一种交直流两用电机控制系统技术方案

本发明专利技术公开的一种交直流两用电机控制系统，以电力电子器件IGBT作为无触点可控开关构成控制主电路，以数字微处理器作为控制核心，组成的基于微控制器的交直流两用电机控制系统。控制主电路首先采用四个功率二极管构成单相全波整流桥，把外部交直流不同的供电统一为内部直流供电。整流桥后面是交直流两用电机控制拓扑主电路。该控制拓扑主电路中的IGBT按照一定规律导通和关断，实现电机励磁绕组和电枢绕组的不同同名端连接顺序，从而使电机正、反向运转或正、反向制动。本发明专利技术大大提高系统的使用寿命，消除开关电弧和火花，减小体积，可以实现交直流两用电机软启动、无级调速等复杂功能，本发明专利技术还可提供全数字通信现场总线接口，实现现场总线远程监控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机数字控制和电力电子
范畴，特别涉及一种基于微控制器 的电子交直流两用电机控制系统。
技术介绍
高压供配电系统中控制回路一般有DC220V，DC110V, AC220V, ACllOV几种不同的 电制，为了兼容交流和直流不同的电制，动作执行机构中广泛采用交直流两用电机作为执 行部件，用于推动高压开关动作实现高压开关的分闸与合闸。交直流两用电机实质上是一 种串励直流电机，它将直流电机的励磁(定子)绕组和电枢(转子)绕组串联在一起，使得电 机的旋转方向只与两绕组连接的同名端顺序有关，而与供电电压的正负无关。所以这种电 机既可以由交流电源供电运行也可以由直流电源供电运行。同时，这种电机还具有适于重 载启动的优点。当前对此交直流两用电机通常采用继电器和接触器等构成的继电器逻辑电路实 现启动、制动、正反转等控制，控制系统结构复杂，接线较多，占用空间大，而且继电器和接 触器开关时会产生很大的电弧和电火花，电磁干扰严重，寿命受到继电器触点寿命的极大 制约。并且，继电器控制方式只能完成简单的开关控制，难以实现电机软启动、无级调速等 复杂功能，使得交直流两用电机的应用范围难以进一步扩展。
技术实现思路
随着技术的发展，特别是电力电子技术和微处理器技术的发展，以电力电子器件 作为无触点可控开关构成控制主电路，以数字微处理器作为控制核心，组成的基于微控制 器的电子式交直流两用电机控制系统，可使得在保证控制系统原有使用性能和所需技术参 数的同时，大大提高系统的使用寿命，消除开关电弧和火花，减小体积，并且可以提供全数 字通信的现场总线接口，实现现场总线远程监控。因此，在高压供配电系统的控制回路中， 可用此电子交直流两用电机控制系统取代传统的继电器控制系统。并且，电子交直流两用 电机控制系统可实现电机软启动、无级调速等复杂功能，可使交直流两用电机应用扩展到 更多领域。本专利技术所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现一种交直流两用电机控制系统，包括主电路部分，IGBT驱动和保护电路部分，控制核心 部分，开关指令信号接口部分，运行状态输出部分；所述开关指令信号接口部分、运行状态 输出部分和控制核心部分连接，所述控制核心部分又依次连接IGBT驱动和保护电路部分、 主电路部分，最终连接到交直流两用电机上；其特征在于，所述主电路部分包括一单相全波 整流桥和一连在单相全波整流桥之后的交直流两用电机控制拓扑主电路；所述单相全波整 流桥包含四个整流功率二极管，第一整流功率二极管和第三整流功率二极管正负极串联， 第二整流功率二极管和第四整流功率二极管正负极串联，第一整流功率二极管正极和第二 整流功率二极管负极连接，第三整流功率二极管负极和第四整流功率二极管正极连接，外部电源的正负极分别连在第一整流功率二极管和第三整流功率二极管之间以及第二整流 功率二极管和第四整流功率二极管之间；所述交直流两用电机控制拓扑主电路包括五个 IGBT、三个功率二极管和一个继电器，第一 IGBT作为电机供电电源总开关，其集电极连接 第一整流功率二极管和第二整流功率二极管负极，发射极分别连接交直流两用电机电枢的 一端和第三功率二极管的负极，第一功率二极管正极和第二功率二极管负极均连接电枢的 另一端，第二功率二极管和第三功率二极管正极都与第三整流功率二极管和第四整流功率 二极管的正极连接，第二 IGBT的发射极和第四IGBT的集电极连接，第三IGBT的发射极和 第五IGBT的集电极连接，第二 IGBT的集电极和第三IGBT的集电极都与第一功率二极管负 极连接，第四IGBT和第五IGBT的发射极都和第二功率二极管、第三功率二极管的正极以及 第三整流功率二极管、第四整流功率二极管的正极连接，第一功率二极管的负极还连接制 动电阻的一端，制动电阻的另一端与继电器触点一端连接，继电器触点另一端连接在第一 IGBT的发射极上，发电机的励磁绕组的两端分别接在第二 IGBT和第四IGBT之间以及第三 IGBT和第五IGBT之间。所述IGBT驱动和保护电路部分包括两个光耦，一个IGBT封锁逻辑门电路芯片。微 控制器的的IGBT触发端口连接IGBT封锁逻辑门电路芯片的一个输入端，其另一个输入端 与第二光耦的光敏器件连接，其输出连接第一光耦的发光器件，实现IGBT硬件过流保护， 第二光耦的光敏器件还接至微控制器外部中断端口，以将IGBT过流信号传到微控制器，实 现软件过流保护处理。所述交直流两用电机控制系统还包括现场总线通信接口，所述现场总线通信接口 一端连接微处理器，另一端连接系统外部现场总线，用于实现现场总线通信。所述交直流两用电机控制系统还包括转速反馈接口，所述转速反馈接口 一端与微 处理器连接，另一端连接系统外部表达转速信息的增量型转速传感器，用于控制交直流两 用电机实现转速闭环控制。。本专利技术以数字微处理器为控制核心，以电力电子器件IGBT为开关构成主电路，以 外部开关信号或现场总线接口接收控制指令，通过数字微处理器实时控制主电路各IGBT 的开关状态，改变连接电机的主电路的拓扑结构，从而实现正反转和启制动控制。通过对 IGBT开关实施脉宽调制(PWM)实现调速控制。对于需要转速闭环的交直流两用电机控制， 系统还提供转速反馈接口，用于转速检测，实现闭环功能。对于简单的开环控制此部分功能 不使用。系统的结构组成框图如图1所示。由于交直流两用电机可以采用交直流不同的供电方式运行，为了对交流和直流供 电采用同样的电路结构和控制方法，本控制系统采用全波整流桥把不同的外部交直流供电 方式先统一为内部的直流供电再来进行后续处理。这为本系统兼容交流与直流供电方式这 一特色和优点提供了简单但非常有效的解决方案。由于采用了如上的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有如下特点在保证控制 系统原有使用性能和所需技术参数的同时，大大提高系统的使用寿命，消除开关电弧和火 花，减小体积，并可实现电机软启动、无级调速等复杂功能，还可以提供全数字通信的现场 总线接口，实现现场总线远程监控。采用本电子交直流两用电机控制系统可使交直流两用 电机应用扩展到更多领域。附图说明图1为交直流两用电机控制系统的结构组成框图。图2为交直流两用电机励磁绕组和电枢绕组两端按一种同名端顺序连接时电机 转向示意图。图3为改变图2所示交直流两用电机励磁绕组和电枢绕组同名端连接顺序时电机 转向示意图。图4为交直流两用电机控制系统的主电路结构图。图5为交直流两用电动机控制系统主电机构成的等效制动回路示意图。图6为IGBT的驱动和保护电路图。图7为交直流两用电机控制系统软件的总体流程图。图8为转速开环不调速型交直流两用电机控制系统电机控制有限状态机。图9为转速开环调速型交直流两用电机控制系统电机控制有限状态机。图10为转速闭环型交直流两用电机控制系统电机控制有限状态机。具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本专利技术。本专利技术以电力电子器件为主体构成交直流两用电机控制系统的主电路，通过对主 电路中不同电力电子开关进行通断控制，实现其拓扑结构根据电机不同的工作状态动态变 化，实现对交直流两用电机的控制。交直流两用电机的控制包括旋转方向(正反转)控制、起制动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流两用电机控制系统，其特征在于，包括主电路部分，ＩＧＢＴ驱动和保护电路部分，控制核心部分，开关指令信号接口部分，运行状态输出部分；所述开关指令信号接口部分、运行状态输出部分和控制核心部分连接，所述控制核心部分又依次连接驱动和保护电路部分、主电路部分，最终连接到交直流两用电机上；所述主电路部分包括一单相全波整流桥和一连在单相全波整流桥之后的交直流两用电机控制拓扑主电路；所述单相全波整流桥包含四个整流功率二极管，第一整流功率二极管和第三整流功率二极管正负极串联，第二整流功率二极管和第四整流功率二极管正负极串联，第一整流功率二极管负极和第二整流功率二极管负极连接，第三整流功率二极管正极和第四整流功率二极管正极连接，外部电源的正负极分别连在第一整流功率二极管和第三整流功率二极管之间以及第二整流功率二极管和第四整流功率二极管之间；所述交直流两用电机控制拓扑主电路包括五个ＩＧＢＴ、三个功率二极管和一个继电器，第一ＩＧＢＴ作为电机供电电源总开关，其集电极连接第一整流功率二极管和第二整流功率二极管负极，发射极分别连接交直流两用电机电枢的一端和第三功率二极管的负极，第一功率二极管正极和第二功率二极管负极均连接电枢的另一端，第二二功率极管和第三功率二极管正极都与第三整流功率二极管和第四整流功率二极管的正极连接，第二ＩＧＢＴ的发射极和第四ＩＧＢＴ的集电极连接，第三ＩＧＢＴ的发射极和第五ＩＧＢＴ的集电极连接，第二ＩＧＢＴ的集电极和第三ＩＧＢＴ的集电极都与第一功率二极管负极连接，第四ＩＧＢＴ和第五ＩＧＢＴ的发射极都和第二功率二极管、第三功率二极管的正极以及第三整流功率二极管、第四整流功率二极管的正极连接，第一功率二极管的负极连接制动电阻的一端，制动电阻的另一端与继电器触点一端连接，继电器触点另一端连接在第一ＩＧＢＴ的发射极上，发电机的励磁绕组的两端分别接在第二ＩＧＢＴ和第四ＩＧＢＴ之间以及第三ＩＧＢＴ和第五ＩＧＢＴ之间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巨涛，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：31