CN220067260U - 一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，包括自然整流电路、MOS管下拉电路、半桥电路和倍压电路；采用三相电压为倍压电路与半桥电路提供工作电源，采用倍压电路为MOS管提供驱动电源，采用半桥电路产生直流励磁电源，电机三相输出高压时采用光耦隔离电路和三极管对功率管驱动信号进行下拉；倍压电路三相电压的其中两相电压输入，将线电压输入的电压倍压至MOS管额定驱动电压，并将该电压连接至半桥电路；半桥电路通过将三相电压自然整流经过桥臂直通的方式产生直流励磁电源，并将直流励磁电源连接至励磁绕组。

Description

一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路

技术领域

本实用新型涉及电机励磁领域，尤其是一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路。

背景技术

两级式电机工作在低速范围内时，在无励磁条件下，相电压输出极低，不足以为调压器提供工作电源，由于调压器具备为调压、提供控制指令等功能，调压功能主要是通过调节励磁电流以使电机输出额定电压，当无工作电源时，调压器也将无法输出，则电机无法输出额定电压，无法进入发电状态。

对于电机无法自建压的问题，目前常用的方式通过将相电压进行自然整流后得到直流电压，再通过继电器直接接入到两级式电机的励磁绕组，当继电器吸合时输出直流励磁电源，电机输出电压升高，实现自建压功能，当电压足以为调压器提供工作电源时，继电器断开，由调压器输出直流励磁电源。此方法主要缺点在于，继电器开关速度慢，导致无法及时断开直流励磁电源，电机输出电压极易过冲，对调压器造成损坏。

若采用MOS管半桥输出励磁电源，虽然解决了继电器开关速度慢的问题，但是在无励磁条件下，相电压输出极低，不足以驱动MOS管进行开通。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路。

本实用新型通过以下技术方案得以实现：

一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，包括自然整流电路、MOS管下拉电路、半桥电路和倍压电路；自然整流电路的输出端与半桥电路和MOS管下拉电路输入端相连，倍压电路与MOS管下拉电路相连，半桥电路的输出端作为两级式电机的输入端；

倍压电路包括三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c中任意两相组成的线电压，电阻R₁，稳压二极管D₄、稳压二极管D₅、稳压二极管D₁₁、电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅、电容C₆，二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀、二极管D₁₂；

其中电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅的第一端分别与线电压相连，电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅的第二端分别与二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀的负极相连，电容C₆一端与二极管D₁₂的负极相连，另一端接地；电阻R₁第一端与线电压相连，第二端与稳压二极管D₄的负极相连，稳压二极管D₄的正极与稳压二极管D₅的正极相连，稳压二极管D₅的负极与线电压相连，稳压二极管D₁₁的正极与线电压相连，稳压二极管D₁₁的负极与二极管D₁₀的负极相连；

且二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀沿电流传输方向依次串联在电路中，二极管D₆的正极与线电压连接。

所述自然整流电路包括三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c以及二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃，三相电压U_a与二极管D₁的正极连接，三相电压U_b与二极管D₂的正极连接，三相电压U_c与二极管D₃的正极连接；二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃的负极与半桥电路输入端连接。

所述半桥电路包括MOS管Q₁以及MOS管Q₂，MOS管Q₁的D极与三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c相连。

所述MOS管下拉电路包括电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅，稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄、稳压二极管D₁₅、稳压二极管D₁₆，光耦隔离电路U₁，三极管Q₃，其中电阻R₂、电阻R₃第一端与自然整流电路输出端相连，第二端分别与稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄的负极相连，稳压二极管D₁₃的正极连接光耦隔离电路U₁输入端，稳压二极管D₁₄的正极与三极管Q₃的B极相连，光耦隔离电路U₁输出端的C极和E极分别与MOS管Q₁的G极与S极相连，稳压二极管D₁₅负极与正极分别连接MOS管Q₁的G极与S极，稳压二极管D₁₆的负极与正极分别连接MOS管Q₂的G极与S极。

所述三相电压U_a、U_b、U_c为半桥电路与倍压电路提供工作电压。

所述倍压电路为MOS管Q₁以及MOS管Q₂提供驱动电压。

所述倍压电路将线电压倍压至2V以上。

所述MOS管Q₁以及MOS管Q₂均为NMOS管。

本实用新型的有益效果在于：

1.采用倍压电路解决了三相电压输出低无法驱动MOS管的不足，使半桥电路在电机无励磁输出低压的工作状态下也能够正常工作；

2.采用半桥电路与MOS管下拉电路解决了三相电压自然整流直接提供励磁电源导致电机输出过压并难以关断的问题，保障电机及调压器工作更加安全。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型的倍压电路工作原理图。

具体实施方式

下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，包括自然整流电路、MOS管下拉电路、半桥电路和倍压电路；采用三相电压为倍压电路与半桥电路提供工作电源，采用倍压电路为MOS管提供驱动电源，采用半桥电路产生直流励磁电源，三相电压输出高压时采用光耦隔离电路和三极管Q₃对功率管驱动信号进行下拉；倍压电路由三相电压的其中两相电压组成线电压提供输入，将线电压输入的电压倍压至MOS管额定驱动电压，并将该电压连接至半桥电路；半桥电路通过将三相电压自然整流经过桥臂直通的方式产生直流励磁电源，并将直流励磁电源连接至励磁绕组，具体过程如下：

a)三相电压经整流后对MOS管Q₁和MOS管Q₂构成的半桥电路提供直流电压；

b)由三相电压任意两相组成的线电压经电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅、电容C₆，二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀、二极管D₁₂将线电压倍压至2V以上，稳压二极管D₄、稳压二极管D₅、稳压二极管D₁₁将电压钳位在12V，防止电压过高将MOS管击穿，电阻R₁用于限流；

c)倍压电路输出的线电压经电阻R₄、电阻R₅接入半桥电路，使得MOS管Q₁和MOS管Q₂常开，输出励磁电流，三相电压输出提升；

d)当线电压输出峰值大于12V时，稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄导通，直流电压经电阻R₂、稳压二极管D₁₃和电阻R₃、稳压二极管D₁₄，分别与光耦隔离电路U₁和三极管Q₃连接，光耦隔离电路U₁和三极管Q₃导通，使MOS管Q₁和三极管Q₃门关断，励磁电流输出为0，三相电压下降。

其中自然整流电路包括三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c以及二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃，三相电压U_a与二极管D₁的正极连接，三相电压U_b与二极管D₂的正极连接，三相电压U_c与二极管D₃的正极连接；二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃的负极与半桥电路输入端连接；半桥电路包括MOS管Q₁以及MOS管Q₂，MOS管Q₁的D极与三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c相连；

半桥电路通过将三相电压自然整流后通过桥臂直通的方式产生直流励磁电源，并将直流励磁电源连接至电机励磁绕组；

倍压电路包括三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c中任意两相组成的线电压，电阻R₁，稳压二极管D₄、稳压二极管D₅、稳压二极管D₁₁，电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅、电容C₆，二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀、二极管D₁₂；

电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅的第一端分别与线电压相连，电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅的第二端分别与二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀的负极相连，电容C₆一端与二极管D₁₂的负极相连，另一端接地；电阻R₁第一端与线电压相连，第二端与稳压二极管D₄的负极相连，稳压二极管D₄的正极与稳压二极管D₅的正极相连，稳压二极管D₅的负极与线电压相连，稳压二极管D₁₁的正极与线电压相连，稳压二极管D₁₁的负极与二极管D₁₀的负极相连；

且二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀沿电流传输方向依次串联在电路中，二极管D₆的正极与线电压连接；

倍压电路将线电压倍压至2V以上，结合图2倍压工作原理图，倍压电路原理如下：

a)线电压由三相电压中的U_a、U_b两相构成，U_ab为周期信号，信号开始的第一个周期为正半波时，V_c1＝V_ab-V_D6，V_c1为电容C₁的电压值，V_D6为二极管D₆导通压降；第一个周期为负半波时，V_c2＝V_ab+V_c1-V_D7，V_c2为电容C₂的电压值，V_D7为二极管D₇导通压降；

b)信号开始的第二个周期为正半波时，V_c3＝V_ab+V_c2-V_D8，V_c5为电容C₅的电压值，V_c3为电容C₃的电压值，V_D9为二极管D₉导通压降；第二个周期为负半波时，V_c4＝V_ab+V_c3-V_D9，V_c4为电容C₄的电压值，V_D9为二极管D₉导通压降；

c)信号开始的第三个周期为正半波时，V_c5＝V_ab+V_c4-V_D10，V_c6＝V_ab+V_c4-V_D10-V_D12，V_c5为电容C₅的电压值，V_c6为电容C₆的电压值，V_D10为二极管D₁₀导通压降；第三个周期为负半波时，V_c6＝V_c5-V_D12，V_D12为二极管D₁₂导通压降；

d)在信号开始的第三个周期后，倍压电路的输出为V_c6＝V_c5-V_D12。

基于倍压电路工作原理，可克服发电机低转速输出电压不足的缺点，使发电机处于低转速使也能正常驱动MOS管，使得半桥电路在电机无励磁输出低压的工作状态下也能够正常工作。

MOS管下拉电路包括电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅，稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄、稳压二极管D₁₅、稳压二极管D₁₆，光耦隔离电路U₁，三极管Q₃，其中电阻R₂、电阻R₃第一端与自然整流电路输出端相连，第二端分别与稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄的负极相连，稳压二极管D₁₃的正极连接光耦隔离电路U₁输入端，稳压二极管D₁₄的正极与三极管Q₃的B极相连，光耦隔离电路U₁输出端的C极和E极分别与MOS管Q₁的G极与S极相连，稳压二极管D₁₅负极与正极分别连接MOS管Q₁的G极与S极，稳压二极管D₁₆的负极与正极分别连接MOS管Q₂的G极与S极。

当线电压输出峰值大于12V时，励磁输出为0，过程如下：

a)线电压峰值大于12V后，稳压二极管D₁₃导通，光耦隔离电路U₁初级产生电流，使得次级导通，导致MOS管Q₁的G极与S极短接，由电阻R₄输出的MOS管Q₁的驱动电压V_gs1下拉至0，MOS管Q1关断；

b)同时，稳压二极管D₁₄导通，三极管Q₃基极产生电流，三极管Q₃导通，使得致MOS管Q₂的G极与S极短接，由电阻R₅输出的MOS管Q₂的驱动电压V_gs2下拉至0，MOS管Q₂关断。

基于光耦隔离电路U₁和三极管Q₃过压下拉的方法，克服了继电器开关速度慢的不足，保障了电机及调压器的工作安全。

Claims (8)

1.一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，包括自然整流电路、MOS管下拉电路、半桥电路和倍压电路；自然整流电路的输出端与半桥电路和MOS管下拉电路输入端相连，倍压电路与MOS管下拉电路相连，半桥电路的输出端作为两级式电机的输入端；

倍压电路包括三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c中任意两相组成的线电压，电阻R₁，稳压二极管D₄、稳压二极管D₅、稳压二极管D₁₁，电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅、电容C₆、二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀、二极管D₁₂；

其中电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅的第一端分别与线电压相连，电容C₁、电容C₂、电容C₃、电容C₄、电容C₅的第二端分别与二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀的负极相连，电容C₆一端与二极管D₁₂的负极相连，另一端接地；电阻R₁第一端与线电压相连，第二端与稳压二极管D₄的负极相连，稳压二极管D₄的正极与稳压二极管D₅的正极相连，稳压二极管D₅的负极与线电压相连，稳压二极管D₁₁的正极与线电压相连，稳压二极管D₁₁的负极与二极管D₁₀的负极相连；

且二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、二极管D₉、二极管D₁₀沿电流传输方向依次串联在电路中，二极管D₆的正极与线电压连接，二极管D₁₀的负极与二极管D₁₂的正极相连。

2.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，所述自然整流电路包括三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c以及二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃，三相电压U_a与二极管D₁的正极连接，三相电压U_b与二极管D₂的正极连接，三相电压U_c与二极管D₃的正极连接；二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃的负极与半桥电路输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，所述半桥电路包括MOS管Q₁以及MOS管Q₂，MOS管Q₁的D极与三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c相连。

4.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，所述MOS管下拉电路包括电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅，稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄、稳压二极管D₁₅、稳压二极管D₁₆，光耦隔离电路U₁，三极管Q₃，其中电阻R₂、电阻R₃第一端与自然整流电路输出端相连，第二端分别与稳压二极管D₁₃、稳压二极管D₁₄的负极相连，稳压二极管D₁₃的正极连接光耦隔离电路U₁输入端，稳压二极管D₁₄的正极与三极管Q₃的B极相连，光耦隔离电路U₁输出端的C极和E极分别与MOS管Q₁的G极与S极相连，稳压二极管D₁₅负极与正极分别连接MOS管Q₁的G极与S极，稳压二极管D₁₆的负极与正极分别连接MOS管Q₂的G极与S极。

5.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，所述三相电压U_a、三相电压U_b、三相电压U_c为半桥电路与倍压电路提供工作电压。

6.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，所述倍压电路为MOS管Q₁以及MOS管Q₂提供驱动电压。

7.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于所述倍压电路将线电压倍压至2V以上。

8.根据权利要求1所述的一种两级式电机低压自建压直流励磁电源电路，其特征在于，所述MOS管Q₁以及MOS管Q₂均为NMOS管。