本发明专利技术提供一种可实现电子换向串励直流电机电子换向、速度调节、回馈发电等控制目标的电子换向串励直流电机四象限运行控制装置及其方法。包括采用半导体开关元件组成的整流逆变三相桥式电路，一个二极管，一个本地控制单元，一个驱动电路，一个位置传感器。本地控制单元通过位置传感器确定电机转子位置，选择控制整流逆变桥中六个开关管中的两个作为一组供电开关对，为电机三相绕组中的两相供电，通过改变此供电开关对的占空比，便能实现电子换向串励直流电机的驱动与调压调速。本发明专利技术的结构合理简单，方法先进，能够实现快速换向、回馈发电等控制功能，体积小，成本低，对串励电机的推广与应用起到积极作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种，属于直流有刷电机控制领域，特别涉及串励直流电机控制领域。
技术介绍
串励直流电机因具有起动转矩大、过载能力强等优点，在工农业生产中应用十分广泛。传统结构串励电机内部换向器在电流过大的时候容易出现换向失败和环火等现象；无刷直流电机由永磁体提供励磁磁场，在经历过载、过温与震动之后容易出现失磁现象，而这些现象都会降低电机性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提供一种可实现电子换向串励直流电机电子换向、速度调节、回馈发电等控制目标的。本专利技术有两种技术方案: 方案一:本专利技术装置包括采用半导体开关元件组成的整流逆变三相桥式电路，一个二极管，一个本地控制单元，一个驱动电路，一个位置传感器。其特征在于:所述整流逆变三相桥式电路三个下臂公共端接于电池负端，三个上臂公共端接于励磁绕组和二极管阳极的公共端，三组桥臂中上、下臂开关管公共端与所述电子换向串励直流电机采用三相星形接法的定子相连；所述二极管与励磁绕组并联，阴极接于电池正端，阳极接于整流逆变三相桥式电路的上臂公共端；所述本地控制单元通过位置传感器采样转子位置信号，通过驱动电路与所述整流逆变三相桥式电路相连。方案二:本专利技术装置包括采用半导体开关元件组成的整流逆变三相桥式电路，一个二极管，一个本地控制单元，一个驱动电路，一个位置传感器。其特征在于:所述整流逆变三相桥式电路三个上臂公共端接于电池正端，三个下臂公共端接于励磁绕组和二极管阴极的公共端，三组桥臂中上、下臂开关管公共端与所述电子换向串励直流电机采用三相星形接法的定子相连；所述二极管与励磁绕组并联，阳极接于电池负端，阴极接于整流逆变三相桥式电路的下臂公共端；所述本地控制单元通过位置传感器采样转子位置信号，通过驱动电路与所述整流逆变三相桥式电路相连。本专利技术还提出电子换向串励直流电机四象限运行的控制方法: 对于本专利技术提出的两种设计方案，所述本地控制单元通过位置传感器确定电机转子位置，选择控制整流逆变桥中六个开关管中的两个作为一组供电开关对，为电机三相绕组中的两相供电，通过改变此供电开关对的占空比，便能实现电子换向串励直流电机的驱动与调压调速；每当转子转过60°时，单片机便切换电枢绕组的供电开关对，按照一定的导通逻辑顺序依次切换供电开关对，便能实现电机的连续运转。逆变器的频率由位置传感器检测到的转子位置信号决定，是自动完成，无需控制系统加以干涉与控制。当电机需要反向旋转时，对整流逆变三相桥式电路中开关对的控制逻辑取反，便能改变电枢绕组中的电流方向，实现电机电磁力矩方向的改变，控制电机反向旋转。为了让整流逆变三相桥式电路中的半导体开关关断后，电流仍能流过该桥臂，以上两种方案中三相整流逆变桥式电路中半导体开关元件为IGCT或MOSFET或与二极管反向并联的IGBT中的任意一种。本专利技术在电机持续受外力驱动，电枢绕组反向电动势大于电池供电电压时，通过控制对应开关管的占空比，可以控制馈电电流的大小和馈电的百分比时间，从而控制电机轴机械能向电源回馈电能的大小。电机转子持续旋转产生旋转磁场，电枢绕组切割磁场产生的感应电动势方向不变。关闭整流逆变三相桥式电路中的所有开关管，电枢绕组因感应电动势产生的电枢电流被迫通过整流逆变三相桥式电路中开关管体内的反向二极管、励磁绕组并联的二极管向电池馈电，实现机械能向电能转变；导通整流逆变三相桥式电路中对应的开关管，可改变电枢电流续流回路，电枢电流在感应电动势的激励下上升，控制对应开关管的占空比，可控制电子换向串励直流电机向电池馈电电流的大小。此时励磁绕组通过并联的二极管续流，维持一定磁场强度，在励磁电流下降到一定程度时，重新选择并导通供电开关对，为励磁绕组充电，维持励磁电流在一定水平。本专利技术提供一种可实现电子换向串励直流电机电子换向、速度调节、回馈发电等控制目标的控制装置及其控制方法。包括采用半导体开关元件组成的整流逆变三相桥式电路，一个二极管，一个本地控制单元，一个驱动电路，一个电机转子位置传感器。本地控制单元通过位置传感器确定电机转子位置，选择控制整流逆变桥中六个开关管中的两个作为一组供电开关对，为电机三相绕组中的两相供电，通过改变此供电开关对的占空比，便能实现电子换向串励直流电机的驱动与调压调速。本专利技术的结构合理简单，方法先进，电子换向串励直流电机通过电子换向取代传统机械式换向装置，能够实现快速换向、回馈发电等控制功能，体积小，成本低，系统效率高。通过两个碳刷与供电滑环连接电枢与励磁绕组，并为励磁绕组供电的方法，减少传统串励电机的碳刷数量，结构简单、运行稳定性更高；也不会因为长时间过载或者过温等情况造成转子失磁现象，降低电机运行性能。一种实现电子换向串励直流电机电子换向、速度调节、回馈发电等控制目标的控制装置及其控制方法，对串励电机的推广与应用起到积极作用。【附图说明】图1电子换向串励直流电机结构图。图2方案一电子换向串励直流电机控制拓扑。图3第一象限电机转子位置及电枢电流。图4供电开关对Ml、M4都导通时电枢与励磁电流流向。图5开关管Ml关断、M4导通时电枢与励磁电流流向。图6开关管Ml关断、M4导通时非导通相续流时电枢与励磁电流流向。图7第三象限电机转子位置及电枢电流。图8开关管M2、M3都导通时电枢与励磁电流流向。图9开关管M2关断、M3导通时电枢与励磁电流流向。图10第二象限电机转子位置及电枢电流。图11开关管都关断时电枢与励磁电流流向。图12开关管M2导通时电枢与励磁电流流向。图13第四象限电机转子位置及电枢电流。图14开关管都关断时电枢与励磁电流流向。图15开关管M2关断、Ml导通时电枢与励磁电流流向。图16方案二电子换向串励直流电机控制拓扑。【具体实施方式】下面详细说明本专利技术的技术方案。如图1所示，所述电子换向串励直流电机电枢绕组采用三相星形接法，安装在定子上；励磁绕组为绕线式，安装在转子上；通过两个封闭滑环将励磁绕组与电枢绕组串联，并为励磁绕组供电。所述方案一电子换向串励直流电机控制装置设有采用六个半导体开关元件M1、M2、M3、M4、M5、M6组成的整流逆变三相桥式电路，一个本地控制单元，一个驱动电路，驱动电路为门极驱动电路，一个二极管D，电子换向串励直流电机控制拓扑如图2所示。所述整流逆变三相桥式电路三个下臂公共端接于电池负端A6，三个上臂公共端接于励磁绕组和二极管D阳极的公共端A2，三相整流逆变桥上、下臂公共端A3、A4、A5分别与所述电子换向串励直流电机采用三相星形接法的定子相连；所述二极管D与励磁绕组并联，阴极接于电池正端Al，阳极接于整流逆变三相桥式电路的上臂公共端A2 ;所述本地控制单元通过位置传感器采样电机转子位置信号，通过驱动电路与整流逆变三相桥式电路相连。所述整流逆变三相桥式电路中半导体开关元件为IGCT或MOSFET或与二极管反向并联的IGBT中的任意一种。以方案一为例对电子换向串励直流电机四象限运行进行控制过程分析，方案二拓扑如图16所示，控制方法与方案一类似，将不再赘述。对所述电子换向串励直流电机转子位置进行区间划分，每60° —个区间，划分成六个区间，转子每转过60°单片机按照一定的逻辑顺序切换一次电枢绕组的供电开关对，始终保持转子受到的电磁转矩方向与电机旋转方向一致，为电机提本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子换向串励直流电机四象限运行控制装置，包括电子换向串励直流电机，电子换向串励直流电机的电枢绕组采用三相星形接法，安装在定子上，电子换向串励直流电机的励磁绕组为绕线式，安装在转子上，通过两个封闭滑环将电枢绕组、励磁绕组串联，并为励磁绕组供电，还包括一个采用半导体开关元件组成的整流逆变三相桥式电路，一个二极管，一个本地控制单元，一个驱动电路，一个位置传感器；其特征在于：所述整流逆变三相桥式电路三个下臂公共端接于电池负端，三个上臂公共端接于励磁绕组和二极管阳极的公共端，三组桥臂中上、下臂开关管公共端与所述电子换向串励直流电机采用三相星形接法的定子相连；所述二极管与励磁绕组并联，阴极接于电池正端，阳极接于整流逆变三相桥式电路的上臂公共端；所述采样转子位置信号的位置传感器与本地控制单元相连，本地控制单元通过驱动电路与所述整流逆变三相桥式电路相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：莫岳平，吴松，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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