TWI411219B - 馬達驅動裝置 - Google Patents

Description

馬達驅動裝置

本發明係關於一種馬達驅動裝置。

在馬達驅動設備中，經常要驅動馬達作加速或減速運動，以實現對外部設備(如車床刀具)之控制。但在馬達減速時其產生之再生電流往往被釋放掉，不能得到有效回收，一定程度上浪費了能源。

鑒於上述內容，有必要提供一種可有效回收電能之馬達驅動裝置。

一種馬達驅動裝置，包括：一第一整流電路，用於接收三相交流電，並將三相交流電轉換為直流電；一具有一第一儲能電容之儲能直流鏈路，用於接收經該第一整流電路轉換後之直流電；一逆變電路，用於接收經該儲能直流鏈路傳輸之直流電並將其轉換回交流電以驅動一馬達工作；一第二整流電路，用於接收該三相交流電，並將三相交流電轉換為直流電；一儲能升壓電路，用於接收該第二整流電路轉換之直流電，其包括一第二儲能電容、一升壓開關及一儲能電感，該第二儲能電容之兩端分別連接該第二整流電路之兩端，該儲能電感之一端與該第二儲能電容之一端相連，另一端連接該升壓開關之第一端，該升壓開關之第 二端與該第二儲能電容之另一端相連並接地，該升壓開關之控制端與一微控制器相連；及一開關控制電路，包括一第一繼電器及一第二繼電器，該第一繼電器之開關之一端連接該儲能電感之一端，另一端連接至該儲能直流鏈路，該第一繼電器之線圈連接至該微控制器，該第二繼電器之開關之一端連接該儲能電感之另一端，另一端連接至該儲能直流鏈路，該第二繼電器之線圈連接至該微控制器；當該馬達減速時，該微控制器輸出一減速充電訊號控制該第一繼電器之開關閉合及控制該第二繼電器之開關斷開，該馬達產生之再生電流透過該第一繼電器存儲至該第二儲能電容中；在該馬達加速前，該微控制器輸出一加速充電訊號控制該第二繼電器之開關閉合及控制該第一繼電器之開關斷開，並且控制該升壓開關導通，該第二儲能電容之電能提升後透過該第二繼電器之開關充電至該第一儲能電容，以使該第一儲能電容之電能提升，進而透過控制該逆變電路驅動該馬達加速。

相較習知技術，本發明馬達驅動裝置利用該開關控制電路在該馬達減速時將再生電流儲存至該第二儲能電容中，並在該馬達加速前透過控制該升壓開關導通使該第二儲能電容之電壓提升並透過第二繼電器充電至該第一儲能電容，以使該第一儲能電容之電能提升，進而透過控制該逆變電路驅動該馬達加速。該馬達驅動裝置可在馬達減速時有效地回收電能，並在馬達加速前提供較高之電壓來驅動馬達加速，節約了能源之同時，還提高 了馬達之加速效率。

請參照圖1，本發明馬達驅動裝置之較佳實施方式包括一電源連接器10、一第一整流電路20、一儲能直流鏈路30、一逆變電路40、一第二整流電路50、一儲能升壓電路60、一開關控制電路70及一微控制器80。該電源連接器10用於連接一外部三相交流電源(未示出)，以接收工作電壓。該逆變電路40用於連接一馬達90，以驅動該馬達90工作。

該第一整流電路20用於把來自於電源連接器10之三相交流電轉換為直流電，其包括六個電晶體Q1-Q6及六個與其對應連接之二極體D1-D6。該電源連接器10之第一端R、第二端S及第三端T分別連接至該等電晶體Q1-Q3之射極及分別連接至該等電晶體Q4-Q6之集極。該等電晶體Q1-Q6之基極相連後連接至該微控制器80。該等電晶體Q1-Q3之集極及該等電晶體Q4-Q6之射極連接至該儲能直流鏈路30。該等二極體D1-D6之陽極及陰極分別與對應之電晶體Q1-Q6之射極與集極相連。其中，該等二極體D1-D6作為整流電路之一部分，該等電晶體Q1-Q6可透過該微控制器80之控制處於導通或截止狀態，以將三相再生電流回饋為交流電至三相交流電源。

該儲能直流鏈路30用於儲存能量及把經該第一整流電路20轉換後之直流電傳輸給該逆變電路40，其包括一第一儲能電容C1、兩分壓電阻R1及R2。該第一儲能電容 C1之一端連接該等電晶體Q1-Q3之集極，該第一儲能電容C1之另一端連接該等電晶體Q4-Q6之射極並接地。該兩電阻R1與R2串聯後與該第一儲能電容C1並聯，該兩電阻R1與R2之節點連接至該微控制器80。該第一儲能電容C1之兩端還連接至該逆變電路40，該第一儲能電容C1與該分壓電阻R1之節點還連接至該開關控制電路70。

該逆變電路40用於接收經該儲能直流鏈路30傳輸過來之直流電並將其轉換回交流電以驅動該馬達90工作，其包括六個電晶體Q7-Q12及六個與其對應連接之二極體D7-D12。該第一儲能電容C1之兩端分別連接至該等電晶體Q7-Q9之集極及該等電晶體Q10-Q12之射極。該等電晶體Q7-Q12之基極相連後與該微控制器80相連。該電晶體Q7之射極及該電晶體Q10之集極與該馬達90之第一端相連，該電晶體Q8之射極及該電晶體Q11之集極與該馬達90之第二端相連，該電晶體Q9之射極及該電晶體Q12之集極與該馬達90之第三端相連。該等二極體D7-D12之陽極及陰極分別與對應之電晶體Q7-Q12之射極與集極相連。

該第二整流電路50用於把來自於電源連接器10之三相交流電轉換為直流電，其包括六個二極體D13-D18，該二極體D13之陽極與該二極體D16之陰極相連並連接到該電源連接器10之第一端R，該二極體D14之陽極與該二極體D17之陰極相連並連接到該電源連接器10之第二端S，該二極體D15之陽極與該二極體D18之陰極相連並連接到該電源連接器10之第三端T，該等二極體D13-D15 之陰極及該等二極體D16-D18之陽極連接至該儲能升壓電路60。

該儲能升壓電路60用於儲存能量及提升電壓，其包括一第二儲能電容C2、一升壓開關(如一場效應電晶體Q)及一儲能電感L，該第二儲能電容C2之兩端分別連接該等二極體D13-D15之陰極及該等二極體D16-D18之陽極，該儲能電感L之一端與該第二儲能電容C2之一端相連，該儲能電感L之另一端連接該場效應電晶體Q之汲極，該場效應電晶體Q之源極與該第二儲能電容C2之另一端相連並接地，該場效應電晶體Q之閘極與該微控制器80相連，該儲能電感L之兩端還連接至該開關控制電路70。

該開關控制電路70包括一減速儲能開關單元及一加速儲能開關單元。該減速儲能開關單元包括一第一繼電器72及一第一穩壓二極體DF1，該第一繼電器72包括一開關K1及一控制該開關K1之線圈J1，該開關K1之一端連接該儲能電感L之一端，該開關K1之另一端連接該第一穩壓二極體DF1之陰極，該第一穩壓二極體DF1之陽極連接至該第一儲能電容C1與該分壓電阻R1之節點，該線圈J1連接至該微控制器80。該加速儲能開關單元包括一第二繼電器74及一第二穩壓二極體DF2，該第二繼電器74包括一開關K2及一控制該開關K2之線圈J2，該開關K2之一端連接該儲能電感L之另一端，該開關K2之另一端連接該第二穩壓二極體DF2之陽極，該第二穩壓二極體DF2之陰極連接至該第一儲能電容C1與該分壓電阻R1之節 點，該線圈J2連接至該微控制器80。

工作時，該第一整流電路20把來自於電源連接器10之三相交流電轉換為直流電，該儲能直流鏈路30把經該第一整流電路20轉換後之直流電傳輸給該逆變電路40，該微控制器80根據一上位控制器(未示出，如數字控制器)之命令來導通或截止該逆變電路40中之電晶體Q7-Q12，從而把直流電轉換回交流電以驅動該馬達90工作。

當該微控制器80控制該馬達90減速時，該馬達90在減速過程中將生成一三相再生電流，並且使該儲能直流鏈路30上之電壓增加，該微控制器80透過該兩分壓電阻R1及R2偵測到該儲能直流鏈路30上之電壓增加訊號，該微控制器80根據該電壓增加訊號輸出一減速充電訊號控制該第一繼電器72之開關K1閉合而控制該第二繼電器74之開關K2斷開，此時該再生電流透過該第一繼電器72存儲至該第二儲能電容C2中，如果該再生電流過大以至於該第二儲能電容C2不能完全存儲，則該微控制器80控制該第一整流電路20之電晶體Q1-Q6導通或截止以使三相交流電源接收未能完全存儲之電能。

當該微控制器80控制該馬達90加速時，在加速前該微控制器80輸出一加速充電訊號控制該第二繼電器74之開關K2閉合而控制該第一繼電器72之開關K1斷開，並且控制該場效應電晶體Q導通(也可按特定程式間斷導通)，此時該第二儲能電容C2兩端之電壓透過該儲能電感L之電感效應被提升，提升後之電壓透過該第二繼電器74 之開關K2充電至該第一儲能電容C1，以使該第一儲能電容C1之電能提升，同時該微控制器80透過該兩分壓電阻R1及R2偵測該儲能直流鏈路30上之電壓，當該儲能直流鏈路30上之電壓被提升至一預設值時，該微控制器80透過控制該逆變電路40驅動該馬達90加速。

本發明馬達驅動裝置利用該開關控制電路70在該馬達90減速時將再生電流儲存至該第二儲能電容C2中，並在該馬達90加速前透過控制該場效應電晶體Q導通使該第二儲能電容C2之電壓提升並透過第二繼電器74充電至該第一儲能電容C1，以使該第一儲能電容C1之電能提升，進而透過控制該逆變電路40驅動該馬達90加速。該馬達驅動裝置可在馬達減速時有效地回收電能，並在馬達加速前提供較高之電壓來驅動馬達加速，節約了能源之同時，還提高了馬達之加速效率。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

電源連接器‧‧‧10

第一整流電路‧‧‧20

儲能直流鏈路‧‧‧30

逆變電路‧‧‧40

第二整流電路‧‧‧50

儲能升壓電路‧‧‧60

開關控制電路‧‧‧70

第一繼電器‧‧‧72

第二繼電器‧‧‧74

微控制器‧‧‧80

馬達‧‧‧90

電晶體‧‧‧Q1-Q12

二極體‧‧‧D1-D18

分壓電阻‧‧‧R1、R2

第一儲能電容‧‧‧C1

第二儲能電容‧‧‧C2

場效應電晶體‧‧‧Q

儲能電感‧‧‧L

開關‧‧‧K1、K2

線圈‧‧‧J1、J2

第一穩壓二極體‧‧‧DF1

第二穩壓二極體‧‧‧DF2

圖1係本發明馬達驅動裝置之較佳實施方式驅動馬達之電路圖。

電源連接器‧‧‧10

第一整流電路‧‧‧20

儲能直流鏈路‧‧‧30

逆變電路‧‧‧40

第二整流電路‧‧‧50

儲能升壓電路‧‧‧60

開關控制電路‧‧‧70

第一繼電器‧‧‧72

第二繼電器‧‧‧74

微控制器‧‧‧80

馬達‧‧‧90

電晶體‧‧‧Q1-Q12

二極體‧‧‧D1-D18

分壓電阻‧‧‧R1、R2

第一儲能電容‧‧‧C1

第二儲能電容‧‧‧C2

場效應電晶體‧‧‧Q

儲能電感‧‧‧L

開關‧‧‧K1、K2

線圈‧‧‧J1、J2

第一穩壓二極體‧‧‧DF1

第二穩壓二極體‧‧‧DF2

Claims (7)

1. 一種馬達驅動裝置，包括：一第一整流電路，用於接收三相交流電，並將三相交流電轉換為直流電；一具有一第一儲能電容之儲能直流鏈路，用於接收經該第一整流電路轉換後之直流電；一逆變電路，用於接收經該儲能直流鏈路傳輸之直流電並將其轉換回交流電以驅動一馬達工作；一第二整流電路，用於接收該三相交流電，並將三相交流電轉換為直流電；一儲能升壓電路，用於接收該第二整流電路轉換之直流電，其包括一第二儲能電容、一升壓開關及一儲能電感，該第二儲能電容之兩端分別連接該第二整流電路之兩端，該儲能電感之一端與該第二儲能電容之一端相連，另一端連接該升壓開關之第一端，該升壓開關之第二端與該第二儲能電容之另一端相連並接地，該升壓開關之控制端與一微控制器相連；及一開關控制電路，包括一第一繼電器及一第二繼電器，該第一繼電器之開關之一端連接該儲能電感之一端，另一端連接至該儲能直流鏈路，該第一繼電器之線圈連接至該微控制器，該第二繼電器之開關之一端連接該儲能電感之另一端，另一端連接至該儲能直流鏈路，該第二繼電器之線圈連接至該微控制器；當該馬達減速時，該微控制器輸出一減速充電訊號控制該第一繼電器之開關閉合及控制該第二繼電器之開關斷開， 該馬達產生之再生電流透過該第一繼電器存儲至該第二儲能電容中；在該馬達加速前，該微控制器輸出一加速充電訊號控制該第二繼電器之開關閉合及控制該第一繼電器之開關斷開，並且控制該升壓開關導通，該第二儲能電容之電能提升後透過該第二繼電器之開關充電至該第一儲能電容，以使該第一儲能電容之電能提升，進而透過控制該逆變電路驅動該馬達加速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中該第一整流電路包括第一至第六電晶體及分別與該第一至第六電晶體對應連接之第一至第六二極體，一連接三相交流電源之電源連接器之第一端、第二端及第三端分別連接該第一至第三電晶體之射極及分別連接至該第四及第六電晶體之集極，該第一至第六電晶體之基極相連後連接至該微控制器，該第一至第三電晶體之集極及該第四及第六電晶體之射極連接至該儲能直流鏈路，該第一至第六二極體之陽極及陰極分別與對應電晶體之射極與集極相連。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中該儲能直流鏈路還包括第一及第二分壓電阻，該第一儲能電容之一端連接至該第一整流電路，另一端接地，該第一及第二分壓電阻串聯後與該第一儲能電容並聯，該第一及第二電阻之節點連接至該微控制器，該第一儲能電容之兩端還連接至該逆變電路，該第一儲能電容與該第一分壓電阻之節點還連接至該開關控制電路，該微控制器透過偵測該第一及第二電阻之節點處之電壓來判斷該馬達之工作狀態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中該逆 變電路包括第一至第六電晶體及分別與該第一至第六電晶體對應連接之第一及第六二極體，該第一儲能電容之一端連接至該第一至第三電晶體之集極，另一端連接至該第四至第六電晶體之射極及地，該第一至第六電晶體之基極相連後與該微控制器相連，該第一電晶體之射極及該第四電晶體之集極與該馬達之第一端相連，該第二電晶體之射極及該第五電晶體之集極與該馬達之第二端相連，該第三電晶體之射極及該第六電晶體之集極與該馬達之第三端相連，該第一至第六二極體之陽極及陰極分別與對應電晶體之射極與集極相連。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中該第二整流電路包括第一至第六二極體，該第一二極體之陽極與第四二極體之陰極相連並連接到一連接三相交流電源之電源連接器之第一端，該第二二極體之陽極與第五二極體之陰極相連並連接到該電源連接器之第二端，該第三二極體之陽極與第六二極體之陰極相連並連接到該電源連接器之第三端，該第一至第三二極體之陰極及該第四至第六二極體之陽極分別連接至該儲能升壓電路。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中該升壓開關為一場效應電晶體，該升壓開關之第一端、第二端及控制端分別對應場效應電晶體之汲極、源極及閘極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中該第一繼電器之開關之另一端透過一第一穩壓二極體連接至該儲能直流鏈路，該第二繼電器之開關之另一端透過一第二穩壓二極體連接至該儲能直流鏈路。