專利名稱：一種通用型三相電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相電機(jī)控制器，尤其涉及一種無(wú)需改變硬件電路即可適配各種三相電機(jī)(包括三相異步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、三相無(wú)刷直流電機(jī)、三相開關(guān)磁阻電機(jī))的控制器，屬于電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電機(jī)設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)正日趨成熟并得到大規(guī)模應(yīng)用，主要包括高效異步電機(jī)(三相正弦波電流驅(qū)動(dòng))、永磁同步電機(jī)(三相正弦波電流驅(qū)動(dòng))、無(wú)刷直流電機(jī)(兩相方波電流驅(qū)動(dòng))、開關(guān)磁阻電機(jī)(單拍或雙拍，電流斬波控制或者角度位置控制)等傳統(tǒng)與新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然而，上述的四大類電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都必須有相對(duì)應(yīng)的電機(jī)控制器；不同類型的電機(jī)，其控制器的控制程序與硬件電路存在很大差異。硬件電路主要包括供電電路、弱電控制電路和強(qiáng)電功率電路，其中弱電控制電路一般包含有嵌入控制軟件的微處理器或可編程器件，如單片機(jī)、DSP、ARM、FPGA、CPLD等；而控制程序則根據(jù)電機(jī)類型的不同，分為恒壓頻比控制、電流滯環(huán)矢量控制、電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、電流斬波控制、角度位置控制等不同的控制策略。由于不同類型電機(jī)工作原理不同，導(dǎo)致相應(yīng)的電機(jī)控制器中弱電控制電路部分微處理器所嵌入的控制軟件和強(qiáng)電功率電路部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。因此，各類型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器相互獨(dú)立，通用性差，給科研和生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便。

實(shí)用新型內(nèi)容發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種無(wú)需改變硬件電路即可適配各種三相電機(jī)(包括三相異步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、三相無(wú)刷直流電機(jī)、三相開關(guān)磁阻電機(jī))的控制器。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種通用型三相電機(jī)控制器，包括弱電控制電路和強(qiáng)電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊(或控制軟件)的微處理器；所述控制模塊兼具三相異步電機(jī)控制模塊、三相永磁同步電機(jī)控制模塊、三相無(wú)刷直流電機(jī)控制模塊和三相開關(guān)磁阻電機(jī)控制模塊，所述強(qiáng)電功率電路為各相分別通過開關(guān)結(jié)構(gòu)與供電回路相連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且通過開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)選擇，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠適配三相異步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、三相無(wú)刷直流電機(jī)或三相開關(guān)磁阻電機(jī)。上述通用型三相電機(jī)控制器，其控制軟件為一種通用型控制軟件，同時(shí)兼具了各種類型電機(jī)的控制軟件，通過對(duì)電機(jī)類型的選擇或者設(shè)定，即可從軟件上適配電機(jī)的控制；硬件上，通過開關(guān)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的調(diào)整，即可將強(qiáng)電功率電路調(diào)整為適配電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；這樣不同類型的電機(jī)(功率、轉(zhuǎn)速等性能指標(biāo)參數(shù)同等級(jí))就能夠共用同一臺(tái)控制器，避免了更換電機(jī)類型不得不更換控制器的麻煩，無(wú)需額外增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制成本，簡(jiǎn)單易行。不同電機(jī)類型，需要對(duì)控制軟件和開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)加以選擇，這種選擇可以通過弱電控制電路實(shí)現(xiàn)，可以將微處理器內(nèi)再嵌入一個(gè)電機(jī)類型選擇模塊，其輸出端與控制模塊的輸入端、開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)控制端相連接，簡(jiǎn)化了操作者的選擇過程。所述開關(guān)結(jié)構(gòu)為雙刀雙擲開關(guān)或其他類型的多選狀態(tài)開關(guān)。上述控制器的設(shè)計(jì)思想還可以適用于單相、兩相、四相及任意多相電機(jī)的通用控制，只需要改變對(duì)應(yīng)的控制軟件及強(qiáng)電功率電路既可。有益效果本實(shí)用新型提供的通用型三相電機(jī)控制器，打破了傳統(tǒng)的一種類型電機(jī)適配一個(gè)專用控制器的方案，對(duì)功率、轉(zhuǎn)速等主要性能指標(biāo)參數(shù)處于相同等級(jí)的不同類型電機(jī)采用相同的控制器，即電機(jī)更換時(shí)，無(wú)需對(duì)控制器進(jìn)行更換，只需對(duì)電機(jī)類型進(jìn)行選擇即可，節(jié)約成本，簡(jiǎn)單易行。

圖1為本實(shí)用新型提出的通用型三相電機(jī)控制器及電機(jī)構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖；圖2為本實(shí)用新型提出的通用型三相電機(jī)控制器作為異步電機(jī)控制器、或永磁同步電機(jī)控制器、或無(wú)刷直流電機(jī)控制器時(shí)的強(qiáng)電功率電路圖；圖3為本實(shí)用新型提出的通用型三相電機(jī)控制器作為開關(guān)磁阻電機(jī)控制器時(shí)的強(qiáng)電功率電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。一種通用型三相電機(jī)控制器，包括弱電控制電路和強(qiáng)電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊和電機(jī)類型選擇模塊的微處理器，所述控制模塊兼具三相異步電機(jī)控制模塊、三相永磁同步電機(jī)控制模塊、三相無(wú)刷直流電機(jī)控制模塊和三相開關(guān)磁阻電機(jī)控制模塊，所述強(qiáng)電功率電路為各相分別通過開關(guān)結(jié)構(gòu)與供電回路相連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且通過開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)選擇，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠適配三相異步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、三相無(wú)刷直流電機(jī)或三相開關(guān)磁阻電機(jī)；所述電機(jī)類型選擇模塊的輸出端與控制模塊的輸入端、開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)控制端相連接。如圖1所不為一種通用型三相電機(jī)控制器及電機(jī)構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),包括供電電路1、弱電控制電路2、強(qiáng)電功率電路3、電機(jī)4、電流傳感器(A相電流傳感器51、B相電流傳感器52、C相電流傳感器53)、位置傳感器6。供電電路I的輸入為三相工頻交流電，經(jīng)過整流電路輸出兩路供電一路給強(qiáng)電功率電路3供電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4旋轉(zhuǎn)；另一路給弱電控制電路2供電。弱電控制電路2上包含有嵌入控制軟件的微處理器21和4個(gè)電機(jī)類型選擇按鈕，其中四個(gè)電機(jī)類型選擇按鈕分別是異步電機(jī)選擇按鈕221、永磁同步電機(jī)選擇按鈕222、無(wú)刷直流電機(jī)選擇按鈕223和開關(guān)磁阻電機(jī)選擇按鈕224，通過電機(jī)類型選擇按鈕可以對(duì)電機(jī)類型進(jìn)行選擇。微處理器21根據(jù)待控制電機(jī)類型運(yùn)行對(duì)應(yīng)的控制程序，并對(duì)強(qiáng)電功率電路3中A相可控雙刀雙擲開關(guān)313和B相可控雙刀雙擲開關(guān)323和C相可控雙刀雙擲開關(guān)333的控制信號(hào)S置“左”或“右”。通過對(duì)電機(jī)4的A相電流傳感器51的輸出信號(hào)IA、B相電流傳感器52的輸出信號(hào)IB、C相電流傳感器53的輸出信號(hào)IC和位置傳感器6的輸出信號(hào)Θ進(jìn)行處理，得到電機(jī)4的三相實(shí)時(shí)電流和實(shí)時(shí)位置，進(jìn)而得到實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過對(duì)應(yīng)電機(jī)類型控制程序的處理，輸出A相上臂功率管311、Α相下臂功率管312、Β相上臂功率管321、B相下臂功率管322、C相上臂功率管331、C相下臂功率管332的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、A相可控雙刀雙擲開關(guān)313、B相可控雙刀雙擲開關(guān)323和C相可控雙刀雙擲開關(guān)333的控制信號(hào)S。強(qiáng)電功率電路3由A相上臂功率管311、Α相下臂功率管312、Β相上臂功率管321、B相下臂功率管322、C相上臂功率管331、C相下臂功率管332、A相可控雙刀雙擲開關(guān)313、B相可控雙刀雙擲開關(guān)323、C相可控雙刀雙擲開關(guān)333組成。當(dāng)電機(jī)4為三相異步電機(jī)時(shí)，控制信號(hào)S為“左”，A相可控雙刀雙擲開關(guān)313、B相可控雙刀雙擲開關(guān)323和C相可控雙刀雙擲開關(guān)333均左擲，此時(shí)弱電控制電路2的微處理器21運(yùn)行通用控制軟件中三相異步電機(jī)的控制程序，強(qiáng)電功率電路3的拓?fù)淙鐖D2所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關(guān)頻率，使得強(qiáng)電功率電路3輸出三相正弦波電流驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)調(diào)速，此時(shí)三相電機(jī)通用控制器作為三相異 步電機(jī)控制器使用。當(dāng)電機(jī)4為三相永磁同步電機(jī)時(shí)，控制信號(hào)S為“左”，A相可控雙刀雙擲開關(guān)313、B相可控雙刀雙擲開關(guān)323和C相可控雙刀雙擲開關(guān)333均左擲，此時(shí)弱電控制電路2的微處理器21運(yùn)行通用控制軟件中三相永磁同步電機(jī)的控制程序，強(qiáng)電功率電路3的拓?fù)淙鐖D2所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關(guān)頻率，使得強(qiáng)電功率電路3輸出三相正弦波電流驅(qū)動(dòng)三相永磁同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)調(diào)速，此時(shí)三相電機(jī)通用控制器作為三相永磁同步電機(jī)控制器使用。當(dāng)電機(jī)4為三相無(wú)刷直流電機(jī)時(shí)，控制信號(hào)S為“左”，A相可控雙刀雙擲開關(guān)313、B相可控雙刀雙擲開關(guān)323和C相可控雙刀雙擲開關(guān)333均左擲，此時(shí)弱電控制電路2的微處理器21運(yùn)行通用控制軟件中三相無(wú)刷直流電機(jī)的控制程序，強(qiáng)電功率電路3的拓?fù)淙鐖D2所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關(guān)頻率，使得強(qiáng)電功率電路輸出兩相方波電流(三相無(wú)刷直流電機(jī)任意時(shí)刻只有兩相導(dǎo)通)驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)調(diào)速，此時(shí)三相電機(jī)通用控制器作為三相無(wú)刷直流電機(jī)控制器使用。當(dāng)電機(jī)4為三相開關(guān)磁阻電機(jī)時(shí)，控制信號(hào)S為“右”，A相可控雙刀雙擲開關(guān)313、B相可控雙刀雙擲開關(guān)323和C相可控雙刀雙擲開關(guān)333均右擲，此時(shí)弱電控制電路2的微處理器21運(yùn)行通用控制軟件中三相開關(guān)磁阻電機(jī)的控制程序，強(qiáng)電功率電路3的拓?fù)淙鐖D3所示，通過控制功率管311、312、321、322、331、332的通斷和開關(guān)頻率，使得強(qiáng)電功率電路輸出單相電流或兩相電流(三相開關(guān)磁阻電機(jī)任意時(shí)刻只有一相或兩相導(dǎo)通)驅(qū)動(dòng)三相開關(guān)磁阻電機(jī)旋轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)調(diào)速，此時(shí)三相電機(jī)通用控制器作為三相開關(guān)磁阻電機(jī)控制器使用。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種通用型三相電機(jī)控制器，包括弱電控制電路和強(qiáng)電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊的微處理器，其特征在于所述控制模塊兼具三相異步電機(jī)控制模塊、三相永磁同步電機(jī)控制模塊、三相無(wú)刷直流電機(jī)控制模塊和三相開關(guān)磁阻電機(jī)控制模塊，所述強(qiáng)電功率電路為各相分別通過開關(guān)結(jié)構(gòu)與供電回路相連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且通過開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)選擇，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠適配三相異步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、三相無(wú)刷直流電機(jī)或三相開關(guān)磁阻電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型三相電機(jī)控制器，其特征在于所述微處理器還嵌入有電機(jī)類型選擇模塊，所述電機(jī)類型選擇模塊的輸出端與控制模塊的輸入端、開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)控制端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型三相電機(jī)控制器，其特征在于所述開關(guān)結(jié)構(gòu)為雙刀雙擲開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種通用型三相電機(jī)控制器，包括弱電控制電路和強(qiáng)電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊的微處理器；所述控制模塊兼具三相異步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、三相無(wú)刷直流電機(jī)和三相開關(guān)磁阻電機(jī)控制模塊，所述強(qiáng)電功率電路為各相分別通過開關(guān)結(jié)構(gòu)與供電回路相連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且通過開關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)選擇，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠適配各種類型電機(jī)。本實(shí)用新型提供的通用型三相電機(jī)控制器，打破了傳統(tǒng)的一種類型電機(jī)適配一個(gè)專用控制器的方案，對(duì)功率、轉(zhuǎn)速等主要性能指標(biāo)參數(shù)處于相同等級(jí)的不同類型電機(jī)采用相同的控制器，即電機(jī)更換時(shí)，無(wú)需對(duì)控制器進(jìn)行更換，只需對(duì)電機(jī)類型進(jìn)行選擇即可，節(jié)約成本，簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)H02P23/00GK202856684SQ201220233470
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者花為, 吳中澤, 華浩, 程明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)