CN219018701U - 一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组,涉及永磁同步电机领域。本申请的集中控制板与上位机连接,驱动板分别一一对应地一体式安装于永磁同步电机机组中的电机,集中控制板外接多个驱动板。因为本申请中永磁同步电机机组的多个电机以相同频率运行,因此可以用一个控制板同时对多个驱动板进行控制。本申请的永磁同步电机机组控制系统改变了传统电机驱动器由控制板和驱动板两个模块组成的结构,本方案每台电机仅需配备一个驱动板模块,不需要再配备多个控制板,而由整个机组共用的一个集中控制板模块进行集中控制。这种电机机组控制系统减小了每台电机驱动器的体积,降低了驱动器的硬件成本和整机控制系统的复杂程度。

Description

一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组
技术领域
本申请涉及永磁同步电机领域,特别是涉及一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组。
背景技术
一体式永磁同步电机机组一般由多台一体式电机组成,可应用于水泵泵组、空压机机组等实际场景。
每台一体式电机的驱动器与电机本体采用一体式安装,驱动器位于电机本体的侧面或后端盖位置,且散热方式为强制风冷。一般永磁同步电机驱动器主要由主控制板和电源驱动板两部分组成。主控制板包括中央处理器(Central Processing Unit,CPU)及其协调电路(如通讯电路、按键电路、寄存器电路、显示电路、传感器接线电路等外围电路),主要用于实现性采集、数据处理、算法实现、控制输出、对外通讯等功能;电源驱动板包括整流逆变单元、电机专用控制IC、IGBT模块等,用于接收控制板发来的控制信号,对信号进行隔离、功率放大等,控制绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)开/断以实现对电机的控制,其中整流逆变单元由整流单元和逆变单元构成,进行交直流电能变换,为整个驱动器提供电源。在永磁同步电机设计中,一般将主控制板和电源驱动板分别集成在一块电路板上,两块电路板通过插接端口或插件连接,根据实际情况随意配置。但是每台电机都必须包括主控制板和电源驱动板,造成电机的驱动器硬件成本较高,不利于电机设计的小型化和轻量化。
另外一方面,现有电机机组的形式多样:如以其中一台电机作为主机,其余电机为从机,机组通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)对主机下发控制命令,主机再控制从机以实现整个机组的控制,方案主从切换控制逻辑复杂,一旦主机损坏,会使整个系统控制瘫痪;又如采用一台变频+多台工频的电机控制方式,控制逻辑复杂,且容易造成各电机磨损不均等的情况,不适合一次性统一检修维护等,增加了机组的检修、更换的频次。
鉴于上述技术,寻求一种硬件成本低、控制逻辑简单、简化电机维护的永磁同步电机机组控制系统是本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
本申请的目的是提供一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组,以降低永磁同步电机机组的硬件和维护成本、简化控制逻辑。
为解决上述技术问题,本申请提供一种永磁同步电机机组控制系统,包括:集中控制板、多个驱动板、上位机;
所述集中控制板与所述上位机连接;
所述驱动板分别一一对应地一体式安装于永磁同步电机机组中的电机上;
所述集中控制板用于外接多个所述驱动板,并向多个所述驱动板发送相同指令以控制所述永磁同步电机机组的多个所述电机以相同频率运行;
所述集中控制板集成有第一芯片,所述驱动板集成有第二芯片,所述第一芯片与所述第二芯片连接。
优选地,还包括:HMI触摸屏;所述HMI触摸屏设置于所述上位机。
优选地,所述驱动板集成有IGBT模块、电机控制IC。
优选地,所述集中控制板上集成有Wi-Fi芯片。
优选地,所述第一芯片和所述第二芯片为TMS320F24X、STM32F405GR、GD32中的其中一种。
优选地,所述电机控制IC为英飞凌IMC101T。
优选地,所述永磁同步电机机组为水泵机组或空压机组。
优选地,还包括:液位传感器、压力传感器;所述液位传感器、压力传感器分别与所述集中控制板相连。
为解决上述技术问题,本申请还提供了一种永磁同步电机机组,包括上述的永磁同步电机机组控制系统。
本申请所提供的一种永磁同步电机机组控制系统,包括集中控制板、多个驱动板、上位机。集中控制板与上位机连接,驱动板分别一一对应地一体式安装于永磁同步电机机组中的电机上。集中控制板用于外接多个驱动板,并向多个驱动板发送相同指令以控制永磁同步电机机组的多个电机以相同频率运行。集中控制板集成有第一芯片,驱动板集成有第二芯片。本申请中永磁同步电机机组的多个电机以相同频率运行,只需用一个控制板同时对多个驱动板进行控制。本申请主要针对目前广泛使用的一体式永磁同步电机机组,改变了传统电机驱动器由控制板和驱动板两个模块组成的结构,本方案每台电机仅需配备一个驱动板模块,不需要额外配备控制板,而由整个机组共用的一个集中控制板模块进行集中控制。这种电机机组控制系统减小了每台电机驱动器的体积,降低了驱动器的硬件成本和整机控制系统的复杂程度。另外,本申请无需主从切换,控制逻辑简单,机组所有电机同频运行,使电机之间磨损大致均等,便于整个机组检修维护,降低电机故障、更换频次,延长机组使用寿命。整个机组可任意增减电机数量或直接控制单台电机运行,可应对各种实际应用场景,覆盖面广、拓展性能强大。此外,减小电机驱动器体积可使一体机整机体积更小、质量更轻,对于电机本体散热的优化设计也有积极的影响。
此外,本申请所提供的永磁同步电机机组包括上述提到的永磁同步电机机组控制系统,效果同上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例,下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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为本申请实施例提供的一种一体式永磁同步电机机组集中控制系统的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种一体式永磁同步电机机组集中控制系统硬件控制框图;
图3为本申请实施例提供的一种水泵永磁同步电机单机操作示意框图;
图4为本申请实施例提供的一种永磁同步电机单机控制系统硬件控制框图;
图5为本申请实施例提供的一种集中控制板的第一芯片(MCU)外围硬件接线图;
图6为本申请实施例提供的一种驱动板的第二芯片(MCU)外围硬件接线图;
图7为本申请实施例提供的一种驱动板IMC101T外围硬件接线图;
附图标记如下:1为上位机,2为集中控制板,21为第一芯片,22为WIFI芯片,3为驱动板,31为第二芯片,32为电机控制IC,33为IGBT模块,4为电机,51为液位传感器,52为压力传感器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请的保护范围。
本申请的核心是提供一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组,以降低永磁同步电机机组的硬件成本。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
为了解决上述技术问题,本申请实施例提供一种永磁同步电机机组控制系统。本申请实施例提供的永磁同步电机机组控制系统包括:集中控制板2、多个驱动板3、上位机1。集中控制板2与上位机1连接,驱动板3分别一一对应地一体式安装于永磁同步电机机组中的电机4,所述集中控制板2用于外接多个所述驱动板3且控制永磁同步电机机组的多个电机4以相同频率运行。
其中,集中控制板2集成有第一芯片21即集中控制板2的MCU、协调电路(通讯接口电路、按键电路、寄存器电路、显示电路等)、以及采集电路如模拟/数字的输入/输出端子等外围电路等等,其中协调电路和采集电路为现有技术,在此不做赘述。第一芯片21用于控制整个控制系统的启/停、对外通讯、数据处理、算法实现、控制输入输出等,其向每个电机4发送的工作指令都是一致的。
驱动板3集成第二芯片31即、驱动板3的MCU、整流逆变电路、永磁电机PID控制电路、IGBT模块等,其中整流逆变电路、永磁电机PID控制电路、IGBT模块等为现有技术,在此不做赘述。第二芯片31用于传递第一芯片21的指令并传递给永磁电机PID控制电路,PID控制电路再输出至IGBT模块33,以及监控电机本身的工作状态。在一较佳的实施例中,永磁电机PID控制电路直接采用现有电机控制IC32,简化设计要求。具体的,驱动板3集成第二芯片31、电机控制IC32、IGBT模块33和整流逆变电路(未示出)。
第一芯片21和第二芯片31之间通过RS485信号、蓝牙或WIFI进行通信。
本申请的一种永磁同步电机机组控制系统,取消了现有结构中每台一体式永磁同步电机的主控制板,将小体积的第二芯片31直接集成于驱动板3,取消现有主控制板的部分外围电路,如显示电路、传感器接线电路等,每个机组共用一个集中控制板2及其外围电路,集中控制板2和电机4上的驱动板3之间的通信方式采用RS485信号、蓝牙或WIFI。上位机1可使用一个人机界面(Human Machine Interface,HMI)触摸屏,实现数据的监控和显示,以及下发指令对机组进行操控。
使用本实施例提供的集中控制方案,原本每台一体式永磁同步电机驱动器必备的CPU控制板部分电路(如显示电路、按键电路、传感器接线端口等电路)合并为一个,每台电机驱动器体积可缩减40%以上,成本降低15%以上。同时,每个机组共用1个集中控制板2,机组电机数量可根据实际应用工况自由增减,在单电机检修时也可对单电机进行控制操作。当机组多电机同时运行时,整个机组以相同频率运行,机组运行控制逻辑设计简单,各电机磨损均等,便于整个机组检修维护,降低电机故障、更换频次,延长机组使用寿命。每一电机4保留有集成有第二芯片31的驱动板3,只需外接一个上位机1,就可以对单一电机4进行检修、维护,操作灵活、方便,同时第二芯片31可以节省部分运算电路,简化驱动板3电路,进一步缩小电机4体积。此外,集中控制板2上集成有Wi-Fi芯片22,本系统可使用Wi-Fi信号作为通信方式,可将集中控制板2连至物联网、云服务器等自动化、智能化平台,通过手机APP或小程序等方式控制电机机组,实现机组运行监控、故障诊断、节能分析等丰富功能。
这里以一个含有3台电机4的常见机组为例,实际应用时电机4和驱动板3的数量不作限定。图1为本申请实施例提供的一种一体式永磁同步电机机组集中控制系统的结构示意图;图2为本申请实施例提供的一种一体式永磁同步电机机组集中控制系统硬件控制框图;本申请的一种永磁同步电机机组集中控制系统示意框图如图1所示,机组硬件工作框图如图2所示,包括上位机1,集中控制板2,驱动板3,电机4。集中控制板2与上位机1连接,驱动板3一一对应一体式安装于永磁同步电机机组中的电机4,集中控制板2用于外接多个驱动板3,集中控制板2集成有第一芯片21,驱动板3集成有第二芯片31,第一芯片21与所述第二芯片31连接,第一芯片21经第二芯片31控制永磁同步电机机组的多个电机4以相同频率运行。进一步的,所述驱动板3还集成有电机控制IC32、IGBT模块33。其中,电机控制IC32可选用英飞凌IMC101T方案,第一芯片21和第二芯片31可选用TMS320F24X、STM32F405GR、GD32等常见方案。对比目前主流的一体式永磁同步电机机组控制系统,本申请的集中控制系统取消了每台一体式电机驱动器上的控制板模块,在上位机1和驱动板3之间加入一个集中控制板2,通过操作上位机1,实现对电机机组的数据监控和电机机组的运转控制。机组运行时,集中控制板2驱动各台电机4以相同频率运行。与现有异步电机机组常采用的一台变频+多台工频的控制方式相比,可使水泵电机磨损大致均等。
图3为本申请实施例提供的一种水泵永磁同步电机单机操作示意框图;图4为本申请实施例提供的一种永磁同步电机单机控制系统硬件控制框图。单机操作示意框图如图3所示,对应硬件工作框图如图4所示,当技术人员需对单台电机4进行检修、维护、操控时,只需外接一个上位机1就对系统中任意单电机4进行控制,此时无需使用集中控制板2,操作简单、可靠性强。此外,上位机1与物联网平台之间可通过Wi-Fi信号通讯,进行数据收发以及信息交互,无需使用传统的485通讯布线。
本申请中永磁同步电机机组的多个电机4以相同频率运行,因此可以用一个集中控制板2同时对多个驱动板3进行控制。相对于目前广泛使用的一体式永磁同步电机机组,改变了传统电机驱动器由控制板和驱动板两个模块组成的结构,本方案每台电机仅需配备一个驱动板3,不需要再配备多个控制板,而是由整个机组共用的一个集中控制板2进行集中控制。这种电机机组控制系统减小了每台电机驱动器的体积,降低了驱动器的硬件成本和整机控制系统的复杂程度。且本方案无需主从切换,控制逻辑简单,机组同频运行可使电机之间磨损大致均等,便于整个机组检修维护,降低电机故障、更换频次,延长机组使用寿命。整个机组可任意增减电机数量或直接控制单台电机运行,可应对各种实际应用场景,覆盖面广、拓展性能强大。此外,减小电机驱动器体积可使一体机整机体积更小、质量更轻,对于电机本体散热的优化设计也有积极的影响。
如上述实施例,上位机1上可设置HMI触摸屏(未标记)以便于控制。集中控制板2上可设置有Wi-Fi芯片22。驱动板3上的元件可包括:第二芯片31、IGBT模块33、电机控制IC32。集中控制板2的第一芯片21(MCU)和驱动板3的第二芯片32(MCU)可以是TMS320F24X、STM32F405GR、GD32中的其中一种。电机控制IC32可以是英飞凌IMC101T,该控制IC利用单电阻或桥臂电流反馈来实现磁场定向控制,并采用空间矢量PWM和正弦波信息,还集成过压和欠压、过电流和转子堵转等等。永磁同步电机机组为水泵机组或空压机机组,这两种场景下,整个机组的运行频率一致。如图2所示,机组中还可包括液位传感器51、压力传感器52;采样传感器(液位传感器51、压力传感器52)设置于永磁同步电机机组的管道系统中,采样传感器与集中控制板2相连以实现控制。
另外,本申请实施例还提供一种具体的电路结构图。图5为本申请实施例提供的一种集中控制板的第一芯片(MCU)外围硬件接线图,该MCU为STM32F405GR;图6为本申请实施例提供的一种驱动板的第二芯片(MCU)外围硬件接线图,该MCU为STM32F405GR;图7为本申请实施例提供的一种驱动板IMC101T外围硬件接线图。图5中集中控制板2的MCU的引脚58、59与图6驱动板3的MCU的引脚58、59通过RS485通信连接;同时图6的驱动板3的MCU的引脚58、59与图7的驱动板3的IMC101T的引脚33、34通过RS485通信连接,图6的驱动板3的MCU的引脚34、41、35、42、36、43分别与图7的驱动板3的IMC101T的引脚11-16连接。STM32F405GR、IMC101T的其他外围电路可参照对应说明书进行电路连接,在此不做详细介绍。需要注意的是,图5、图6、图7中提供的电路结构仅仅是本申请的其中一种示例,并不对本申请的其他电路结构造成限定。
为解决上述技术问题,本申请实施例提供一种永磁同步电机机组,包括上述实施例中的永磁同步电机机组控制系统。
由于永磁同步电机机组部分的实施例与永磁同步电机机组控制系统部分的实施例相互对应,因此永磁同步电机机组部分的实施例请参见永磁同步电机机组控制系统部分的实施例的描述,这里暂不赘述。
本实施例提供的永磁同步电机机组,与上述永磁同步电机机组控制系统对应,故具有与上述永磁同步电机机组控制系统相同的有益效果。
以上对本申请所提供的一种永磁同步电机机组控制系统、永磁同步电机机组进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,包括:集中控制板(2)、多个驱动板(3)、上位机(1);
所述集中控制板(2)与所述上位机(1)连接;
所述驱动板(3)分别一一对应地一体式安装于永磁同步电机机组中的电机(4)上;
所述集中控制板(2)用于外接多个所述驱动板(3),并向多个所述驱动板(3)发送相同指令以控制所述永磁同步电机机组的多个所述电机(4)以相同频率运行;
所述集中控制板(2)集成有第一芯片(21),所述驱动板(3)集成有第二芯片(31),所述第一芯片(21)与所述第二芯片(31)连接。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,还包括:HMI触摸屏;所述HMI触摸屏设置于所述上位机(1)。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,所述驱动板(3)集成有电机控制IC(32)、IGBT模块(33)。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,所述集中控制板(2)上集成有Wi-Fi芯片(22)。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,所述第一芯片(21)和所述第二芯片(31)为TMS320F24X、STM32F405GR、GD32中的其中一种。
6.根据权利要求3所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,所述电机控制IC(32)为英飞凌IMC101T。
7.根据权利要求1所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,所述永磁同步电机机组为水泵机组或空压机组。
8.根据权利要求1所述的永磁同步电机机组控制系统,其特征在于,还包括:液位传感器(51)、压力传感器(52);所述液位传感器(51)、压力传感器(52)分别与所述集中控制板(2)相连。
9.一种永磁同步电机机组,其特征在于,包括权利要求1至8任意一项所述的永磁同步电机机组控制系统。
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