CN204681285U - 一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，属于电机控制领域，本实用新型包括主电路和控制电路两个部分，其中主电路包括矩阵变换器、钳位电路以及隔离驱动电路；控制电路包括DSP及外围电路、CPLD器件以及采样电路等，主电路和控制电路采用的是分开的两块线路板，这样可以有效的防止强电部分对弱电部分的干扰，同时也增加了控制板的可移植性；由于采用了矩阵变换器，相比传统的异步电机调速系统减少了中间储能环节，整个系统更加小巧，而且也减少了能源的消耗以及污染，是一种环保绿色的控制系统。
Description
技术领域
本实用新型属于电机控制领域，尤其涉及一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统。
背景技术
矩阵式变换器是一种新型的交－交电源变换器。可以实现交流电诸参数（相数、相位、幅值、频率）的变换。和传统的变换器相比，它具有如下优点：不需要中间直流储能环节；能够四象限运行；具有优良的输入电流波形和输出电压波形；可自由控制的功率因数。矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一，并有着广泛的应用前景。
传统的变频调速都是采用的交流-直流-交流的形式，中间直流储能环节的存在增加了系统的负荷，同时也加大了系统的体积，电能也多了一重的污染。
实用新型内容
本实用新型旨在发明一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，解决上述问题。
本实用新型一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统包括主电路和控制电路两个部分，其中主电路包括滤波电路、矩阵变换器、箝位电路以及隔离驱动电路，矩阵变换器分别与滤波电路、箝位电路以及隔离驱动电路相连后接入电机；控制电路包括DSP控制模块、CPLD逻辑换流电路以及采样电路， DSP控制模块与采样模块连接后接入CPLD器件， CPLD器件另一端则连接隔离驱动电路。
主电路和所述控制电路采用的是分开的两块线路板。
矩阵变换器是由9个双向开关构成，每一个双向开关是由两个快速恢复二极管和两个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成，他们之间采用 的是共集电极反向串联型的连接方式。
箝位电路采用的是整流式阻容吸收电路。
隔离驱动电路采用的是集成驱动电路EX841作为IGBT的驱动电路。
DPS控制模块是本系统中的核心控制部分，采用了TMS320F2812芯片。
CPLD逻辑换流电路选用的CPLD为EPM7128SLC84-15芯片。
采样电路包括电压采样电路、电流采样电路以及电流方向检测电路，电压采样电路和电流采样电路分别连接在矩阵变换器的两端后接入DSP控制模块，电流方向检测电路则一端连接电机的电源输入端，一端连接DSP控制模块。
由于采用以上技术方案，本实用新型一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统相比传统的异步电机调速系统减少了中间储能环节，整个系统更加小巧，而且也减少了能源的消耗以及污染，是一种环保绿色的控制系统。
附图说明
图1：系统整体框图。
图2：矩阵变换器电路。
图3：箝位电路。
图4：隔离驱动电路。
具体实施方式
下面我们结合附图对本实用新型的具体实施方式就行说明。
如图1所示：本实用新型包括主电路1和控制电路2两个部分，其中主电路1包括矩阵变换器101、箝位电路102以及隔离驱动电路103；控制电路2包括DSP控制模块201、CPLD逻辑换流电路202以及采样电路203等，主电路1和控制电路2我们采用的是分开的两块线路板，这样可以有效的防止强电部分对弱电部分的干扰，同时也增加了控制板的可移植性。
如图2所示：矩阵变换器101是由9个双向开关构成，每一个双向开关是由两个快速恢复二极管和两个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成，他们之间采用的是共集电极反向串联型的连接方式。
如图3所示：箝位电路102由两个整流桥、电容C1和电阻R1组成，两个整流桥、电容C1和电阻R1并联接入整个系统，其中电阻R1是用来泄流的，电容是用来吸收环流过程中释放的能量，箝位电路102的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。这里采用的是整流式阻容吸收电路作为箝位电路102，它能够很好的抑制各种尖峰电压，防止过电压对整个系统造成干扰。
如图4所示：隔离驱动电路103我们选用的是集成驱动电路EX841作为IGBT的驱动电路，驱动信号从15脚和14脚之间加入，3脚为驱动的输出端， 5脚为过电流保护的输出信号，正常工作时为20V，过流时为12V，即低电平有效，6脚通过快速恢复二极管接IGBT的集电极，对集电极的电压进行监视，从而得出当前电流的大小，当电流过大时，系统会自动采取措施，进行保护。
DPS控制模块201是本系统中的核心控制部分，它主要的工作有：对采样的电流以及电压进行A/D转换，确定输入电流所在的扇区；通过电机自带的转子速度传感器获取转子速度信息；根据扇区的组合，计算出当前矩阵变换器101各开关的必须对应的开关状态，以及作用时间，并以PWM的形式发送至CPLD逻辑换流电路202。综合以上所必须要达成的任务，我们采用了TI公司的TMS320F2812芯片。
CPLD逻辑换流电路202的主要任务就是接受来自DSP控制模块201的控制9个双向开关状态的PWM信号、当前9个双向开关的状态以及负载电流方向信号，从而产生控制18个分立开关的PWM信号，发送至隔离驱动电路103，从而实现对18个分立开关的控制，另外当系统出现过流的时候，隔离驱动电路103会发送过流保护信号至CPLD,CPLD在接收到信号后，关闭18路控制信号的输出，保护电路的稳定，我们选用的CPLD为Altar公司的EPM7128SLC84-15。
采样电路203包括电压采样电路、电流采样电路以及电流方向检测电路。它们的作用就是采集矩阵变换器的输入电压、输出电流以及电流方向的信息。
整个系统的工作流程大致可以这样描述：DSP根据采样电路得到矩阵变换器的输入电压和输出电流，以及电流方向检测电路得到的采样信号，计算出矩阵变换器的输入电压矢量和输出电流矢量所在的扇区以及扇区角，根据矢量调制策略计算出9个双向开关的作用时间以及作用顺序，以PWM波的形式发送至CPLD逻辑换流电路，CPLD根据换流策略，得到9个开关的最终状态，即18个单向开关的PWM信号，信号通过功率器件IGBT的隔离驱动电路EX841保护后，就可以控制9个双向开关的通断了，9个双向开关的不同状态，对应不同的输出电压，不同的输出电压对应电机转速，这样就实现了对电机的调速控制。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式的限制，本领域的技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，包括主电路和控制电路两个部分，其特征在于：所述主电路包括滤波电路、矩阵变换器、箝位电路以及隔离驱动电路，所述矩阵变换器分别与所述滤波电路、所述箝位电路以及所述隔离驱动电路相连后接入电机；所述控制电路包括DSP控制模块、CPLD逻辑换流电路以及采样电路，所述DSP控制模块与所述采样模块连接后接入所述CPLD逻辑换流电路，所述CPLD逻辑换流电路另一端则连接隔离驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述主电路和所述控制电路采用的是分开的两块线路板。
3.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述矩阵变换器是由9个双向开关构成，每一个双向开关是由两个快速恢复二极管和两个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成，他们之间采用 的是共集电极反向串联型的连接方式。
4.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述箝位电路采用的是整流式阻容吸收电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述隔离驱动电路采用的是集成驱动电路EX841作为IGBT的驱动电路。
6.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述DPS控制模块是本系统中的核心控制部分，采用了TMS320F2812芯片。
7.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述CPLD逻辑换流电路选用的CPLD为EPM7128SLC84-15芯片。
8.根据权利要求1所述的一种基于矩阵变换器的异步电机控制系统，其特征在于：所述采样电路包括电压采样电路、电流采样电路以及电流方向检测电路，所述电压采样电路和电流采样电路分别连接在所述矩阵变换器的两端后接入所述DSP控制模块，所述电流方向检测电路则一端连接电机的电源输入端，一端连接所述DSP控制模块。
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| CN111033924A (zh) * | 2017-08-29 | 2020-04-17 | 伊顿智能动力有限公司 | 具有固态断路器的矩阵转换器 |
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2015
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