專利名稱：一種通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相電機控制器，尤其涉及一種無需改變硬件電路即可適配各種三相電機(包括三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機、三相開關(guān)磁阻電機)的控制器，屬于電機驅(qū)動與控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電機設(shè)計與驅(qū)動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能變頻驅(qū)動電機系統(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(三相正弦波電流驅(qū)動)、永磁同步電機(三相
正弦波電流驅(qū)動)、無刷直流電機(兩相方波電流驅(qū)動)、開關(guān)磁阻電機(單拍或雙拍，電流斬波控制或者角度位置控制)等傳統(tǒng)與新型電機驅(qū)動系統(tǒng)。然而，上述的四大類電機驅(qū)動系統(tǒng)都必須有相對應(yīng)的電機控制器；不同類型的電機，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、DSP、ARM、FPGA、CPLD等；而控制程序則根據(jù)電機類型的不同，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。由于不同類型電機工作原理不同，導(dǎo)致相應(yīng)的電機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電功率電路部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。因此，各類型電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制器相互獨立，通用性差，給科研和生產(chǎn)帶來諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種無需改變硬件電路即可適配各種三相電機(包括三相異步電機、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機、三相開關(guān)磁阻電機)的控制器。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括弱電控制電路和強電功率電路，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控制模塊、三相永磁同步電機控制模塊、三相無刷直流電機控制模塊和三相開關(guān)磁阻電機控制模塊，所述強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、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機或三相開關(guān)磁阻電機。上述通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，其控制軟件為一種通用型控制軟件，同時兼具了各種類型電機的控制軟件，通過對電機類型的選擇或者設(shè)定，即可從軟件上適配電機的控制；硬件上，通過開關(guān)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的調(diào)整，即可將強電功率電路調(diào)整為適配電機的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；這樣不同類型的電機(功率、轉(zhuǎn)速等性能指標(biāo)參數(shù)同等級)就能夠共用同一臺控制器，避免了更換電機類型不得不更換控制器的麻煩，無需額外增加電機驅(qū)動控制成本，簡單易行。
不同電機類型，需要對控制軟件和開關(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現(xiàn)，可以將微處理器內(nèi)再嵌入一個電機類型選擇模塊，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)計思想還可以適用于單相、兩相、四相及任意多相電機的通用控制，只需要改變對應(yīng)的控制軟件及強電功率電路既可。有益效果本發(fā)明提供的通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)的一種類型電機適配一個專用控制器的方案，對功率、轉(zhuǎn)速等主要性能指標(biāo)參數(shù)處于相同等級的不同類型電機采用相同的控制器，即電機更換時，無需對控制器進行更換，只需對電機類型進行選擇即可，節(jié)約成本，簡單易行。


圖I為本發(fā)明提出的通用型三相電機控制器及電機構(gòu)成的電機驅(qū)動系統(tǒng)框 圖2為本發(fā)明提出的通用型三相電機控制器作為異步電機控制器、或永磁同步電機控制器、或無刷直流電機控制器時的強電功率電路 圖3為本發(fā)明提出的通用型三相電機控制器作為開關(guān)磁阻電機控制器時的強電功率電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。一種通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括弱電控制電路和強電功率電路，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控制模塊、三相永磁同步電機控制模塊、三相無刷直流電機控制模塊和三相開關(guān)磁阻電機控制模塊，所述強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、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機或三相開關(guān)磁阻電機；所述電機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I所示為一種通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)及電機構(gòu)成的電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括供電電路I、弱電控制電路2、強電功率電路3、電機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電功率電路3供電，驅(qū)動電機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個電機類型選擇按鈕，其中四個電機類型選擇按鈕分別是異步電機選擇按鈕221、永磁同步電機選擇按鈕222、無刷直流電機選擇按鈕223和開關(guān)磁阻電機選擇按鈕224，通過電機類型選擇按鈕可以對電機類型進行選擇。微處理器21根據(jù)待控制電機類型運行對應(yīng)的控制程序，并對強電功率電路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S置“左”或“右”。通過對電機4的A相電流傳感器51的輸出信號IA、B相電流傳感器52的輸出信號IB、C相電流傳感器53的輸出信號IC和位置傳感器6的輸出信、號0進行處理，得到電機4的三相實時電流和實時位置，進而得到實時轉(zhuǎn)速，經(jīng)過對應(yīng)電機類型控制程序的處理，輸出A相上臂功率管311、A相下臂功率管312、B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)動信號、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S。強電功率電路3由A相上臂功率管311、A相下臂功率管312、B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4為三相異步電機時，控制信號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，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟件中三相異步電機的控制程序，強電功率電路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，使得強電功率電路3輸出三相正弦波電流驅(qū)動三相異步電機旋轉(zhuǎn)并實現(xiàn)調(diào)速，此時三相電機通用控制器作為三相異 步電機控制器使用。當(dāng)電機4為三相永磁同步電機時，控制信號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，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟件中三相永磁同步電機的控制程序，強電功率電路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，使得強電功率電路3輸出三相正弦波電流驅(qū)動三相永磁同步電機旋轉(zhuǎn)并實現(xiàn)調(diào)速，此時三相電機通用控制器作為三相永磁同步電機控制器使用。當(dāng)電機4為三相無刷直流電機時，控制信號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，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟件中三相無刷直流電機的控制程序，強電功率電路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，使得強電功率電路輸出兩相方波電流(三相無刷直流電機任意時刻只有兩相導(dǎo)通)驅(qū)動三相無刷直流電機旋轉(zhuǎn)并實現(xiàn)調(diào)速，此時三相電機通用控制器作為三相無刷直流電機控制器使用。當(dāng)電機4為三相開關(guān)磁阻電機時，控制信號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，此時弱電控制電路2的微處理器21運行通用控制軟件中三相開關(guān)磁阻電機的控制程序，強電功率電路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)磁阻電機任意時刻只有一相或兩相導(dǎo)通)驅(qū)動三相開關(guān)磁阻電機旋轉(zhuǎn)并實現(xiàn)調(diào)速，此時三相電機通用控制器作為三相開關(guān)磁阻電機控制器使用。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括弱電控制電路和強電功率電路，所述弱電控制電路包含嵌入有控制模塊的微處理器，其特征在干所述控制模塊兼具三相異步電機控制模塊、三相永磁同步電機控制模塊、三相無刷直流電機控制模塊和三相開關(guān)磁阻電機控制模塊，所述強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、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機或三相開關(guān)磁阻電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，其特征在于所述微處理器還嵌入有電機類型選擇模塊，所述電機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I所述的通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，其特征在于所述開關(guān)結(jié)構(gòu)為雙刀雙擲開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括弱電控制電路和強電功率電路，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、三相永磁同步電機、三相無刷直流電機和三相開關(guān)磁阻電機控制模塊，所述強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。本發(fā)明提供的通用型三相電機控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)的一種類型電機適配一個專用控制器的方案，對功率、轉(zhuǎn)速等主要性能指標(biāo)參數(shù)處于相同等級的不同類型電機采用相同的控制器，即電機更換時，無需對控制器進行更換，只需對電機類型進行選擇即可，節(jié)約成本，簡單易行。
文檔編號H02P23/00GK102664584SQ20121016147
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者華浩, 吳中澤, 程明, 花為 申請人:東南大學(xué)