專利名稱：直流電機(jī)驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中變槳驅(qū)動裝置，尤其是一種用于驅(qū)動直流電機(jī)的直流 電機(jī)驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種發(fā)展迅猛的清潔能源，具有廣闊的發(fā)展前景。變槳控制系統(tǒng)是風(fēng)電 系統(tǒng)中重要的部件，其主要是用于控制槳葉節(jié)距角隨風(fēng)速的大小進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，電機(jī)驅(qū)動 器是變槳控制系統(tǒng)中重要的部件之一，電機(jī)驅(qū)動器要求驅(qū)動器功率大、調(diào)速響應(yīng)要快、調(diào)速 平穩(wěn)、精確；還有就是風(fēng)場的環(huán)境都很惡劣，系統(tǒng)設(shè)備之間的干擾都很大，這要求驅(qū)動器要 能夠精確控制。目前普遍采用單片機(jī)控制技術(shù)，但是驅(qū)動器所處的環(huán)境惡劣，各種干擾嚴(yán)重 等，單片機(jī)控制已經(jīng)不能滿足控制的要求，鑒于此有必要設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)良且用于變槳控 制系統(tǒng)的直流電機(jī)驅(qū)動器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種性能可靠的，控制準(zhǔn)確的直流 電機(jī)驅(qū)動器。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種直流電機(jī)驅(qū)動器，包括三相整流器，該三 相整流器對輸入的三相交流電整流后輸出兩路直流電到驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路的輸出端輸 出穩(wěn)壓驅(qū)動驅(qū)動直流電機(jī)M,其特征在于，還包括編碼器，該編碼器接收直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速 信號，所述編碼器輸出端連接有驅(qū)動控制電路的電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入端，所述驅(qū)動控制電路還接 收外部輸入的使能信號和設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，所述驅(qū)動控制電路的控制輸出端輸出控制信號到 所述驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。三相整流器接三相交流電源，并對輸入的三相交流電進(jìn)行整流，輸出直流電，輸出 的直流電經(jīng)過濾波后輸送到母線上，母線連接到驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機(jī)工作，編碼器接收 直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速信號，并將轉(zhuǎn)速信號送至驅(qū)動控制電路，通過外部設(shè)備向驅(qū)動控制電路 輸入使能信號和設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，驅(qū)動控制電路對輸入的信號進(jìn)行處理后輸出控制信號到驅(qū) 動電路，由驅(qū)動電路控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。本驅(qū)動器采電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋來 實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。所述編碼器為直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速反饋器件，編碼器對采集到的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行頻 率-電壓轉(zhuǎn)換，并將此電壓信號傳送到所述驅(qū)動控制電路設(shè)置的轉(zhuǎn)速控制電路(9)；編碼器 對采集到的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行頻率-電壓轉(zhuǎn)換，得到的是一個(gè)直流電壓信號，此電壓信號的大 小與直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。所述驅(qū)動控制電路還設(shè)置有上電復(fù)位電路和差分輸入電路，所述上電復(fù)位電路的 輸入端接收使能信號，該上電復(fù)位電路的輸出端連接有模擬開關(guān)的控制端，所述差分輸入電路的兩輸入端分別接收兩設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，該差分輸入電路的輸出端與所述模擬開關(guān)的一 端連接，該模擬開關(guān)的另一端連接所述轉(zhuǎn)速控制電路的設(shè)定信號輸入端，該轉(zhuǎn)速控制電路 的輸出端連接有電流控制電路的第一輸入端；所述驅(qū)動控制電路設(shè)置有電流整定電路，該 電流整定電路接收所述驅(qū)動電路的反饋電流，所述電流整定電路的輸出端與所述電流控制 電路的第二輸入端連接，所述電流整定電路的輸出端還連接有電流設(shè)置放大電路的輸入 端，該電流設(shè)置放大電路的輸出端與所述電流控制電路的第一輸入端連接；
所述電流控制電路的輸出端連接有PWM脈寬調(diào)制芯片的第一輸入端，所述轉(zhuǎn)速控制電 路的輸出端還串聯(lián)解碼電路后與所述PWM脈寬調(diào)制芯片的第二輸入端連接，所述PWM脈寬 調(diào)制芯片的第一輸出端PUA和第二輸出端PUC分別連接有高壓驅(qū)動芯片的第一輸入端和第 二輸入端，所述PWM脈寬調(diào)制芯片的第二輸出端PUC和第三輸出端PDA分別接第一或非邏 輯門電路兩輸入端，該第一或非邏輯門電路的輸出端與所述高壓驅(qū)動芯片的第三輸入端連 接，所述PWM脈寬調(diào)制芯片的第一輸出端PUA和第四輸出端PDC分別接第二或非邏輯門電 路兩輸入端，該第二或非邏輯門電路的輸出端與所述高壓驅(qū)動芯片的第四輸入端連接，所 述高壓驅(qū)動芯片的輸出四路控制信號到所述驅(qū)動電路。模擬開關(guān)接收輸入的使能信號的控制，當(dāng)向上電復(fù)位電路輸入使能信號，上電復(fù) 位電路控制模擬開關(guān)接通，轉(zhuǎn)速控制電路接收到設(shè)定的轉(zhuǎn)速信號，同時(shí)轉(zhuǎn)速控制電路還接 收編碼器輸出的直流電壓信號，轉(zhuǎn)速控制電路對輸入的信號進(jìn)行求和運(yùn)算和PI運(yùn)算(比例 積分運(yùn)算)后，輸出轉(zhuǎn)速控制信號到電流控制電路，電流控制電路還接收電機(jī)反饋電流信 號，電流控制電路對輸入的信號進(jìn)行PI運(yùn)算，求出控制信號送到PWM脈寬調(diào)制芯片，解碼電 路對由轉(zhuǎn)速控制電路送來的信號進(jìn)行解碼求出電機(jī)的方向信號，送到PWM脈寬調(diào)制芯片； 其中電流設(shè)置放大電路主要完成峰值電流和額定電流的設(shè)置，并將電機(jī)反饋電流放大，當(dāng) 電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中電機(jī)的反饋電流超過電機(jī)設(shè)定的額定電流時(shí)就輸出一信號到電流控制電路 關(guān)斷電流控制電路的輸出信號，為了防止電機(jī)過載啟動，電流設(shè)置放大電路中還設(shè)計(jì)一延 時(shí)電路，來保證通過一定的延時(shí)后又才輸出信號控制電流控制電路輸出控制信號，起到保 護(hù)電機(jī)的目的。PWM脈寬調(diào)制芯片主要功能是根據(jù)電流控制電路送來的信號和解碼電路 送來的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向信號，輸出對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號的占空比是根據(jù)電流 控制電路送來的控制信號，由PWM脈寬調(diào)制芯片產(chǎn)生，PWM脈寬調(diào)制芯片對其第一 輸出端PUA和第二輸出端PUC輸出的信號先進(jìn)行微分運(yùn)算后送到高壓驅(qū)動芯片， PWM脈寬調(diào)制芯片第二輸出端PUC和第三輸出端PDA輸出的信號經(jīng)過或非運(yùn)算及
運(yùn)算后送到高壓驅(qū)動芯片，PWM脈寬調(diào)制芯片第一輸出端PUA和第四輸出端PDC輸出 的信號經(jīng)過或非運(yùn)算及.4-i運(yùn)算后送到高壓驅(qū)動芯片，高壓驅(qū)動芯片根據(jù)PWM脈寬調(diào)制芯 片送來的脈寬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出控制信號到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路為IGBT (絕緣柵雙極型 晶體管)，通過控制IGBT開通與關(guān)斷，達(dá)到控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的目的，實(shí)現(xiàn)對直流電 機(jī)的精確控制。電流反饋的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)電路、直流電機(jī)反向放電可控電路、脈寬極限控 制電路來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制。所述驅(qū)動電路包括四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管，該四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管組成橋 式驅(qū)動電路，該橋式驅(qū)動電路的正極接母線的正端，橋式驅(qū)動電路的負(fù)極接母線的負(fù)端，所 述橋式驅(qū)動電路兩輸出端跨接直流電機(jī)M，所述四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的柵極分別與所述高壓驅(qū)動芯片的四個(gè)輸出端連接。驅(qū)動電路為四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管組成的橋式驅(qū)動電路，高壓驅(qū)動芯片設(shè)置有 四個(gè)驅(qū)動端分別連接一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的柵極，高壓驅(qū)動芯片根據(jù)PWM脈寬調(diào)制芯 片的輸出信號，輸出脈沖驅(qū)動信號控制四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管，即可精確控制直流電機(jī) 的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速。驅(qū)動控制電路和驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。所述橋式驅(qū)動電路的正端還串聯(lián)過流檢測電路后與所述高壓驅(qū)動芯片的過流檢 測端連接，所述橋式驅(qū)動電路的負(fù)端還與所述高壓驅(qū)動芯片的電流檢測端連接，所述高壓 驅(qū)動芯片還設(shè)置有故障輸出端，該故障輸出端連接有故障檢測電路的故障輸入端，該故障 檢測電路還接收溫度傳感器的溫度信號、驅(qū)動電路的輸入電壓信號，該故障檢測電路的輸 出端連接有故障保持電路的輸入端，所述故障檢測電路的輸出端還串聯(lián)工作指示燈和繼電 器后接地，所述故障保持電路還接收所述上電復(fù)位電路的控制信號，所述故障保持電路還 輸出控制信號到所述故障檢測電路。高壓驅(qū)動芯片接收直流電機(jī)的反饋電流，并對直流電機(jī)的電流大小進(jìn)行判斷，實(shí) 現(xiàn)高壓驅(qū)動芯片根據(jù)控制要求，自動調(diào)節(jié)輸出控制信號的脈沖寬度；過流檢測電路檢測直 流電機(jī)的電流大小，如果電機(jī)的電流超過設(shè)定的額定值，過流檢測電路向高壓驅(qū)動芯片發(fā) 送過流信號，高壓驅(qū)動芯片關(guān)斷脈沖驅(qū)動信號，起到保護(hù)直流電機(jī)的目的，同時(shí)高壓驅(qū)動芯 片向故障檢測電路發(fā)送故障信號，故障檢測電路還接收溫度傳感器的溫度信號、驅(qū)動電路 的電壓信號，故障檢測電路主要對電機(jī)過流、欠壓、過溫檢測和判斷，當(dāng)沒有故障時(shí)繼電器 和工作指示燈工作；只要故障故障檢測電路接收到任何一個(gè)故障信號，故障檢測電路輸出 故障信號到故障保持電路，同時(shí)繼電器和工作指示燈停止工作，此時(shí)系統(tǒng)控制停止工作，即 使故障消失，系統(tǒng)也停止工作，只有從重輸入使能信號將故障復(fù)位掉，系統(tǒng)才能工作。所述三相整流器與所述驅(qū)動電路之間還設(shè)置濾波器，濾波器對輸入的電流進(jìn)行濾 波后輸送到母線上，所述驅(qū)動電路兩輸入端分別接在母線上，在母線上還連接有母線保護(hù) 電路，該母線保護(hù)電路的正極接第一穩(wěn)壓管的正極，該第一穩(wěn)壓管的負(fù)極接第二穩(wěn)壓管的 正極，該第二穩(wěn)壓管的負(fù)極接第三穩(wěn)壓管的正極，該第三穩(wěn)壓管的負(fù)極與第一電位器的一 端連接，該第一電位器的另一端接第一三極管的基極，該第一三極管的集電極接正極，該第 一三極管的發(fā)射極與第二三極管T2的基極連接，所述第一電位器的另一端還與第一二極 管的正極連接，該第一二極管的負(fù)極與所述第二三極管的集電極連接，該第二三極管的發(fā) 射極與第二電阻的一端連接，該第二電阻的另一端串聯(lián)第三電阻后與母線保護(hù)電路的負(fù)極 連接，所述第二電阻的另一端還接第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極，該第五絕緣柵雙極型 晶體管的集電極串聯(lián)功率器后接正極，發(fā)射極接負(fù)極。通過調(diào)節(jié)第一電位器阻值來設(shè)定直流母線的保護(hù)值。當(dāng)母線上的電壓值高于設(shè)定 值，此時(shí)第一三極管、第二三極管觸發(fā)導(dǎo)通，輸出控制信號控制第五絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo) 通，將母線上的多余能量釋放到功率電阻器上，起到保護(hù)母線的目的。當(dāng)母線上的電壓等于 或低于設(shè)定值，此時(shí)第一三極管、第二三極管截止，第五絕緣柵雙極型晶體管截止。所述電流控制電路輸出端還連接有脈寬限制電路，該脈寬限制電路設(shè)置有運(yùn)算放 大器，所述PWM脈寬調(diào)制芯片的脈寬限制信號輸出端與第二二極管的正極連接，該第二二 極管的負(fù)極串聯(lián)第四電阻后與所述運(yùn)算放大器正相輸入端連接，所述運(yùn)算放大器同相輸入端還串聯(lián)電容器后接地；
所述電流控制電路輸出端串聯(lián)第五電阻后與電位器的一端連接，該電位器的另一端串 聯(lián)第六電阻后接地，所述電位器的中間頭與所述運(yùn)算放大器反相輸入端連接，該運(yùn)算放大 器的輸出端接第三二極管的負(fù)極，該第三二極管的正極與所述所述電流控制電路輸出端連接。PWM脈寬調(diào)制芯片輸出的三角波信號經(jīng)整流濾波后在運(yùn)算放大器的同相輸入端得 到一固定的直流電壓，通過調(diào)整電位器設(shè)定極限脈寬信號，當(dāng)由電流控制電路送來的控制 信號的電壓在運(yùn)算放大器的反相輸入端產(chǎn)生的電壓高于運(yùn)放正相輸入端的電壓，運(yùn)算放大 器輸出就為低電平，通過第三二極管鉗位后控制信號也變?yōu)榈碗娖?，?dāng)PWM脈寬調(diào)制芯片 的控制信號為低電平，它的輸出端就沒有脈寬信號輸出，起到保護(hù)電機(jī)過流的目的。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)行可靠，調(diào)速響應(yīng)快，電流反饋的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)、直流 電機(jī)反向放電、脈寬極限控制來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制，且抗干擾能力強(qiáng)；保護(hù)功能完善， 適合風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)啟動力矩大，頻繁調(diào)節(jié)。


圖1是本發(fā)明的電路框圖； 圖2是驅(qū)動單元電路原理圖； 圖3是母線保護(hù)電路原理圖4是極限脈寬控制電路原理圖； 圖5是電機(jī)反向放電電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖1，一種直流電機(jī)驅(qū)動器，包括三相整流器1，該三相整流器1接三相交流 電源，并對輸入的三相交流電進(jìn)行整流，輸出的直流電是經(jīng)過濾波器濾波后輸送到母線上， 通過驅(qū)動電路3驅(qū)動直流電機(jī)工作，還包括編碼器，該編碼器接收直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速信號， 并將轉(zhuǎn)速信號送至驅(qū)動控制電路5，所述驅(qū)動控制電路5還接收外部輸入的使能信號和設(shè) 定轉(zhuǎn)速信號，通過外部設(shè)備向驅(qū)動控制電路5輸入使能信號和設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，驅(qū)動控制電 路5對輸入的信號進(jìn)行處理后輸出控制信號到驅(qū)動電路3，由驅(qū)動電路3根據(jù)需求控制直流 電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。本驅(qū)動器是應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電變槳，驅(qū)動器由三個(gè)完全相同的驅(qū)動 控制單元組成，每個(gè)驅(qū)動控制單元都是接在直流母線上的。如圖2所示，編碼器為直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速反饋器件，編碼器對采集到的轉(zhuǎn)速信號進(jìn) 行F-V(頻率-電壓)轉(zhuǎn)換，得到的是一個(gè)直流電壓信號，此電壓信號的大小與直流電機(jī)的 轉(zhuǎn)速成正比。編碼器將電壓信號傳送到所述驅(qū)動控制電路5設(shè)置的轉(zhuǎn)速控制電路9，其中電 路設(shè)置的電位器P2和電位器XP是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制信號大小的，電位器Pl起到對轉(zhuǎn)速控制信 號調(diào)零的作用。所述驅(qū)動控制電路5還設(shè)置有上電復(fù)位電路6和差分輸入電路7，所述上電復(fù)位電
7路6的輸入端接收使能信號，該上電復(fù)位電路6的輸出端連接有模擬開關(guān)8的控制端，所述 差分輸入電路7的兩輸入端分別接收兩設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，該差分輸入電路7的輸出端與所述 模擬開關(guān)8的一端連接，該模擬開關(guān)8的另一端連接所述轉(zhuǎn)速控制電路9的設(shè)定信號輸入 端，模擬開關(guān)8接收輸入的使能信號的控制，當(dāng)向上電復(fù)位電路6輸入使能信號，上電復(fù)位 電路6控制模擬開關(guān)8接通，轉(zhuǎn)速控制電路9接收到設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，同時(shí)轉(zhuǎn)速控制電路9還 接收編碼器輸出的直流電壓信號，輸入的信號進(jìn)行求和運(yùn)算和PI運(yùn)算(比例積分運(yùn)算)后， 輸出轉(zhuǎn)速控制信號到電流控制電路10 ；驅(qū)動控制電路5設(shè)置有電流整定電路11，該電流整 定電路11接收所述驅(qū)動電路3的反饋電流，所述電流整定電路11的輸出整定后的電流到 電流控制電路10，所述電流整定電路11的輸出端還連接有電流設(shè)置放大電路12的輸入端， 設(shè)定電機(jī)的峰值電流和電機(jī)額定電流，并將設(shè)定信號輸送到電流控制電路10 ；電流控制電 路10的輸出端連接有PWM脈寬調(diào)制芯片13的第一輸入端，所述轉(zhuǎn)速控制電路9的輸出端還 串聯(lián)解碼電路14后與所述PWM脈寬調(diào)制芯片13的第二輸入端連接，解碼電路14對由轉(zhuǎn)速 控制電路送來的信號進(jìn)行解碼判斷出電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向信號，并送到PWM脈寬調(diào)制芯片13， PWM脈寬調(diào)制芯片13主要功能是根據(jù)電流控制電路10送來的控制信號和解碼電路14送來 的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向信號，輸出對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號的占空比是根據(jù)電流控制電路10送 來的控制信號，由PWM脈寬調(diào)制芯片13產(chǎn)生，PWM脈寬調(diào)制芯片13對其第一輸出端PUA和 第二輸出端PUC輸出的信號先進(jìn)行微分運(yùn)算后送到高壓驅(qū)動芯片17，PWM脈寬調(diào)制芯片13 第二輸出端PUC和第三輸出端PDA輸出的信號經(jīng)過或非運(yùn)算及i運(yùn)算后送到高壓驅(qū)動 芯片17，PWM脈寬調(diào)制芯片13第一輸出端PUA和第四輸出端PDC輸出的信號經(jīng)過或非運(yùn)算 及.4-i運(yùn)算后送到高壓驅(qū)動芯片17，高壓驅(qū)動芯片17根據(jù)PWM脈寬調(diào)制芯片13送來的脈 寬信號進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換后輸出控制信號到驅(qū)動電路3，驅(qū)動電路3為四個(gè)絕緣柵雙極型晶 體管QfQ4組成的橋式驅(qū)動電路，高壓驅(qū)動芯片17設(shè)置四個(gè)驅(qū)動端分別連接一個(gè)絕緣柵雙 極型晶體管的柵極，高壓驅(qū)動芯片17根據(jù)PWM脈寬調(diào)制芯片13的輸出信號，輸出脈沖驅(qū)動 信號控制四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通，假設(shè)控制第一絕緣柵雙極型晶體管Ql和第四 絕緣柵雙極型晶體管Q4觸發(fā)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，那么控制第二絕緣柵雙極型晶體管Q2和第三絕緣 柵雙極型晶體管Q3觸發(fā)，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。通過控制四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通順序和導(dǎo) 通頻率，便可控制直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，該驅(qū)動控制電路和驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，性能 可靠。高壓驅(qū)動芯片17接收直流電機(jī)的反饋電流，并對直流電機(jī)的電流大小進(jìn)行判斷， 實(shí)現(xiàn)高壓驅(qū)動芯片17根據(jù)控制要求，自動調(diào)節(jié)輸出控制信號的脈沖寬度；過流檢測電路18 檢測直流電機(jī)的電流大小，如果電機(jī)的電流超過設(shè)定的額定值，過流檢測電路18向高壓驅(qū) 動芯片17發(fā)送過流信號，高壓驅(qū)動芯片17關(guān)斷脈沖驅(qū)動信號，起到保護(hù)直流電機(jī)的目的， 同時(shí)高壓驅(qū)動芯片17向故障檢測電路19發(fā)送故障信號，故障檢測電路19還接收溫度傳感 器的溫度信號、驅(qū)動電路3的電壓信號，故障檢測電路主要對電機(jī)過流、欠壓、過溫檢測和 判斷，當(dāng)沒有故障時(shí)繼電器和工作指示燈工作；只要故障故障檢測電路19接收到至少一個(gè) 故障信號，故障檢測電路19輸出故障信號到故障保持電路，同時(shí)繼電器和工作指示燈停止 工作，此時(shí)系統(tǒng)控制停止工作，即使故障消失，系統(tǒng)也停止工作，只有從重輸入使能信號將 故障復(fù)位掉，系統(tǒng)才能工作。如圖3所示，在直流母線上還連接有母線保護(hù)電路，該母線保護(hù)電路的正極接第一穩(wěn)壓管DZl的正極，該第一穩(wěn)壓管DZl的負(fù)極接第二穩(wěn)壓管DZ2的正極，該第二穩(wěn)壓管 DZ2的負(fù)極接第三穩(wěn)壓管擬3的正極，該第三穩(wěn)壓管擬3的負(fù)極與第一電位器Wl的一端連 接，該第一電位器Wl的另一端接第一三極管Tl的基極，該第一三極管Tl的集電極接正極， 該第一三極管Tl的發(fā)射極與第二三極管T2的基極連接，所述第一電位器Wl的另一端還與 第一二極管Dl的正極連接，該第一二極管Dl的負(fù)極與所述第二三極管T2的集電極連接， 該第二三極管T2的發(fā)射極與第二電阻R2的一端連接，該第二電阻R2的另一端串聯(lián)第三電 阻R3后與母線保護(hù)電路的負(fù)極連接，所述第二電阻R2的另一端還接第五絕緣柵雙極型晶 體管Q5的柵極，該第五絕緣柵雙極型晶體管Q5的集電極串聯(lián)功率發(fā)熱器后接正極，發(fā)射極 接負(fù)極。通過調(diào)節(jié)第一電位器Wl阻值來設(shè)定直流母線的保護(hù)值。當(dāng)母線上的電壓值高于 設(shè)定值，此時(shí)第一三極管Tl、第二三極管T2觸發(fā)導(dǎo)通，輸出控制信號控制第五絕緣柵雙極 型晶體管Q5導(dǎo)通，將母線上的多余能量釋放到功率電阻器上，起到保護(hù)母線的目的。當(dāng)母 線上的電壓等于或低于設(shè)定值，此時(shí)第一三極管Tl、第二三極管T2截止，第五絕緣柵雙極 型晶體管Q5截止，母線保護(hù)電路工作原理簡單，在設(shè)計(jì)時(shí)電阻、電容、穩(wěn)壓管要選用精度高 溫升小的元件，就能保證電路工作穩(wěn)定可靠。如圖4所示，電流控制電路10輸出端還連接有脈寬限制電路，該脈寬限制電路設(shè) 置有運(yùn)算放大器21，PWM脈寬調(diào)制芯片13的脈寬限制信號輸出端與第二二極管D2的正極 連接，該第二二極管D2的負(fù)極串聯(lián)第四電阻R4后與所述運(yùn)算放大器21正相輸入端連接， 所述運(yùn)算放大器21正相輸入端還串聯(lián)電容器后接地；電流控制電路10輸出端串聯(lián)第五電 阻R5后與電位器W2的一端連接，該電位器W2的另一端串聯(lián)第六電阻R6后接地，所述電位 器W2的中間頭與所述運(yùn)算放大器21反相輸入端連接，該運(yùn)算放大器21的輸出端接第三二 極管D3的負(fù)極，該第三二極管D3的正極與所述所述電流控制電路10輸出端連接。PWM脈 寬調(diào)制芯片13輸出的三角波信號經(jīng)整流濾波后在運(yùn)算放大器21的正相腳得到一固定的直 流電壓，通過調(diào)整滑動變阻器設(shè)定極限脈寬信號，當(dāng)由電流控制電路送來的控制信號的電 壓在運(yùn)算放大器21的反相輸入端產(chǎn)生的電壓高于運(yùn)放正相輸入端的電壓，運(yùn)算放大器21 輸出就為低電平，通過第三二極管D3鉗位后控制信號也變?yōu)榈碗娖剑?dāng)PWM脈寬調(diào)制芯片 13的控制信號為低電平，它的輸出端就沒有脈寬信號輸出，起到保護(hù)電機(jī)過流的目的。本發(fā)明設(shè)計(jì)采用控制IGBT來泄放電機(jī)的反向電勢到直流母線上?，F(xiàn)結(jié)合圖5具 體加以說明，現(xiàn)設(shè)定電機(jī)的方向信號為正轉(zhuǎn)，設(shè)定PWM脈寬調(diào)制芯片13的PDC腳、PUA腳輸 出的脈寬波形如圖5，此時(shí)PDA腳、PUC腳輸出低電平，PUA腳的波形徑微分運(yùn)算和或非運(yùn)算 后得到LN3腳的波形，此腳波形的低電平寬度根據(jù)不同電機(jī)的功率來調(diào)整電路中的電阻、 電容值的大小。PDC腳的信號經(jīng)或非運(yùn)算后得到Lm腳的波形，高壓驅(qū)動芯片17將輸入的 波形反相后輸出H01、L03、L01驅(qū)動波形，當(dāng)HOI和L03為高電平，第一絕緣柵雙極型晶體管 Q1、第四絕緣柵雙極型晶體管Q4導(dǎo)通電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)HOI L03為低電平時(shí)第一絕緣柵雙極型 晶體管Q1、第四絕緣柵雙極型晶體管Q4截止，此時(shí)LOl為高電平控制第二絕緣柵雙極型晶 體管Q2導(dǎo)通，將電機(jī)上的反向電勢泄放到直流母線上。如果電機(jī)反轉(zhuǎn)，L03為高電平控制 第四絕緣柵雙極型晶體管Q4導(dǎo)通，將電機(jī)上的反向電勢泄放到直流母線上。設(shè)計(jì)此種泄放 電路能快速可靠的將反向電勢釋放，比傳統(tǒng)用二極管作泄放的優(yōu)點(diǎn)是IGBT能承受更大的 反向能量和電壓，且反向泄放是可控的。本發(fā)明所述的直流電機(jī)驅(qū)動器采用轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)，電機(jī)調(diào)速時(shí)響應(yīng)速度快調(diào)速平穩(wěn)，啟動電流小，控制的轉(zhuǎn)速精度能控制在實(shí)際轉(zhuǎn)速的士0. 5%范 圍內(nèi)。通過模塊化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品的通用性、互換性、可維修性得到加強(qiáng)，提高了驅(qū)動器的穩(wěn)定 性、可靠性和抗干擾能力。 本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施 方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不 同形式的變化和變動。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案 所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種直流電機(jī)驅(qū)動器，包括三相整流器(1 )，該三相整流器(1)對輸入的三相交流電 整流后輸出兩路直流電到驅(qū)動電路(3)，該驅(qū)動電路(3)的輸出端驅(qū)動直流電機(jī)(M)，其特 征在于，還包括編碼器，該編碼器接收直流電機(jī)(M)的轉(zhuǎn)速信號，所述編碼器輸出端連接有 驅(qū)動控制電路(5)的電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入端，所述驅(qū)動控制電路(5)還接收外部輸入的使能信號 和設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，所述驅(qū)動控制電路(5)的控制輸出端輸出控制信號到所述驅(qū)動電路(3)， 驅(qū)動電路(3 )根據(jù)接收到的控制信號調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
2.根據(jù)利要求1所述的直流電機(jī)驅(qū)動器，其特征在于，所述編碼器為直流電機(jī)(M)的轉(zhuǎn) 速反饋器件，編碼器對采集到的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行頻率-電壓轉(zhuǎn)換，并將電壓信號后傳送到所 述驅(qū)動控制電路(5)設(shè)置的轉(zhuǎn)速控制電路(9)；所述驅(qū)動控制電路(5 )還設(shè)置有上電復(fù)位電路(6 )和差分輸入電路(7 )，所述上電復(fù)位 電路(6)的輸入端接收使能信號，該上電復(fù)位電路(6)的輸出端連接有模擬開關(guān)(8)的控 制端，所述差分輸入電路(7)的兩輸入端分別接收兩設(shè)定轉(zhuǎn)速信號，該差分輸入電路(7)的 輸出端與所述模擬開關(guān)(8)的一端連接，該模擬開關(guān)(8)的另一端連接所述轉(zhuǎn)速控制電路 (9)的設(shè)定信號輸入端，該轉(zhuǎn)速控制電路(9)的輸出端連接有電流控制電路(10)的第一輸 入端；所述驅(qū)動控制電路(5)設(shè)置有電流整定電路(11)，該電流整定電路(11)接收所述驅(qū) 動電路(3)的反饋電流，所述電流整定電路(11)的輸出端與所述電流控制電路(10)的第二 輸入端連接，所述電流整定電路(11)的輸出端還連接有電流設(shè)置放大電路(12)的輸入端， 該電流設(shè)置放大電路(12)的輸出端與所述電流控制電路(10)的第一輸入端連接；所述電流控制電路(10)的輸出端連接有PWM脈寬調(diào)制芯片(13)的第一輸入端，所述 轉(zhuǎn)速控制電路(9)的輸出端還串聯(lián)解碼電路(14)后與所述PWM脈寬調(diào)制芯片(13)的第二 輸入端連接，所述PWM脈寬調(diào)制芯片(13)的第一輸出端PUA和第二輸出端PUC分別連接有 高壓驅(qū)動芯片(17)的第一輸入端和第二輸入端，所述PWM脈寬調(diào)制芯片(13)的第二輸出端 PUC和第三輸出端PDA分別接第一或非邏輯門電路(15)兩輸入端，該第一或非邏輯門電路 (15)的輸出端與所述高壓驅(qū)動芯片(17)的第三輸入端連接，所述PWM脈寬調(diào)制芯片(13) 的第一輸出端PUA和第四輸出端PDC分別接第二或非邏輯門電路(16)兩輸入端，該第二或 非邏輯門電路(16)的輸出端與所述高壓驅(qū)動芯片(17)的第四輸入端連接，所述高壓驅(qū)動 芯片(17)的輸出四路控制信號到所述驅(qū)動電路(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)驅(qū)動器，其特征在于，所述驅(qū)動電路(3)包括四個(gè) 絕緣柵雙極型晶體管0a Q4)，該四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(Ql、4)組成橋式驅(qū)動電路，該 橋式驅(qū)動電路的正極接母線的高壓端，負(fù)極接母線的低壓端，所述橋式驅(qū)動電路兩輸出端 接直流電機(jī)(M)，所述四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管0a Q4)的柵極分別與所述高壓驅(qū)動芯片 (17)的四個(gè)輸出端(H01、H03、L01、L03)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電機(jī)驅(qū)動器，其特征在于，所述橋式驅(qū)動電路的正端還 串聯(lián)過流檢測電路(18)后與所述高壓驅(qū)動芯片(17)的過流檢測端連接，所述橋式驅(qū)動電 路的負(fù)端還與所述高壓驅(qū)動芯片(17)的電流檢測端連接，所述高壓驅(qū)動芯片(17)還設(shè)置 有故障輸出端，該故障輸出端連接有故障檢測電路(19)的故障輸入端，該故障檢測電路 (19)還接收溫度傳感器的溫度信號、驅(qū)動電路(3)的輸入電壓信號，該故障檢測電路(19) 的輸出端連接有故障保持電路的輸入端，所述故障檢測電路(19)的輸出端還串聯(lián)工作指示 燈和繼電器后接地，所述故障保持電路還接收所述上電復(fù)位電路(6)的控制信號，所述故障保持電路還輸出控制信號到所述故障檢測電路(19)。
5.根據(jù)利要求1所述的直流電機(jī)驅(qū)動器，其特征在于，所述三相整流器(1)與所述驅(qū)動 電路(3)之間還設(shè)置濾波器(2)，濾波器(2)對輸入的電流進(jìn)行濾波后輸送到兩根母線上， 所述驅(qū)動電路(3)兩輸入端分別接在母線上，在母線上還連接有母線保護(hù)電路，該母線保護(hù) 電路的正極接第一穩(wěn)壓管(DZl)的正極，該第一穩(wěn)壓管(DZl)的負(fù)極接第二穩(wěn)壓管(DZ2)的 正極，該第二穩(wěn)壓管(DZ2)的負(fù)極接第三穩(wěn)壓管(擬3)的正極，該第三穩(wěn)壓管(擬3)的負(fù)極 與第一電位器(Wl)的一端連接，該第一電位器(Wl)的另一端接第一三極管(Tl)的基極， 該第一三極管(Tl)的集電極接正極，該第一三極管(Tl)的發(fā)射極與第二三極管(T2)的基 極連接，所述第一電位器(Wl)的另一端還與第一二極管(Dl)的正極連接，該第一二極管 (Dl)的負(fù)極與所述第二三極管(T2)的集電極連接，該第二三極管(T2)的發(fā)射極與第二電 阻(R2)的一端連接，該第二電阻(R2)的另一端串聯(lián)第三電阻(R3)后與母線保護(hù)電路的負(fù) 極連接，所述第二電阻(R2)的另一端還接第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極，該第五絕 緣柵雙極型晶體管的集電極串聯(lián)功率器后接正極，發(fā)射極接負(fù)極。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流電機(jī)驅(qū)動器，其特征在于，所述電流控制電路(10)輸出 端還連接有脈寬限制電路，該脈寬限制電路設(shè)置有運(yùn)算放大器(21)，所述PWM脈寬調(diào)制芯 片(13)的脈寬限制信號輸出端與第二二極管(D2)的正極連接，該第二二極管(D2)的負(fù)極 串聯(lián)第四電阻(R4)后與所述運(yùn)算放大器(21)正相輸入端連接，所述運(yùn)算放大器(21)正相 輸入端還串聯(lián)電容器后接地；所述電流控制電路(10)輸出端串聯(lián)第五電阻(R5)后與電位器(W2)的一端連接，該電 位器(W2)的另一端串聯(lián)第六電阻(R6)后接地，所述電位器(W2)的中間頭與所述運(yùn)算放大 器(21)反相輸入端連接，該運(yùn)算放大器(21)的輸出端接第三二極管(D3)的負(fù)極，該第三二 極管(D3 )的正極與所述所述電流控制電路(10 )輸出端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種直流電機(jī)驅(qū)動器，采用全模擬電子線路、PWM脈寬控制芯片和高電壓驅(qū)動芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)用了直流母線保護(hù)電路、轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)電路、直流電機(jī)反向放電可控電路、脈寬極限控制電路來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制。顯著效果運(yùn)行可靠，調(diào)速響應(yīng)快，電流反饋的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)、直流電機(jī)反向放電、脈寬極限控制來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制，且抗干擾能力強(qiáng)；保護(hù)功能完善，適合風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)啟動力矩大，頻繁調(diào)節(jié)。
文檔編號H02H7/085GK102097989SQ20111003905
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者唐勝, 廖德榮, 胡小華, 邱明伯 申請人:重慶華渝電氣儀表總廠