一種用于電機寬速的控制系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種用于電機寬速的控制系統，包括：一動力電源模塊、信號處理與邏輯控制模塊、串并聯切換模塊、PWM調制及功率驅動模塊、柵極驅動電源模塊、電流檢測模塊、對稱繞組電機，其中動力電源模塊與串并聯切換模塊、PWM調制及功率驅動模塊和柵極驅動電源模塊連接，串并聯切換模塊與PWM調制及功率驅動模塊連接，PWM調制及功率驅動模塊通過電流檢測模塊檢測后與對稱繞組電機連接；柵極驅動電源模塊包括多個輸出端，該輸出端分別與串并聯切換模塊和PWM調制及功率驅動模塊連接。本實用新型專利技術只需要使用一個獨立的動力電源，可以使電機高效率的轉速區成倍擴大，極大的改善了電機性能，提高能源利用率。

【技術實現步驟摘要】
一種用于電機寬速的控制系統
本技術涉及電機及其控制領域，具體地是涉及一種用于電機寬速的控制系統。
技術介紹
眾所周知，電機的最高效率轉速區是有一范圍的，當超出這個范圍時，電機的效率急劇下降，多數情況下，電機只能按照工況中工作時間最長的某個轉速下設計。而且傳統單繞組的電機為了兼顧低速時的電機轉矩和低速時的效率，往往都限制了最高速度。而電機在低轉速下的效率低是綜合因素造成的，主要有以下幾種原因：1.現有的各種類型電機都是利用電流通過導電線圈產生磁場，并利用這個磁場和另一個磁場或磁路發生作用力，進而產生轉矩來推動電機轉動。線圈產生的磁場強度H可以用以下公式表示H＝NC×In×ufe公式中NC表示線圈的匝數，IN表示流過線圈的電流，如果有鐵芯的話，ufe表示鐵芯的磁導率。在磁導率是一個常數的情況下。決定磁場強度是電流與線圈匝數的乘積，既安匝數。雖然各種電機因磁場強度H產生的轉矩的計算公式不同，但都與H的大小成正比。電流流過線圈會因電阻、渦流等原因的發熱限制，其電流也是有限制的。所以一般電機的最大轉矩也就是額定轉矩的3到6倍。轉矩受到限制，速度又很低，作為速度乘以轉矩為電機的輸出功率就很低，也造成了電機效率低。2.電機在較低速度時，自感電動勢Eφ較低，而電機的控制器或變頻器的供電電壓EP是基本恒定的，流過電機線圈的電流In＝(EP-Eφ)/Rf，公式中的Rf為線圈的等效阻抗。因Eφ很小，此時的電流IN會很大，所以控制器中一般都采用了PWM調制的方式來控制電流，本質意義就是用斷續的較強的脈沖電流在電機上產生同樣的機械轉矩效果，來替代連續的相對較弱的電流。(雖然由于線圈的電感作用和控制器的功率管的續流作用，加上PWM頻率足夠高，在線圈內流動的也是相對連續的電流，但續流的那部分能量也還是來自電源的脈沖能量)。這種方式來結果是當EP-Eφ的電壓差越大，Rf線圈的等效阻抗Rf越小時，其PWM占空比越小，也就是脈沖的時間越短，而脈沖的電流值越高。而此電流脈沖的能量除一部分轉化為了有效的機械功外，其它的都轉換為以下幾種能量浪費掉：A：高能量脈沖產生的各種機械和電磁諧波，以發熱和輻射的形式消耗。B：因電流在電阻上的熱轉換成平方倍的增長，電流脈沖的峰值越大，整個電流回路的發熱量越高。C：因電機轉子是機械性的，轉子有質量慣性，根據物理定律，這種斷續性的能量推動本身就會隨著能量的脈沖時間越小，傳遞效率越低。D：對有硅鋼片鐵芯的線圈，電流脈沖越過一定幅值的情況下，磁場會飽和，電流的轉作為在線圈的電阻上的熱能浪費掉。為了擴寬電機的轉速范圍，國內技術人做了很多努力和嘗試。如國內專利文獻中申請號為：201510508099.0，專利名稱為“一種永磁同步電機繞組切換裝置”和申請號為：201510508843.7，專利名稱為“一種基于永磁同步電機繞組切換裝置的切換策略”。兩篇專利中均提到了一種永磁同步電機切換方法，即永磁同步電機繞組切換裝置具有n套繞組，同時對應n個主回路單元，通過4n-4個開關共同作用，實現n套繞組的串并聯切換。繞組串聯運行，若轉速達到切換條件，繞組由串聯切換至并聯；繞組并聯運行，若轉速達到切換條件，電壓減小，直至滿足電壓切換條件，繞組由并聯切換至串聯。采用上述技術方案可以在一定程度上提高電機運行效率，擴展電機的調速范圍，并且使主回路容量的需求減小。但是上述技術方案存在如下不足：1.需要n個獨立的動力電源供電，這在現實應用中成本高且復雜。特別是在電池供電系統中，要用多個電池組，對充電和電池管理都是很大的麻煩。2.電池組需要由開關進行并聯切換，如果是電池供電的系統中，電池的電壓因個體差異，電壓不可能完全相等，而電池的內阻又很小，在并聯的過程中有很大的沖擊電流，很容易損壞切換開關，給系統造成不可靠性。3.對n大于2的繞組的情況，只能有全部并聯或全部串聯這兩種狀態，沒有中間過渡的狀態，造成電機切換不順暢。對于n較多的情況下由于繞組全部串聯，繞組自身的感應電動勢也就全部相加，電機在全串聯時工作的速度范圍變的很窄，也就不能實現擴寬電機轉速范圍的目的。因此，本技術的技術人亟需構思一種新技術以改善其問題。
技術實現思路
本技術旨在提供一種用于電機寬速的控制系統，其只需要使用一個獨立的動力電源，可以使電機高效率的轉速區成倍擴大，極大的改善了電機性能，提高能源利用率。為解決上述技術問題，本技術的技術方案是：一種用于電機寬速的控制系統，包括：一動力電源模塊、信號處理與邏輯控制模塊、串并聯切換模塊、PWM調制及功率驅動模塊、柵極驅動電源模塊、電流檢測模塊、對稱繞組電機，其中所述動力電源模塊與所述串并聯切換模塊、所述PWM調制及功率驅動模塊和所述柵極驅動電源模塊連接，所述串并聯切換模塊與所述PWM調制及功率驅動模塊連接，所述PWM調制及功率驅動模塊通過所述電流檢測模塊檢測后與所述對稱繞組電機連接；所述柵極驅動電源模塊包括多個輸出端，該輸出端分別與所述串并聯切換模塊和所述PWM調制及功率驅動模塊連接；所述信號處理與邏輯控制模塊分別與所述串并聯切換模塊、所述PWM調制及功率驅動模塊、所述電流檢測模塊、所述對稱繞組電機連接。優選地，所述對稱繞組電機上設有轉子位置檢測器，所述轉子位置檢測器與所述信號處理與邏輯控制模塊連接。優選地，M路所述串并聯切換模塊包括N個切換單元，每一所述切換單元的第一端口均與所述動力電源模塊的正極連接，其第二端口與所述動力電源模塊的負極連接，其第三端口與所述柵極驅動電源模塊的輸出端連接；其中M≥1，N≥1。優選地，每一所述切換單元包括第一切換開關、第二切換開關和第三切換開關，其中所述第一切換開關的S端口與所述動力電源模塊的負極連接，其D端口與所述第二切換開關的S端口和所述PWM調制及功率驅動模塊連接；所述第二切換開關的D端口與所述第三切換開關的S端口連接，所述第三切換開關的D端口與所述動力電源模塊的正極連接。優選地，所述PWM調制及功率驅動模塊包括多個驅動單元，每一驅動單元均包括一正極公共端、一負極公共端和電壓輸入端，所述正極公共端與所述動力電源模塊的正極或者一切換單元的第四端口連接；所述負極公共端與所述動力電源模塊的負極或者一切換單元的第三端口連接；所述電壓輸入端與所述柵極驅動電源模塊的一輸出端連接。優選地，所述驅動單元為全橋驅動電路或者多路半橋驅動電路。優選地，所述第一切換開關和/或所述第二切換開關和/或所述第三切換開關為機械觸點開關或電子開關。優選地，所述柵極驅動電源模塊還包括第一公共端和第二公共端，其中所述第一公共端與所述動力電源模塊的正極連接，所述第二公共端與所述動力電源模塊的負極連接。優選地，所述柵極驅動電源模塊還包括第一公共端和第二公共端，其中所述第一公共端和所述第二公共端與一外接電源連接。優選地，M＝N+1。采用上述技術方案，本技術至少包括如下有益效果：本技術所述的用于電機寬速的控制系統，只需要使用一個獨立的動力電源，結構簡單，成本較低，且不會損傷切換開關。而且通過控制串并聯切換模塊中的切換開關的打開與關閉，可以實現多種串并聯狀態，而非單純的全部并聯或全部串聯這兩種狀態。尤其是對于電機繞組較多的情況下，可以使電機高效率的轉速區成倍擴大，極大的改善了電機性能，提高能源利用率。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電機寬速的控制系統，其特征在于，包括：一動力電源模塊、信號處理與邏輯控制模塊、串并聯切換模塊、PWM調制及功率驅動模塊、柵極驅動電源模塊、電流檢測模塊、對稱繞組電機，其中所述動力電源模塊與所述串并聯切換模塊、所述PWM調制及功率驅動模塊和所述柵極驅動電源模塊連接，所述串并聯切換模塊與所述PWM調制及功率驅動模塊連接，所述PWM調制及功率驅動模塊通過所述電流檢測模塊檢測后與所述對稱繞組電機連接；所述柵極驅動電源模塊包括多個輸出端，該輸出端分別與所述串并聯切換模塊和所述PWM調制及功率驅動模塊連接；所述信號處理與邏輯控制模塊分別與所述串并聯切換模塊、所述PWM調制及功率驅動模塊、所述電流檢測模塊、所述對稱繞組電機連接。

【技術特征摘要】
1.一種用于電機寬速的控制系統，其特征在于，包括：一動力電源模塊、信號處理與邏輯控制模塊、串并聯切換模塊、PWM調制及功率驅動模塊、柵極驅動電源模塊、電流檢測模塊、對稱繞組電機，其中所述動力電源模塊與所述串并聯切換模塊、所述PWM調制及功率驅動模塊和所述柵極驅動電源模塊連接，所述串并聯切換模塊與所述PWM調制及功率驅動模塊連接，所述PWM調制及功率驅動模塊通過所述電流檢測模塊檢測后與所述對稱繞組電機連接；所述柵極驅動電源模塊包括多個輸出端，該輸出端分別與所述串并聯切換模塊和所述PWM調制及功率驅動模塊連接；所述信號處理與邏輯控制模塊分別與所述串并聯切換模塊、所述PWM調制及功率驅動模塊、所述電流檢測模塊、所述對稱繞組電機連接。2.如權利要求1所述的用于電機寬速的控制系統，其特征在于：所述對稱繞組電機上設有轉子位置檢測器，所述轉子位置檢測器與所述信號處理與邏輯控制模塊連接。3.如權利要求1或2所述的用于電機寬速的控制系統，其特征在于：M路所述串并聯切換模塊包括N個切換單元，每一所述切換單元的第一端口均與所述動力電源模塊的正極連接，其第二端口與所述動力電源模塊的負極連接，其第三端口與所述柵極驅動電源模塊的輸出端連接；其中M≥1，N≥1。4.如權利要求3所述的用于電機寬速的控制系統，其特征在于：每一所述切換單元包括第一切換開關、第二切換開關和第三切換開關，其中所述第一切換開關的S端口與所述動力電源模塊的負...

【專利技術屬性】
技術研發人員：江先武，
申請(專利權)人：江先武，
類型：新型
國別省市：安徽,34