CN204517713U

CN204517713U - 一种四象限直流电机调速驱动器

Info

Publication number: CN204517713U
Application number: CN201520083447.XU
Authority: CN
Inventors: 黄松林; 任传富; 王庆顺; 王建明
Original assignee: Shenyang University
Current assignee: Shenyang University
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2025-02-04

Abstract

一种四象限直流电机调速驱动器，包括一台主机、一条直流电机负载电缆、一条辅助电源电缆，主机外壳的一个侧面设有直流电机负载插座；主机外壳的另一个侧面设有辅助电源插座；主机外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器和电机正反转切换旋钮；主机外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成。本实用新型具有数字式驱动、隔离保护、高效率以及高可靠性的特点，解决了现有的晶闸管直流调速技术存在的不足。

Description

一种四象限直流电机调速驱动器

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域，特别是涉及直流电机的调速驱动技术。

背景技术

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流电机的调速是通过电压的大小来实现的，最早的调速方式是通过改变电枢回路中的电阻来实现调速，这种方法简单易行设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调速。后来又采用发电机-电动机旋转变流组，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件实现调速，但因体积以及维修等原因被汞弧变流器所代替。而现有的技术中，应用最多的是采用晶闸管直流调速系统，由于晶闸管直流调速具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，因而如今被大量采用。随着新型电力电子器件以及计算机技术的发展，晶闸管直流调速显现出了热损耗大、效率低以及数字化困难等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种四象限直流电机调速驱动器，该驱动器具有数字式驱动、隔离保护、高效率以及高可靠性的特点，解决了现有的晶闸管直流调速技术存在的不足。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

所述的一种四象限直流电机调速驱动器包括一台主机、一条直流电机负载电缆、一条辅助电源电缆。主机有一个长方形外壳，主机外壳的一个侧面设有直流电机负载插座，直流电机负载插座与直流电机负载电缆相连；主机外壳的另一个侧面设有辅助电源插座，辅助电源插座与辅助电源电缆相连；主机外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器和电机正反转切换旋钮；主机外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成；电路板上的连接器J1与主机外壳的直流电机负载插座相连；电路板上的电源+15V、电路板上的电源-5V以及电路板上的VDC辅助电源与主机外壳的辅助电源插座相连；电路板上的可调电阻R1与主机外壳的电机转速调节旋钮电位器相连，电路板上的连接器J2与电机正反转切换旋钮相连。

所述的微控制器接口电路由单片机芯片U1、电阻R6、电位器R1、电容C5、电容C6、电容C7、晶振Y1、连接器J2组成；单片机芯片U1的管脚37与电位器R1的管脚3相连，单片机芯片U1的管脚5、管脚17相连后与电源VCC相连；单片机芯片U1的管脚4经电阻R6与电源VCC相连；电位器R1的管脚1与电源VCC相连，电位器R1的管脚2与地线GND相连；单片机芯片U1的管脚6与地线GND相连；单片机芯片U1的管脚18与地线GND相连；电容C5跨接在单片机芯片U1的管脚4、管脚18之间；电容C6跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚18之间；电容C7跨接在单片机芯片U1的管脚6、管脚7之间；晶振Y1跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚7之间；连接器J2的管脚1与电源VCC相连；连接器J2的管脚2与单片机芯片U1的管脚19相连；连接器J2的管脚3与地线GND相连。

所述的PWM驱动信号光电隔离电路由光电隔离驱动芯片U2、光电隔离驱动芯片U3组成；光电隔离驱动芯片U2的管脚2与电源VCC相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚3与单片机芯片U1的管脚13相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚5与电源-5V相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚8与电源+15V相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG1与模块IGBT1的管脚1相连，同时，光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG2与模块IGBT4的管脚1相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚2与电源VCC相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚3与单片机芯片U1的管脚14相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚5与电源-5V相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚8与电源+15V相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG3与模块IGBT3的管脚1相连，同时，光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG4与模块IGBT2的管脚1相连；

所述的IGBT栅极高低压驱动电路由电容C8、电容C9、电容C10、电容C11组成；电源-5V经电容C9、电容C8与电源+15V相连，电容C9、电容C8之间的引出线与地线GNDA相连；电源-5V经电容C10、电容C11与电源+15V相连，电容C10、电容C11之间的引出线与地线GNDA相连。

所述的H桥臂IGBT栅极保护电路由栅极电阻RG1、栅极电阻RG2、栅极电阻RG3、栅极电阻RG4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3、双向稳压二极管D4组成；电阻R7与双向稳压二极管D1并联后，其中一端公共节点与地线GNDA相连，另一公共节点与模块IGBT1的管脚1以及栅极电阻RG1相连；电阻R5与双向稳压二极管D2并联后，其中一端公共节点与地线GNDB相连，另一公共节点与模块IGBT2的管脚1以及栅极电阻RG4相连；电阻R8与双向稳压二极管D3并联后，其中一端公共节点与地线GNDC相连，另一公共节点与模块IGBT3的管脚1以及栅极电阻RG3相连；电阻R9与双向稳压二极管D4并联后，其中一端公共节点与地线GNDC相连，另一公共节点与模块IGBT4的管脚1以及栅极电阻RG2相连。

所述的电机驱动桥电路由模块IGBT1、模块IGBT2、模块IGBT3、模块IGBT4、连接器J1组成；模块IGBT1的管脚1与栅极电阻RG1、电阻R7、双向稳压二极管D1的公共节点相连，模块IGBT2的管脚1与栅极电阻RG4、电阻R5、双向稳压二极管D2的公共节点相连，模块IGBT3的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R8、双向稳压二极管D3的公共节点相连，模块IGBT4的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R9、双向稳压二极管D4的公共节点相连，模块IGBT1的管脚3与模块IGBT3的管脚2相连，模块IGBT2的管脚3与模块IGBT4的管脚2相连，模块IGBT1的管脚2与模块IGBT2的管脚2相连后接到电源VDC，模块IGBT3的管脚3与模块IGBT4的管脚3相连后接到地线GNDC；连接器J1跨接在模块IGBT1的管脚3和模块IGBT2的管脚3之间。

所述的光电隔离驱动芯片U2的型号为FOD3120，光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120。

本实用新型以单片机为核心，采用PWM波驱动IGBT桥结构实现直流电机的四象限运行。PWM调制波通过脉宽控制IGBT桥臂的开度，从而产生不同大小的电压，该电压施加在直流电机上，使电机产生不同的转速，实现了数字式的直流调速功能；H桥臂IGBT栅极保护电路对IGBT模块提供了保护，保证了IGBT模块工作的可靠性；光电隔离驱动芯片U2以及光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120，该型号芯片可以提供栅极电容的瞬时大电流脉冲，使得栅极驱动信号波形稳定可靠；IGBT模块比晶闸管的热损耗更低，使得直流调速驱动器的效率更高。

附图说明

图1为本实用新型的主机结构示意图。

图2为本实用新型的原理框图。

图3为本实用新型的电路原理图。

附图1中的部件标号为：1为主机，2为辅助电源插座，3为辅助电源电缆，4为直流电机负载插座，5为直流电机负载电缆，6为电机转速调节旋钮电位器，7为电机正反转切换旋钮。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例

见图1、图2、图3，一种四象限直流电机调速驱动器，包括一台主机1、一条直流电机负载电缆5、一条辅助电源电缆3。主机1有一个长方形外壳，主机1外壳的一个侧面设有直流电机负载插座4，直流电机负载插座4与直流电机负载电缆5相连；主机1外壳的另一个侧面设有辅助电源插座2，辅助电源插座2与辅助电源电缆3相连；主机1外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器6和电机正反转切换旋钮7；主机1外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成；电路板上的连接器J1与主机1外壳的直流电机负载插座4相连；电路板上的电源+15V、电路板上的电源-5V以及电路板上的VDC辅助电源与主机1外壳的辅助电源插座2相连；电路板上的可调电阻R1与主机1外壳的电机转速调节旋钮电位器6相连，电路板上的连接器J2与主机1外壳的电机正反转切换旋钮7相连。

Claims

1.一种四象限直流电机调速驱动器，包括一台主机、一条直流电机负载电缆、一条辅助电源电缆，其特征是：主机有一个长方形外壳，主机外壳的一个侧面设有直流电机负载插座，直流电机负载插座与直流电机负载电缆相连；主机外壳的另一个侧面设有辅助电源插座，辅助电源插座与辅助电源电缆相连；主机外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器和电机正反转切换旋钮；主机外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成；电路板上的连接器J1与主机外壳的直流电机负载插座相连；电路板上的电源+15V、电路板上的电源-5V以及电路板上的VDC辅助电源与主机外壳的辅助电源插座相连；电路板上的可调电阻R1与主机外壳的电机转速调节旋钮电位器相连，电路板上的连接器J2与电机正反转切换旋钮相连。

2.根据权利要求1所述的一种四象限直流电机调速驱动器，其特征是：所述的微控制器接口电路由单片机芯片U1、电阻R6、电位器R1、电容C5、电容C6、电容C7、晶振Y1、连接器J2组成；单片机芯片U1的管脚37与电位器R1的管脚3相连，单片机芯片U1的管脚5、管脚17相连后与电源VCC相连；单片机芯片U1的管脚4经电阻R6与电源VCC相连；电位器R1的管脚1与电源VCC相连，电位器R1的管脚2与地线GND相连；单片机芯片U1的管脚6与地线GND相连；单片机芯片U1的管脚18与地线GND相连；电容C5跨接在单片机芯片U1的管脚4、管脚18之间；电容C6跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚18之间；电容C7跨接在单片机芯片U1的管脚6、管脚7之间；晶振Y1跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚7之间；连接器J2的管脚1与电源VCC相连；连接器J2的管脚2与单片机芯片U1的管脚19相连；连接器J2的管脚3与地线GND相连；所述的PWM驱动信号光电隔离电路由光电隔离驱动芯片U2、光电隔离驱动芯片U3组成；光电隔离驱动芯片U2的管脚2与电源VCC相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚3与单片机芯片U1的管脚13相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚5与电源-5V相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚8与电源+15V相连；光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG1与模块IGBT1的管脚1相连，同时，光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG2与模块IGBT4的管脚1相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚2与电源VCC相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚3与单片机芯片U1的管脚14相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚5与电源-5V相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚8与电源+15V相连；光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG3与模块IGBT3的管脚1相连，同时，光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后，经栅极电阻RG4与模块IGBT2的管脚1相连；所述的IGBT栅极高低压驱动电路由电容C8、电容C9、电容C10、电容C11组成；电源-5V经电容C9、电容C8与电源+15V相连，电容C9、电容C8之间的引出线与地线GNDA相连；电源-5V经电容C10、电容C11与电源+15V相连，电容C10、电容C11之间的引出线与地线GNDA相连；所述的H桥臂IGBT栅极保护电路由栅极电阻RG1、栅极电阻RG2、栅极电阻RG3、栅极电阻RG4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3、双向稳压二极管D4组成；电阻R7与双向稳压二极管D1并联后，其中一端公共节点与地线GNDA相连，另一公共节点与模块IGBT1的管脚1以及栅极电阻RG1相连；电阻R5与双向稳压二极管D2并联后，其中一端公共节点与地线GNDB相连，另一公共节点与模块IGBT2的管脚1以及栅极电阻RG4相连；电阻R8与双向稳压二极管D3并联后，其中一端公共节点与地线GNDC相连，另一公共节点与模块IGBT3的管脚1以及栅极电阻RG3相连；电阻R9与双向稳压二极管D4并联后，其中一端公共节点与地线GNDC相连，另一公共节点与模块IGBT4的管脚1以及栅极电阻RG2相连；所述的电机驱动桥电路由模块IGBT1、模块IGBT2、模块IGBT3、模块IGBT4、连接器J1组成；模块IGBT1的管脚1与栅极电阻RG1、电阻R7、双向稳压二极管D1的公共节点相连，模块IGBT2的管脚1与栅极电阻RG4、电阻R5、双向稳压二极管D2的公共节点相连，模块IGBT3的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R8、双向稳压二极管D3的公共节点相连，模块IGBT4的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R9、双向稳压二极管D4的公共节点相连，模块IGBT1的管脚3与模块IGBT3的管脚2相连，模块IGBT2的管脚3与模块IGBT4的管脚2相连，模块IGBT1的管脚2与模块IGBT2的管脚2相连后接到电源VDC，模块IGBT3的管脚3与模块IGBT4的管脚3相连后接到地线GNDC；连接器J1跨接在模块IGBT1的管脚3和模块IGBT2的管脚3之间；所述的光电隔离驱动芯片U2的型号为FOD3120，光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120。