电池充电器的以及在使用中存在位置发生偏移的现象；如发生位置偏移，电机工作将不正常，严重时需要返厂维修，带来使用中的不便问题，本实用新型提供了一种如图1所示的多功能开关磁阻电机控制器，包括CPU主控驱动电路，还包括驱动开关管K1，所述CPU主控驱动电路包括电压互感器、ADC转换模块、CPU、DAC转换模块、电压比较器、驱动放大器；所述电路互感器的输入端分别与直流母线的正极与负极电连接，输出端与ADC转换模块的输入端电连接，ADC转换模块的输出端与CPU电连接；所述CPU还与DAC转换模块的输入端电连接，DAC转换模块的输出端与电压比较器的输入端电连接，电压比较器的另一输入端与互感器A信号电连接，电压比较器的输出端与驱动放大电路电连接；所述驱动放大器的输出与驱动开关管K1电连接。

上述CPU的型号是DSPIC33F，图3所示的是该CPU的100管脚封装，以及各个管脚在本专利方案中的使用情况，在图中方框外，靠近方框的数字1～100是各个管脚的序号，方框内是1～100管脚的名称，方框外的名称是各个管脚使用后对应的信号标志，没有信号标志的管脚便是本方案未使用的管脚可作为以后本方案功能扩展的的预留管脚。

如图4所示，所述ADC转换模块是CPU内部集成的ADC，其输入信号的管脚为CPU：DSPIC33F的管脚22，对应信号标志是U_ADC。

上述DAC转换模块的型号是MCP4821，如图5所示，其管脚2、3、4、6、5分别于与CPU对应信号标志的管脚电连接，DAC转换模块的管脚8经运算放大器U4A输出，信号标志为I_ LMIT_REF。

如图6所示，所述电压互感器的型号是PWE500R，电压由P6端输入，经变换由VDC输出，并通过转换电路输出至CPU的管脚22。

如图7所示，所述电压比较器的型号是LMV339，其正输入端5与DAC模块的输出信号点连接，信号标志为I_ LMIT_REF；负输入端与霍尔电流互感器A信号（简称互感器A信号）输入电连接，信号标志为AI_LIMIT。

所述驱动放大器的型号是QP12W05S,其外围电路如图8所示；用于对开关磁阻电机的输入电流进行控制。

实施例2：

如图2所示为上述实施例1的多功能开关磁阻电机控制器原理示意图，从图2可知对开关磁阻电机的控制需要三个霍尔电流互感器，分别是霍尔电流互感器A、霍尔电流互感器B霍尔电流互感器C，所对应的输入比较器负输入端信号分别是互感器A信号输入、互感器B信号输入、互感器C信号输入。

充电功能的实现：

增加一个开关管K1。将外部电源输入端穿过电流互感器A连接至K1的电流输入端，来控制充电电流。CPU主控驱动电路设有一个电压互感器与直流母线相连，一个ADC与电压互感器相连，ADC将直流母线电压模拟量信号转换为数字信号送给CPU。CPU主控驱动电路设有一个DAC，DAC与CPU相连，一个电压比较器的输入端分别接入DAC的输出和霍尔电流互感器A的输出。充电时，CPU输出电流数字信号给DAC，DAC将电流数字信号转换为模拟量电压信号，当充电电流大于DAC输出设定的电流时，比较器翻转并驱动关断K1，当充电电流小于DAC输出设定的电流时K1开通，来实现CPU对充电电流的控制。CPU监测ADC采集到的直流母线电压即电池电压。当电池充满，将充电电流关断。充电时电机不工作，故充电电流互感器可以与电机相电流互感器共用。

编码器位置校准功能实现：

旋转位置编码信号是编码器位置校准功能实现的信号，转子旋转时，编码器随着转子角位置的变化输出变化的编码值。CPU内嵌控制软件，控制器设有数码面板。通过程序控制单独给A相绕组通电，此时转子被磁场力牵引至固定位置，位置编码器获得对应的编码，并将编码值显示在数码面板上。如果编码器位置正确，显示在数码面板的数值正确。如果编码器位置偏移，显示在数码面板的数值将不正确，通过调整编码器与转子的相对角位置来获得正确的编码值。同理B、C相通过相同的操作获得正确的编码值，此时位置校准成功，如图 9所示。

对于实施例1和实施例2所示的各个电路各个部件的具体连接、各个部件的参数均在对应的电路图中标注清楚，对于本领域技术人员完全可以按照对应的电路图搭建本方案所涉及的电路图；对于未做说明的电路图部分，均为本方案所涉及各种集成电路模块或芯片所成熟公用的电路部分，在各个集成电路模块或芯片的说明书中有相应的电路连接图及详细的使用说明，因此，本方案不再详细描述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种多功能开关磁阻电机控制器，包括CPU主控驱动电路，其特征在于：还包括驱动开关管K1，所述CPU主控驱动电路包括电压互感器、ADC转换模块、CPU、DAC转换模块、电压比较器、驱动放大器；所述电压互感器的输入端分别与直流母线的正极与负极电连接，输出端与ADC转换模块的输入端电连接，ADC转换模块的输出端与CPU电连接；所述CPU还与DAC转换模块的输入端电连接，DAC转换模块的输出端与电压比较器的输入端电连接，电压比较器的另一输入端与互感器A信号电连接，电压比较器的输出端与驱动放大电路电连接；所述驱动放大器的输出与驱动开关管K1电连接。

2.如权利要求1所述的多功能开关磁阻电机控制器，其特征在于：所述CPU的型号是DSPIC33F。

3.如权利要求1所述的多功能开关磁阻电机控制器，其特征在于：所述ADC转换模块是CPU内部集成的ADC。

4.如权利要求1所述的多功能开关磁阻电机控制器，其特征在于：所述DAC转换模块的型号是MCP4821。

5.如权利要求1所述的多功能开关磁阻电机控制器，其特征在于：所述电压互感器的型号是PWE500R。

6.如权利要求1所述的多功能开关磁阻电机控制器，其特征在于：所述电压比较器的型号是LMV339。

7.如权利要求1所述的多功能开关磁阻电机控制器，其特征在于：所述驱动放大器的型号是QP12W05S。