CN211959091U - 一种电机星三角切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机星三角切换电路，涉及电机驱动领域。本实用新型通过三个H桥电路分别控制电机的三组绕组，并由可以实现对三相绕组尾端进行相互短接或断开的控制电路组成。运行时，通过PWM调制来控制三个H桥输出相应的交流电压和通过控制电路控制三相绕组尾端进行相互短接或断开来实现电机的星形连接和三角形连接切换。本实用新型提供的电机星三角切换电路，能够达到使整体控制器体积减小、无机械触点切换、切换完成时间短和可用于频繁切换的场合。

Description

一种电机星三角切换电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域，尤其涉及一种电机星三角切换电路。

背景技术

相交流异步电动机直接启动时会产生大于额定电流约6倍的瞬间启动电流，为了降低启动电流在电机启动中经常用到星三角启动。星三角连接是一种常用的电机控制方式，异步电机控制中，星三角连接主要用于降压启动，降低启动时的冲击电流，启动时采用星形连接，达到一定转速后切换到三角连接，用于电机的大功率运行，在同步电机控制中,星三角切换还可以用来调节电机最高转速，起到换档的作用。

如图1所示为现有技术中的星三角启动控制图，Ua、Ub、Uc为三相交流电，U、V和W为电机三组绕组，U₁和U₂分别为U绕组的首端和尾端，V₁和V₂分别为V绕组的首端和尾端，W₁和W₂分别为W绕组的首端和尾端，KM为电源总开关继电器，KMy为星形连接控制继电器，KMΔ为三角形连接控制继电器。当KMy闭合、KMΔ断开时，为星形连接，UVW三根电机绕组尾端U₂、V₂和W₂相连成串联连接，三相交流电给串连后的电机相线供电；当KMΔ闭合、KMy断开时，为三角形连接，UVW三组电机绕组头尾相连具体表现为：U₂连接V₁，V₂连接W₁，W₂连接U₁，三相交流电给每个电机相线单独供电。由于继电器体积大，寿命短，抗振能力差，触点容易损坏，切换时间长，动力会有间断，因此不能用于频繁切换的场所。

因此，有必要设计出一种控制器体积小、无机械触点切换、切换完成时间短和可用于频繁切换的场合的电机星三角切换电路。

实用新型内容

鉴于目前电机的继电器存在的上述不足，本实用新型提供一种电机星三角切换电路，能够达到使整体控制器体积减小、无机械触点切换、切换完成时间短和可用于频繁切换的场合的效果。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电机星三角切换电路，包括相同的三个H桥电路和控制电路，所述H桥电路包括上桥臂、下桥臂和横杠，所述三个H桥电路的横杠分别为电机的三相绕组U、V和W，所述控制电路为三个源极短接的开关元件，且三个开关元件的漏极分别连接在所述三个H桥电路的横杠的尾端。

依照本实用新型的一个方面，所述上桥臂包括第一开关和第二开关，所述下桥臂包括第三开关和第四开关，所述上桥臂的第一开关和第二开关的漏极连接在直流电源的正极，所述下桥臂的第三开关和第四开关的源极连接直流电源的负极，所述绕组的首端连接第一开关的源极和第三开关的漏极，所述绕组的尾端连接第二开关的源极和第四开关的漏极。

依照本实用新型的一个方面，当所述H桥电路的第一开关和第三开关输出一组三相交流电压，所述H桥电路的第二开关和第四开关无输出，且所述控制电路的三个开关元件导通状态时，所述三相绕组U、V和W的尾端相互短接。

依照本实用新型的一个方面，当所述H桥电路的第一开关、第二开关和第三开关、第四开关分别向绕组首尾输出两组相位不同的三相交流电压，且控制电路的三个开关元件断开状态时，绕组U的尾端的电压等于绕组V的首端的电压，绕组V的尾端的电压等于绕组W的首端的电压，绕组W的尾端的电压等于绕组U的首端的电压。

依照本实用新型的一个方面，所述H桥电路的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均为全控型功率晶体管。

依照本实用新型的一个方面，所述控制电路的三个开关元件均为全控型功率晶体管。

依照本实用新型的一个方面，还包括，对所述H桥电路的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的导通状态进行控制的控制器。

依照本实用新型的一个方面，所述控制电路的三个开关元件的源极和栅极一端均短接形成控制电路。

本实用新型实施的优点：本实用新型通过三个H桥电路分别独立控制电机的三组绕组和通过控制三组绕组的尾端的相互短接或断开来实现电机的星形连接和三角形连接的切换，此外，通过控制三个H桥电路开关元件相应的控制器来控制三个H桥输出相应的交流电压和通过控制电路控制三相绕组尾端进行相互短接或断开来实现电机的星形连接和三角形连接切换。通过上述技术方案，能够达到使整体控制器体积减小、无机械触点切换、切换完成时间短和可用于频繁切换的场合的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的电机星三角切换电路的示意图；

图2为本实用新型所述的电机星三角切换电路的示意图；

图3为本实用新型所述的电机星三角切换电路的星形连接的等效电路示意图；

图4为本实用新型所述的电机星三角切换电路的三角形连接的等效电路示意图；

图5为本实用新型实施例中的开关元件的栅极、漏极和源极的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2和图5所示，一种电机星三角切换电路，所述电机星三角切换电路包括：第一H桥电路1、第二H桥电路2、第三H桥电路3和控制电路4。所述第一H桥电路1包括：第一开关元件S₁₁、第二开关元件S₁₂、第三开关元件S₁₃、第四开关元件S₁₄和第一绕组U；第二H桥电路2包括：第一开关元件S₂₁、第二开关元件S₂₂、第三开关元件S₂₃、第四开关元件S₂₄和第二绕组V；第三H桥电路3包括：第一开关元件S₃₁、第二开关元件S₃₂、第三开关元件S₃₃、第四开关元件S₃₄和第三绕组W。其中，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂、S₃₁、S₃₂均为上桥臂，S₁₃、S₁₄、S₂₃、S₂₄、S₃₃、S₃₄均为下桥臂。所述控制电路4包括：第五开关元件S₅、第六开关元件S₆和第七开关元件S₇。

所述第一H桥电路1具体为：第一开关元件S₁₁和第二开关元件S₁₂的漏极D并联在直流电源的正极Vcc，第三开关元件S₁₃和第四开关元件S₁₄的漏极D分别连接第一开关元件S₁₁和第二开关元件S₁₂的源极S，第三开关元件S₁₃和第四开关元件S₁₄的源极S并联在直流电源的负极GND，第一绕组U的首端U₁连接在第一开关元件S₁₁的源极S和第三开关元件S₁₃的漏极D，第一绕组U的尾端U₂连接在第二开关元件S₁₂的源极S和第四开关元件S₁₄的漏极D。

所述第二H桥电路2具体为：第一开关元件S₂₁和第二开关元件S₂₂的漏极D并联在直流电源的正极Vcc，第三开关元件S₂₃和第四开关元件S₂₄的漏极D分别连接第一开关元件S₂₁和第二开关元件S₂₂的源极S，第三开关元件S₂₃和第四开关元件S₂₄的源极S并联在直流电源的负极GND，第二绕组V的首端V₁连接在第一开关元件S₂₁的源极S和第三开关元件S₂₃的漏极D，第二绕组V的尾端V₂连接在第二开关元件S₂₂的源极S和第四开关元件S₂₄的漏极D。

所述第三H桥电路3具体为：第一开关元件S₃₁和第二开关元件S₃₂的漏极D并联在直流电源的正极Vcc，第三开关元件S₃₃和第四开关元件S₃₄的漏极D分别连接第一开关元件S₃₁和第二开关元件S₃₂的源极S，第三开关元件S₃₃和第四开关元件S₃₄的源极S并联在直流电源的负极GND，第三绕组W的首端W₁连接在第一开关元件S₃₁的源极S和第三开关元件S₃₃的漏极D，第三绕组W的尾端W₂连接在第二开关元件S₃₂的源极S和第四开关元件S₃₄的漏极D。

所述控制电路4具体为：第五开关元件S₅的漏极D连接在第三绕组的尾端W₂、第三H桥电路3的第二开关元件S₃₂的源极S和第四开关元件S₃₄的漏极D，第六开关元件S₆的漏极D连接在第二绕组的尾端V₂、第二H桥电路2的第二开关元件S₂₂的源极S和第四开关元件S₂₄的漏极D，第七开关元件S₇的漏极D连接在第一绕组的尾端U₂、第一H桥电路1的第二开关元件S₁₂的源极S和第四开关元件S₁₄的漏极D；第五开关元件S₅的源极S连接第六开关S₆的源极S和第七开关S₇的源极S，第五开关元件S₅的栅极G连接第六开关S₆的栅极G和第七开关S₇的栅极G。

如图2和图3所示，当所述第一H桥电路1的第一开关元件S₁₁和第三开关元件S₁₃输出电压，使得绕组U的首端U₁的电压为Ua；第二H桥电路2的第一开关元件S₂₁和第三开关元件S₂₃输出电压，使得绕组V的首端V₁的电压为Ub电压；第三H桥电路3的第一开关元件S₃₁和第三开关元件S₃₃输出电压，使得绕组W的首端W₁的电压为Uc；第一H桥电路1的第二开关元件S₁₂和第四开关元件S₁₄、第二H桥电路2的第二开关元件S₂₂和第四开关元件S₂₄和第三H桥电路3的第二开关元件S₃₂和第四开关元件S₃₄关闭输出，控制电路4的第五开关元件S₅、第六开关元件S₆和第七开关元件S₇导通状态时，三根绕组尾端U₂、V₂和W₂短接，其效果图如图3所示的星形连接，第一绕组的首端U₁、第二绕组的首端V₁和第三绕组的首端W₁相当于连接三相交流电的Ua、Ub、Uc，所述第一绕组的尾端U₂、第二绕组的尾端V₂和第三绕组的尾端W₂连接于一点。

如图2和图4所示，当所述第一H桥电路1的第一开关元件S₁₁和第三开关元件S₁₃输出电压，使得绕组U的首端U₁的电压为Ua；第二H桥电路2的第一开关元件S₂₁和第三开关元件S₂₃输出电压，使得绕组V的首端V₁的电压为Ub；第三H桥电路3的第一开关元件S₃₁和第三开关元件S₃₃输出电压，使得绕组W的首端W₁的电压为Uc；第一H桥电路1的第二开关元件S₁₂和第四开关元件S₁₄输出电压，使得绕组U的尾端U₂的电压为Ub；第二H桥电路2的第二开关元件S₂₂和第四开关元件S₂₄输出电压，使得绕组V的尾端V₂的电压为Uc；第三H桥电路3的第二开关元件S₃₂和第四开关元件S₃₄输出电压，使得绕组W的尾端W₂的电压为Ua；控制电路4的第五开关元件S₅、第六开关元件S₆和第七开关元件S₇为断开状态时，相当于三根绕组U、V和W尾端断开，其效果图如图4所示的三角形连接，第一绕组的首端U₁、第二绕组的首端V₁和第三绕组的首端W₁相当于三相交流电的Ua、Ub、Uc，第一绕组的尾端U₂的电压Ub等于第二绕组的首端V₁的电压Ub，第二绕组的尾端V₂的电压Uc等于第三绕组的首端W₁的电压Uc，第三绕组的尾端W₂的电压Ua等于第一绕组的首端U₁的电压Ua。

其中，第一H桥电路1的第一开关元件S₁₁、第二开关元件S₁₂、第三开关元件S₁₃和第四开关元件S₁₄、第二H桥电路2的第一开关元件S₂₁、第二开关元件S₂₂、第三开关元件S₂₃和第四开关元件S₂₄、第三H桥电路3的第一开关元件S₃₁、第二开关元件S₃₂、第三开关元件S₃₃和第四开关元件S₃₄、第五开关元件S₅、第六开关元件S₆和第七开关元件S₇为全控型功率晶体管，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)等半导体开关属于全控型功率晶体管。一般低压用MOS，高压用IGBT，MOS包括N沟道MOS和P沟道MOS，本实施例中采用的是N沟道MOS。

其中，所述第五开关元件S₅、第六开关元件S₆和第七开关元件S₇负责控制三根绕组U、V和W的尾部短接和断开。

其中，所述绕组U、V和W为电机的三组绕组，将三组绕组分别连在3个H桥电路上以分开控制其首端和尾端的电压。

其中，所述H桥电路还包括，对所述H桥电路上的开关元件的导通状态进行控制的控制器，该控制器连接在开关元件的栅极G上，控制器控制电压驱动的输入或关闭，本实施例的控制器采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)来控制三个H桥输出相应的交流电压。

本实用新型实施的优点：本实用新型通过三个H桥电路分别独立控制电机的三组绕组U、V和W和通过控制三组绕组的尾端U₂、V₂和W₂的相互短接或断开来实现电机的星形连接和三角形连接的切换，此外，通过控制三个H桥电路开关元件相应的控制器采用PWM调制来控制三个H桥输出相应的交流电压和通过控制电路控制三相绕组尾端进行相互短接或断开来实现电机的星形连接和三角形连接切换。通过上述的方案，能够达到使整体控制器体积减小、无机械触点切换、切换完成时间短和可用于频繁切换的场合的效果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电机星三角切换电路，其特征在于，包括相同的三个H桥电路和控制电路，所述H桥电路包括上桥臂、下桥臂和横杠，所述三个H桥电路的横杠分别为电机的三相绕组U、V和W，所述控制电路为三个源极短接的开关元件，且三个开关元件的漏极分别连接在所述三个H桥电路的横杠的尾端。

2.根据权利要求1所述的电机星三角切换电路，其特征在于，所述上桥臂包括第一开关和第二开关，所述下桥臂包括第三开关和第四开关，所述上桥臂的第一开关和第二开关的漏极连接在直流电源的正极，所述下桥臂的第三开关和第四开关的源极连接直流电源的负极，所述绕组的首端连接第一开关的源极和第三开关的漏极，所述绕组的尾端连接第二开关的源极和第四开关的漏极。

3.根据权利要求2所述的电机星三角切换电路，其特征在于，当所述H桥电路的第一开关和第三开关输出一组三相交流电压，所述H桥电路的第二开关和第四开关无输出，且所述控制电路的三个开关元件导通状态时，所述三相绕组U、V和W的尾端相互短接。

4.根据权利要求2所述的电机星三角切换电路，其特征在于，当所述H桥电路的第一开关、第二开关和第三开关、第四开关分别向绕组首尾输出两组相位不同的三相交流电压，且控制电路的三个开关元件断开状态时，绕组U的尾端的电压等于绕组V的首端的电压，绕组V的尾端的电压等于绕组W的首端的电压，绕组W的尾端的电压等于绕组U的首端的电压。

5.根据权利要求2所述的电机星三角切换电路，其特征在于，所述H桥电路的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均为全控型功率晶体管。

6.根据权利要求1所述的电机星三角切换电路，其特征在于，所述控制电路的三个开关元件均为全控型功率晶体管。

7.根据权利要求2所述的电机星三角切换电路，其特征在于，还包括，对所述H桥电路的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的导通状态进行控制的控制器。

8.根据权利要求1所述的电机星三角切换电路，其特征在于，所述控制电路的三个开关元件的源极和栅极一端均短接形成控制电路。

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