[發明專利]一種新型串勵電機控制方法及裝置

無效

• 申請號: 201310280971.1
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN104283466A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 曾慶臣;高志剛;李萌
• 申請（專利權）人: 北京友信宏科電子科技有限公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種新型串勵電機控制方法及裝置。涉及到直流有刷電機控制實現電子換向控制，并提高直流電機調速系統的功率密度和動態性能，提升系統的穩定性、可靠性，并減小系統成本。

背景技術

隨著電力電子技術的迅猛發展，電力電子設備都得到了廣泛的應用。目前，直流電機及其控制系統廣泛應用于在伺服調速、新能源汽車等領域。

傳統的直流有刷串勵電機控制方法是通過外接換向接觸器實現串勵電機換向控制。控制器內部采用功率器件實現斬波調速。此種方法的缺陷在于：換向接觸器成本高，穩定性、可靠性差，在帶電流操作時會出現打火、拉弧、粘連等現象，嚴重影響系統壽命、可靠性，且動態特性較差。

在以前的專利中，也有涉及到串勵電機的控制方法及裝置，例如：中國發明專利申請號為201010202364.X的專利，公開了一種在不依靠電流傳感器的條件下，可實現直流串勵電機的無接觸器電子安全換向的方法。其方法在于采用半導體開關元件組成的全橋電路實現直流串勵電機繞組的換向，并采用半導體開關元件組成的半橋斬波電路和換向續流二極管控制直流串勵電機的勵磁繞組和電樞繞組電流相等，通過半橋電路中的開關斬波電路調節直流串勵電機的電磁力矩大小。

中國發明專利申請號為201010166489.1的專利，公開了一種能消除因電子換向額外帶來的電火花不利因素及電磁式接觸器的拉弧和可靠性的問題，使整個直流串勵電機驅動系統運行穩性提高、壽命延長的方法。其方法在于采用全橋電路來單獨控制勵磁繞組實現雙向電流的控制，采用半橋斬波電路（同勵磁繞組）分開實現電樞繞組的單方向電流控制來確保力矩換向，通過電流反饋控制兩繞組電流大小一致，進而確保換向暫態過程的因電子換向額外帶來的電火花不利因素被消除，實現直流串勵電機的無接觸器電子安全換向。

上述發明專利從物理結構上同時包括換向單元與電機調制單元，且需要換向單元與調制單元分開控制，控制邏輯與結構較復雜，造成系統額外熱功耗增加，效率降低且成本高。

針對以上缺陷，本發明在物理結構上將換向單元與調制單元合并。較之傳統結構，減少了因接觸器拉弧、粘連而導致的安全隱患，并大幅提高了系統的動態特性與功率密度。較之其它電子換向結構，所采用的開關器件數量減小，系統成本降低，能夠顯著提高直流電機調速系統的調速性能、可靠性與穩定性，同時降低了系統熱功耗，提高系統效率。

發明內容

本發明提出的拓撲結構可通過電力電子器件，實現直流串勵電機無接觸器平滑換向，且將換向與電機調制集成，從而降低系統成本和熱功耗，提高系統效率。

首先，利用功率開關器件組成的H橋結構，同時實現換向控制與電機調制（如圖1、2），這樣就解決了傳統結構和其它電子換向結構所存在的結構缺陷。

其次，通過控制H橋部分開關器件工作在斬波（PWM）狀態，同時實現了電機的高性能控制。將換向與電機調制集成，從而省去了專門用于電機斬波調制的功率器件，降低了由功率器件導致的熱功耗，降低了成本，提高了系統效率，功率密度得到提升，系統的動態性能得到提高。

此外，功率器件的通斷可通過DSP或單片機控制器進行實時控制，易于實現智能化控制，系統模塊化程度高，易于大規模工業生產和檢測。

本發明中，電力電子器件可采用MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、晶閘管、三極管等各類半導體器件。電力電子器件包含并聯的續流二極管。

本發明包括兩種連接方式，方式一：包括一個續流二極管，一個全橋電路，一個中央信號處理單元，一組門極驅動電路；其中全橋電路的高邊公共端連接于直流母線正電位；全橋電路的兩個輸出端連接于電樞繞組的兩端；續流二極管與勵磁繞組并聯；續流二極管的陰極連接于全橋電路的低邊公共端；續流二極管的陽極連接于直流母線電壓的負極；門控電路控制全橋電路的半導體器件的開關；中央信號處理單元向門控信號發出控制邏輯信號。

方式二：包括一個續流二極管，一個全橋電路，一個中央信號處理單元，一組門極驅動電路；續流二極管與勵磁繞組并聯，二極管的陰極接于母線電壓正電位；陽極接于全橋電路的高邊公共端；全橋電路的兩個輸出端接于電樞繞組的兩端；全橋電路的低邊公共端接于直流母線電壓負電位；門控電路控制全橋電路的半導體器件的開關；中央信號處理單元向門控信號發出控制邏輯信號。