永磁无刷直流电机调速装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种永磁无刷直流电机调速装置，包括交‑直‑交电流型变频器，交‑直‑交电流型变频器与功率变换器连接，功率变换器与永磁直流电机连接，永磁直流电机上安装有位置传感器，位置传感器与控制器连接；交‑直‑交电流型变频器还与电流传感器连接，电流传感器与控制器连接；控制器的I/O接口与交‑直‑交电流型变频器连接；控制器与功率变换器之间连接有驱动电路。本实用新型专利技术采用转速、电流双闭环的控制策略，以取得更优稳态和动态性能表现，进一步改善调速装置的动态响应速度。

Speed Regulating Device of Permanent Magnet Brushless DC Motor

【技术实现步骤摘要】
永磁无刷直流电机调速装置
本技术属于电动机领域，更具体地说，涉及一种永磁无刷直流电机调速装置。
技术介绍
电动机作为机电能量转换装置，其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中，电动机主要类型有同步电动机，异步电动机，直流电机三种。众所周知，直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统直流电机采用电刷，以机械的方法换相，由于相对的机械摩擦而产生的噪声、火花、电磁干扰以及寿命短等致命弱点再加上制造成本高以及维修困难的缺点，大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上的大多数场合均采用三相异步电动机。科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现促进了电动机的推陈出新。永磁无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在十九纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。上世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。永磁无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流；永磁无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，永磁无刷直流电机的驱动电流有两种，一种是梯形波（一般是“方波”），另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。与正弦波电流激励的永磁无刷直流电机系统相比，方波电流激励系统的永磁无刷直流电机虽然存在转矩波动相对较大的问题，但也有其较为优越性的方面，表现在：位置反馈装置简单，不需要采用正弦波电流激励的永磁无刷直流电机中的位置编码器或旋转变压器，功率密度更高、输出转矩更大，控制结构简单，能使电机本体和电子换向线路各自的潜力得到更充分的发挥。
技术实现思路
本技术提供一种永磁无刷直流电机调速装置，可以取得更优稳态和动态性能表现，并且进一步改善调速装置的动态响应速度。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一种永磁无刷直流电机调速装置，包括交-直-交电流型变频器，所述交-直-交电流型变频器与功率变换器连接，所述功率变换器与永磁直流电机连接，所述永磁直流电机上安装有位置传感器，所述位置传感器与控制器连接；所述交-直-交电流型变频器还与电流传感器连接，所述电流传感器与控制器连接；所述控制器的I/O接口与交-直-交电流型变频器连接；所述控制器与功率变换器之间连接有驱动电路。永磁无刷直流电机调速装置的各个部分互相关联、协调运行，构成一个机电一体化的整体。在上述方案中，所述永磁直流电机的三相定子绕组采用四极星形连接方式，电机转子磁场为梯形波，在转轴上安装用于检测转速的霍尔转子位置传感器，在机座上安装三个相位差120°电角度、用于检测位置的霍尔定子位置传感器，三个所述霍尔定子位置传感器输出三个脉宽为180°电角度的位置信号至控制器。在上述方案中，所述交-直-交电流型变频器由三相全波整流器、充电限流电阻、储能滤波电容、IGBT三相逆变器构成。在上述方案中，所述控制器选用TMS320LF2812控制芯片。控制电路以TMS320LF2812为永磁无刷直流电机调速装置的控制芯片，参与整个系统的控制与管理，并用来完成速度、电流双闭环全数字PI调节，三路位置信号的逻辑处理以及输出三相六路的PWM波。在上述方案中，所述驱动电路选用IGBT专用驱动模块EX841。驱动电路采用IGBT专用驱动模块EX841，除完成光电隔离驱动外，其本身还具有IGBT过流检测和过流软关断功能，对每个开关元件进行有效的过流保护。由霍尔定子位置传感器、霍尔转子位置传感器及电流传感器构成的监测电路完成系统的位置、速度、电流的检测处理，是系统有机地运行，保护电路完成系统的过压、欠压、过流、过热等各种故障信号自动诊断保护功能，确保系统安全可靠地工作。本技术选用TMS320LF2812具有捕捉功能的管脚CAP1、CAP2、CAP3作为位置传感器输出信号的输入端，向DSP提供转子的位置信息。与EVA模块相关的PWM1~PWM6引脚输出作为系统功率变换器开关管的换向控制信号，以实现电机的正确换相；这六个管脚直接与EX841的输入端连接。另外，系统选用DSP的PDPINTA管脚作为系统保护信号的输入端，一旦系统出现故障时，PDPINTA管脚电平变低，所有PWM输出引脚均设置高阻状态，此时一个中断将被生成，此外，ADCIN4作为电流检测信号的输入端。本技术在闭环反馈控制中，将反映电机的转速信号与预定转速控制信号比较、放大后，用差动量去校正永磁无刷直流电机，直至将速度控制在预定转速范围内，为进一步改善调速装置的动态响应速度，本技术采用转速、电流双闭环的控制策略，以取得更优稳态和动态性能表现。本技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本技术采用转速、电流双闭环的控制策略，以取得更优稳态和动态性能表现，进一步改善调速装置的动态响应速度。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1是本技术永磁无刷直流电机调速装置的原理示意图。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本技术的具体实施方式。如图1所示，本技术提供一种永磁无刷直流电机调速装置，包括主电路，主电路为由三相全波整流器、充电限流电阻、储能滤波电容、IGBT三相逆变器构成的交-直-交电流型变频器。交-直-交电流型变频器与功率变换器连接，功率变换器与控制器之间连接有驱动电路，在本实施例中，驱动电路选用IGBT专用驱动模块EX841，其除了完成光电隔离驱动外，其本身还具有IGBT过流检测和过流软关断功能，对每个开关元件进行有效的过流保护。功率变换器与永磁直流电机连接，永磁直流电机的三相定子绕组采用四极星形连接方式，电机转子磁场为梯形波，在转轴上安装用于检测转速的霍尔转子位置传感器，在机座上安装三个相位差120°电角度、用于检测位置的霍尔定子位置传感器，三个霍尔定子位置传感器输出三个脉宽为180°电角度的位置信号至控制器。交-直-交电流型变频器还与电流传感器连接，电流传感器与控制器连接。控制器的I/O接口与交-直-交电流型变频器连接。控制器选用TMS320LF2812控制芯片。控制电路以TMS320LF2812为永磁无刷直流电机调速装置的控制芯片，参与整个系统的控制与管理，并用来完成速度、电流双闭环全数字PI调节，三路位置信号的逻辑处理以及输出三相六路的PWM波。为实现上述功能，如图1所示，本技术选用TMS320LF2812具有捕捉功能的管脚CAP1、CAP2、CAP3作为位置传感器输出信号的输入端，向DSP提供转子的位置信息。与EVA模块相关的PWM1~PWM6引脚输出作为系统功率变换器开关管的换向控制信号，以实现电机的正确换相；这六个管脚直接与EX841的输入端连接。另外，系统选用DSP的PDPINTA管脚作为系统保护信号的输入端，一旦系统出现故障时，PDPINTA管脚电平变低，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.永磁无刷直流电机调速装置，包括交‑直‑交电流型变频器，其特征在于，所述交‑直‑交电流型变频器与功率变换器连接，所述功率变换器与永磁直流电机连接，所述永磁直流电机上安装有位置传感器，所述位置传感器与控制器连接；所述交‑直‑交电流型变频器还与电流传感器连接，所述电流传感器与控制器连接；所述控制器的I/O接口与交‑直‑交电流型变频器连接；所述控制器与功率变换器之间连接有驱动电路。

【技术特征摘要】
1.永磁无刷直流电机调速装置，包括交-直-交电流型变频器，其特征在于，所述交-直-交电流型变频器与功率变换器连接，所述功率变换器与永磁直流电机连接，所述永磁直流电机上安装有位置传感器，所述位置传感器与控制器连接；所述交-直-交电流型变频器还与电流传感器连接，所述电流传感器与控制器连接；所述控制器的I/O接口与交-直-交电流型变频器连接；所述控制器与功率变换器之间连接有驱动电路。2.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述永磁直流电机的三相定子绕组采用四极星形连接方式，电机转子磁场为梯形波，在转轴上安装用于检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凛然，敬照亮，江毅，张守刚，吴绍运，
申请(专利权)人：中交第二航务工程勘察设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42