[發明專利]直流串勵電機四開關拓撲裝置及其控制方法

無效

• 申請號: 201310237265.9
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103312239A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 周斌欣;成剛;馬明明;趙國良;毛炫輝
• 申請（專利權）人: 揚州大得機電科技有限公司
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00;H02P6/24;H02P9/30
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及直流有刷電機控制技術領域。

背景技術

在電力拖動領域，直流串勵電機因其力矩和電流平方成比例關系被廣泛應用。然而對于成百上千安培的大電流場合，原有的調速裝置因需要電磁式接觸器并其不能實現機械能回饋，已經成為直流串勵電機驅動系統進一步提高性能的桎梏。由于大電流的半導體開關的價格不菲，如何盡量減少半導體開關個數來實現高性能的調速裝置也是重要的目標。同時大電流時調速裝置一個故障原因是接線端子故障。這是由于在成百上千安培的情況下，即使使用銅這樣的材質，端子本身的發熱仍非常嚴重。并且所接電纜的機械附著力也比較大，容易造成端子和裝置內部的機械連接不緊密，形成較大的接觸電阻，從而發熱嚴重而燒斷端子和裝置內部的連接。所以在大電流的情況下，減少接線端子數就是減少4故障的發生因素。

發明內容

本發明提出一種只需要四個半導體開關的裝置可實現串勵電機電磁力矩電子換向和電機四象限運行的直流串勵電機四開關拓撲裝置。

本發明有兩種技術方案：

方案一：本發明裝置包括采用半導體開關元件組成的全橋電路、一個中央信號處理單元、一個門極驅動電路、一個續流二極管，其特征在于：所述全橋電路的兩個下臂的公共端接入直流母線負端，串勵電機的一個繞組接于所述全橋電路的兩個輸出端之間，串勵電機的另一個繞組接于直流母線正端和全橋電路的兩個上臂的公共端之間，所述續流二極管的陰極接于直流母線正端，續流二極管的陽極接于所述全橋電路的兩個上臂的公共端，所述中央信號處理單元通過所述門極驅動電路與所述全橋電路連接。

方案二：本發明裝置包括采用半導體開關元件組成的全橋電路、一個中央信號處理單元、一個門極驅動電路、一個續流二極管，其特征在于：所述全橋電路的兩個上臂的公共端接入直流母線正端，串勵電機的一個繞組接于所述全橋電路的兩個輸出端之間，串勵電機的另一個繞組接于直流母線負端和全橋電路的兩個下臂的公共端之間，所述續流二極管的陽極接于直流母線負端，續流二極管的陰極接于所述全橋電路的兩個下臂的公共端，所述中央信號處理單元通過所述門極驅動電路與所述全橋電路連接。

本發明還提出直流串勵電機四開關拓撲控制方法，方法也有兩種：

方法一：包括采用半導體開關元件組成的全橋電路、一個中央信號處理單元、一個門極驅動電路、一個續流二極管；所述全橋電路的兩個下臂的公共端接入直流母線負端，串勵電機的一個繞組接于所述全橋電路的兩個輸出端之間，串勵電機的另一個繞組接于直流母線正端和全橋電路的兩個上臂的公共端之間，所述續流二極管的陰極接于直流母線正端，續流二極管的陽極接于所述全橋電路的兩個上臂的公共端，所述中央信號處理單元通過所述門極驅動電路與所述全橋電路連接；通過選擇控制所述全橋電路中的兩個由半導體開關元件組成的供電開關對中的一個供電開關對來控制接于全橋電路的繞組的電流方向，從而實現電機的電磁力矩方向的換向；通過控制一個PWM周期內所述全橋電路中與電樞電流方向一致的供電開關對中兩個供電開關對都關斷的百分比來控制該回饋電能的大小。

方法二：包括采用半導體開關元件組成的全橋電路、一個中央信號處理單元、一個門極驅動電路、一個續流二極管，其特征在于：所述全橋電路的兩個上臂的公共端接入直流母線正端，串勵電機的一個繞組接于所述全橋電路的兩個輸出端之間，串勵電機的另一個繞組接于直流母線負端和全橋電路的兩個下臂的公共端之間，所述續流二極管的陽極接于直流母線負端，續流二極管的陰極接于所述全橋電路的兩個下臂的公共端，所述中央信號處理單元通過所述門極驅動電路與所述全橋電路連接；通過選擇控制所述全橋電路中的兩個由半導體開關元件組成的供電開關對中的一個供電開關對來控制接于全橋電路的繞組的電流方向，從而實現電機的電磁力矩方向的換向；通過控制一個PWM周期內所述全橋電路中與電樞電流方向一致的供電開關對中兩個供電開關對都關斷的百分比來控制該回饋電能的大小。

為提供關斷時的續流，以上兩個方案中的所述全橋電路半導體開關元件為MOSFET，或IGCT，或與二極管反向并聯的IGBT、BJT、GTO、MCT中的其中任意一種。

所述的續流二極管可以為含有體內二極管的MOSFET或IGCT的半導體開關。

為了避免由于端子本身發熱所帶來的一系列問題，本發明采用五個電力端子，第一個電力端子為接于直流母線正端上的端子，第二個電力端子為接于直流母線負端上的端子，第三個電力端子為接于全橋電路和所述續流二極管公共點的端子，第四個和第五個電力端子分別為全橋電路輸出的兩個端子。