采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统的制作方法

1.本实用新型属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统。


背景技术：

2.永磁同步电机通常采用无传感器的矢量控制方式，在这些控制方式中，由于脉振高频电压注入法能够在任意位置检测出转子位置，完成电机的转速电流双环启动，因而该方法获得了广泛的应用。不过该方法在电机静止状态启动时，需要对直轴极性进行判断，以检测初始位置。目前通常采用比较电流大小法或者比较电流衰减时间的方法，由于两种方法均需要检测电流，而直轴极性判断时电流值极低，同时容易受电机本身电气参数的影响，因此检测误差较大，直轴极性判断准确率相对低，导致电机在静止时启动失败率较高。


技术实现要素：

3.本实用新型是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统。
4.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
5.一种采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统，包括主控机构和永磁同步电机驱动器；所述主控机构包括依次连接的单项交流电源、二极管整流桥、和三相逆变桥，三相逆变桥的输出端与永磁同步电机的相连；所述永磁同步电机驱动器包括dsp控制板以及分别与其电连接的供电电源电路、通讯电路、电流检测电路和电压检测电路，供电电源电路为 dsp控制板提供直流电，所述通讯电路实现与外部主机的通讯。
6.在上述技术方案中，所述单项交流电源火线端与二极管整流桥之间串联交流保险丝，其零线端与二极管整流桥之间串联平波电抗器。
7.在上述技术方案中，所述二极管整流桥输出端之间串联母线电容。
8.在上述技术方案中，所述二极管整流桥一个输出端与三相逆变桥的一个输入端之间串联直流保险丝。
9.在上述技术方案中，所述二极管整流桥由四个二极管d1
‑
d4组成，上桥臂的二极管为d1、d3，下桥臂的二极管为d2、d4，其中二极管d1的正极与二极管d2的负极连接构成一个桥臂，二极管d3的正极与二极管d4 的负极连接构成一个桥臂。
10.在上述技术方案中，所述三相逆变桥包括内部电路和外围电路，内部电路由六个绝缘双极性晶体管q1～q6组成，上桥臂由q1、q3、q5组成，下桥臂由q2、q4、q6组成，其中q1的发射极与q2的集电极连接构成一个桥臂，q3的发射极与q4的集电极连接构成一个桥臂，q5的发射极与q6 的集电极连接构成一个桥臂。
11.在上述技术方案中，所述供电电源电路包括将 24v直流电转换为
±
15v 的ⅰ号直流模块和将 5v直流电转换为 3.3v的ⅱ号直流模块。
12.在上述技术方案中，所述电流检测电路包括ⅱ号运算放大器和ⅲ号运算放大器，
ⅱ
号运算放大器正端接电流输入信号，ⅱ号运算放大器输出端串联电阻r9后连接ⅲ号运算放大器，ⅲ号运算放大器输出端串联电阻r12后接电流输出信号。
13.在上述技术方案中，所述电压检测电路包括ⅰ号运算放大器，其正端串联电阻r1～r4后接vdc 信号，输出端串联电阻r6接信号输出端。
14.在上述技术方案中，所述通讯电路包括相互电连接的隔离芯片和通讯芯片，通讯芯片另一端连接通讯接口，隔离芯片的另一端连接dsp控制板。
15.本实用新型的有益效果是：
16.本实用新型提供了一种采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统，可用于对电机启动要求不高的许启动时转子预定位的场合，能有效提高电机静止时的启动成功率。
附图说明
17.图1是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统的结构示意图；
18.图2是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中二极管整流桥的电路图；
19.图3是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中三相逆变桥的内部电路图；
20.图4是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中三相逆变桥的外围电路图；
21.图5是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中供电电源电路的电路图；
22.图6是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中电压检测电路的电路图；
23.图7是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中电流检测电路的电路图。
24.图8是本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统中通讯电路的电路图。
25.其中：
26.1单相交流电源
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2二极管整流桥
27.3三相逆变桥
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4平波电抗器
28.5母线电容
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6dsp控制板
29.7交流保险丝
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8直流保险丝
30.9供电电源电路
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10通讯电路
31.11电流检测电路
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12电压检测电路
32.13三相逆变桥ipm模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14输出电压端子
33.15ⅰ号直流模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
16ⅱ号直流模块
34.17ⅰ号运算放大器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18ⅱ号运算放大器
35.19ⅲ号运算放大器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20隔离芯片
36.21通讯芯片。
37.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统及控制方法的技术方案。
39.如图1所示，一种采用改进脉振高频电压注入技术的永磁同步电机控制系统，包括主控机构和永磁同步电机驱动器；
40.所述主控机构包括依次连接的单项交流电源(1)、二极管整流桥(2)、和三相逆变桥(3)，三相逆变桥(3)的输出端与永磁同步电机的相连；单项交流电源(1)和二极管整流桥(2)之间设置交流保险丝(7)和平波电抗器(4)，二极管整流桥(2)、和三相逆变桥(3)之间设置母线电容(5) 和直流保险丝(8)；
41.主控机构中二极管整流桥2为将单项交流电源(1)的单相交流电转换为直流电，平波电抗器4在电容充电时防止电流过流，母线电容5用于稳定直流电压，三相逆变桥3用于输出三相交流电压。
42.主控机构的具体电路连接为：单相交流电源1的l端与交流保险丝7 的一端连接，n端与平波电抗器4的一端连接，交流保险丝7的一端与二极管整流桥2的1端连接，平波电抗器4的另一端与二极管整流桥2的2端连接，二极管整流桥2的3端与母线电容5的正极以及直流保险丝8的一端连接，二极管整流桥2的4端与母线电容5的负极以及三相逆变桥3的2端连接，直流保险丝8的另一端与三相逆变桥3的1端连接。三相逆变桥3的3、4、5端与分别与永磁同步电机的a、b、c相连接。
43.所述永磁同步电机驱动器包括dsp控制板6以及分别与其电连接的供电电源电路9、通讯电路10、电流检测电路11和电压检测电路12，供电电源电路10为dsp控制板6提供直流电，所述通讯电路10实现与外部主机的通讯。
44.永磁同步电机驱动器的控制电路由dsp控制板6、供电电源电路9、通讯电路10、电流检测电路11以及电压检测电路12组成，其中dsp控制板 6是系统的控制核心，用于电压电流信号的采集、pwm信号输出(脉冲宽度调制)、电机控制算法和保护功能以及通讯等功能的实现，通讯电路10主要用于与外部主机的通讯功能。
45.如图2所示，所述二极管整流桥2由四个二极管d1
‑
d4组成，上桥臂的二极管为d1、d3，下桥臂的二极管为d2、d4，其中二极管d1的正极与二极管d2的负极连接构成一个桥臂，二极管d3的正极与二极管d4的负极连接构成一个桥臂。
46.如图3所示，所述三相逆变桥由六个igbt(绝缘双极性晶体管)q1
‑
q6 组成，上桥臂由q1、q3、q5组成，下桥臂由q2、q4、q6组成，其中q1 的源极与q2的漏极连接构成一个桥臂，q3的源极与q4的漏极连接构成一个桥臂，q5的源极与q6的漏极连接构成一个桥臂。
47.三相逆变桥3采用三菱公司第4代智能功率模块(ipm)ps21964，它将功率芯片、驱动和保护电路集成到同一个模块中，模块体积小，额定容量大，易于应用在小功率电机的变频控制中，同时外围电路简单，无需光耦或变压器隔离，可直接将dsp的pwm信号连接到功率
模块，方便应用，其外围电路如图4所示，具体连接关系如下：
48. 15v与电阻u7r1、电容u7c9以及三相逆变桥ipm模块13的8脚连接，电阻u7r1的另一端与二极管u7d1的阳极连接，二极管u7d1的阴极、二极管u7z1的阴极、电容u7c1的正极以及电容u7c4与三相逆变桥ipm 模块13的2脚连接，二极管u7z1的阳极、电容u7c1的负极以及电容u7c4 的另一端与三相逆变桥ipm模块13的23脚、输出电压端子14的1脚连接。 15v与电阻u7r2连接，电阻u7r2的另一端与二极管u7d2的阳极连接，二极管u7d2的阴极、二极管u7z2的阴极、电容u7c2的正极以及电容u7c5 与三相逆变桥ipm模块13的3脚连接，二极管u7z2的阳极、电容u7c2 的负极以及电容u7c5的另一端与三相逆变桥ipm模块13的22脚、输出电压端子14的2脚连接。 15v与电阻u7r3连接，电阻u7r3的另一端与二极管u7d3的阳极连接，二极管u7d3的阴极、二极管u7z3的阴极、电容u7c3的正极以及电容u7c6与三相逆变桥ipm模块13的4脚连接，二极管u7z3的阳极、电容u7c3的负极以及电容u7c6的另一端与三相逆变桥 ipm模块13的21脚、输出电压端子14的3脚连接。 15v与电容u7c8的正极、电容u7c7、二极管u7z4的阴极以及三相逆变桥ipm模块13的13 脚连接，电容u7c8的负极、二极管u7z4的阳极、电容u7c7的另一端以及三相逆变桥ipm模块13的16脚、17脚与gnd连接，vcc与电阻u7r4 连接，电阻u7r4的另一端与pro端口、三相逆变桥ipm模块13的14脚连接，电容u7c11的正极与三相逆变桥ipm模块13的24脚、vdc 端口连接，电容u7c11的负极与三相逆变桥ipm模块13的20脚、vdc
‑
端口连接。
49.如图5所示，所述供电电源电路9为dsp控制板6提供电源，首先外部直流模块将交流电变为 24v、 5v直流电，再通过供电电源9转换为
±
15v、 3.3v，其具体连接方式为：
50. 24v信号分别与电容dvc1、dvc2的正极以及ⅰ号直流模块15的vin 相连接，电容dvc1、dvc2的负极与gnd、ⅰ号直流模块15的gnd相连接, 15v信号、电容dvc3、dvc4的正极与ⅰ号直流模块15的v 连接，电容dvc3、dvc4的负极与ⅰ号直流模块15的0v连接。电容dvc5、dvc6 的正极与ⅰ号直流模块15的0v连接，
‑
15v信号、电容dvc5、dvc6的负极与直流模块15的v
‑
连接。
51. 5v信号分别与电容dvc7、dvc8的正极以及ⅱ号直流模块16的vin 相连接，电容dvc7、dvc8的负极与gnd、ⅱ号直流模块16的gnd相连接, 3.3v信号、电容dvc9的正极与ⅱ号直流模块16的vout连接，电容dvc9的负极与gnd连接。
52.如图6所示，所述电压检测电路为直流电压检测电路，其具体连接关系如下：
53.vdc 信号与电阻r1连接，电阻r1另一端与电阻r2连接，电阻r2 另一端与电阻r3连接，r3另一端与电阻r4连接，r4另一端与电阻r5、电容c1以及ⅰ号运算放大器17的正端连接，电阻r5、电容c1另一端与 agnd连接。ⅰ号运算放大器17的负端与自身的输出端相连接，ⅰ号运算放大器17的输出端与电阻r6连接。电阻r6的另一端与电容c2、二极管 d6的正极、二极管d5的负极连接。电容c2的另一端和二极管d5的正极与agnd连接，二极管d6的负极与 3.3v连接。
54.如图7所示，所述电流检测电路图，具体连接关系如下：
55.电流curinput信号与电阻r7、ⅱ号运算放大器18的正端连接，电阻r7的另一端与 3.3v连接。ⅱ号运算放大器18的负端与自身的输出端连接。ⅱ号运算放大器18的输出端与电阻r9连接，电阻r9的另一端与电阻r10、电容c4以及ⅲ号运算放大器19的正端连接，电阻r10、电容c4的另一端与agnd连接。ⅲ号运算放大器19的负端与电阻r8连接，电阻r8的另一
端与agnd连接。电阻r11、电容c3与运算放大器19的负端连接，电阻 r11、电容c3的另一端与ⅲ号运算放大器19的输出端以及电阻r12连接。电阻r12的另一端与电容c5、二极管d7的正极、二极管d8的负极连接，电容c5的另一端和二极管d8的正极与agnd连接，二极管d7的负极与 3.3v连接，电流输出信号curoutput与二极管d7的正极、二极管d8的负极连接。
56.如图8所示，所述通讯电路的具体连接关系如下：
57.dsp控制板6的gpio14、gpio13分别与隔离芯片20的ina、outa 相连接，隔离芯片20的vcca、gnda分别与 3.3v和gnd连接，隔离芯片20的outb、inb分别与通讯芯片21的scitx、scirx端相连接。隔离芯片20的vcca、gnda分别与 3.3v和gnd连接，隔离芯片20的 vccb、gndb分别与 3.3v和dgnd连接。通讯芯片21的tx 、tx
‑
、rx 、 rx
‑
端分别与通讯接口相连接。
58.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。