一种开关磁阻电机的控制电路及应用有该控制电路的料理机的制作方法

1.本实用新型涉及一种电机控制电路，特别是开关磁阻电机的控制电路及应用有该控制电路的料理机。


背景技术：

2.现有技术中，随着人们生活水平提高，市场上出现了不同类型料理机。开关磁阻电机作为一种新型调速电机，具有调速范围宽的优点，可以作为料理机的主电机。
3.现有的料理机当开盖时，需要立马断电，这个时候如果电机运行在高转速下，例如10000rpm以上时，由于电机转子的惯性会导致电机无法立即停止，如果这个时候盖子被打开，可能会将杯体里面的液体搅出，并导致安全隐患。
4.为了让料理机开盖断电时能够立即停止下来，现有技术方案通常是采用永磁同步电机，其转子在高速旋转时，在定子侧能够产生反电动势，采用再生制动的方式可进行电机的制动，但这种制动方式存在母线电压抬高，可能导致元器件受损，如申请号201811092858.x的中国发明专利申请《掉电保护控制方法、控制模块》通过恒压制动控制永磁同步电机按预设加速度减速制动，可缓解永磁同步电机的减速速度，使得永磁同步电机瞬间产生的反电动势在直流母线模块形成的电压低于安全电压，避免因为掉电致使永磁同步电机产生的反电动势在直流母线模块形成较高电压，造成元器件损坏。
5.但是，对于开关磁阻电机这一新型电机，如何让电机掉电后快速停止，还没有较好的解决方案，目前多采用单纯的放电刹车，然而在电机高速旋转情况下，母线电压容易抬的过高，导致危险；因此，如何安全有效地实现开关磁阻电机的断电制动，还有待于对现有技术中的制动控制电路作出进一步的改进和完善。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种可实现快速减速制动且安全性更高的开关磁阻电机的控制电路。
7.本实用新型所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种采用上述开关磁阻的控制电路的料理机。
8.本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种开关磁阻电机的控制电路，其特征在于：该控制电路包括有
9.整流电路，将市电转换为直流电；
10.母线电压检测电路，用于实时采集开关磁阻电机的母线电压；
11.功率变换器，用于驱动开关磁阻电机工作在不同的工作模式；
12.控制器，监测输入的母线电压信号，并控制功率变换器的开关管的开闭动作，同时，在母线电压高于设定电压阈值时，该控制器用于产生控制开关磁阻电机制动的pwm波信号；
13.开关电源电路，用于产生控制器供电所需要的输入电压；
14.其中，所述整流电路的输出端分别作为功率变换器和开关电源电路的直流电源输入端，开关电源电路的输出端作为控制器的输入电压和控制器的输入端相连，控制器还包括有母线电压监测输入端和功率变换器控制输出端，母线电压检测电路的输出端连接控制器的母线电压监测输入端，控制器的功率变换器控制输出端用于控制功率变换器的开关管的开闭。
15.作为优选，所述的整流电路包括由四个二极管组成的全波整流桥，该全波整流桥的两个交流输入端分别连接交流电源的火线和零线，并且，该全波整流桥在连接交流电源火线的输入端上设置有电机电源开关，该全波整流桥的正极输出端一路经电阻接地，另一路与第一电解电容的正极相连，该第一电解电容的负极接地，所述全波整流桥的负极输出端接地。
16.为了避免接入控制器的母线检测电压过高，作为优选，所述的母线电压检测电路包括有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端接整流电路的输出端正极，另一端一路经第二电阻后接地，另一路经第五电阻后分成两路，第一路经电容接地，第二路作为母线电压检测电路的输出端连接控制器的母线电压监测输入端。通过第一电阻和第二电阻的分压后，将检测电压降低后再输入控制器进行母线电压检测。
17.作为优选，所述功率变换器采用不对称半桥拓扑的功率变换器电路。
18.作为进一步优选，所述的控制器采用型号为stm8s005c6的控制芯片。
19.本实用新型解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种料理机，包括有开关磁阻电机，其特征在于：所述的开关磁阻电机采用如上所述的控制电路工作。
20.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：无需额外增加硬件成本，控制器可直接利用母线电压检测来驱动开关管的开闭，控制电路结构简单，成本低；另外，本技术在传统的放电制动的基础上，控制电路还可根据监测母线电压值的高低来实现耗电制动，通过耗电制动和放电制动相结合的方式，将转子上的能量释放掉，不仅可以达到电机快速降速制动的效果，而且还可以有效避免因母线电压升高太多而引起的安全隐患，使得电机控制电路更加安全可靠。
附图说明
21.图1为本实用新型实施例的控制电路功能框图。
22.图2为本实用新型实施例的整流桥具体线路图。
23.图3为本实用新型实施例的开关电源电路具体线路图。
24.图4为本实用新型实施例的控制器具体线路图。
25.图5为本实用新型实施例的母线电压检测电路具体线路图。
26.图6为本实用新型实施例的功率变换器具体线路图。
27.图7为本实用新型实施例在相同pwm波控制下的n相电感的电流励磁和2n相电感的电流制动的比较图。
具体实施方式
28.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
29.本实施例公开了一种开关磁阻电机的控制电路，该控制电路主要用于电机掉电时
的快速制动，如图1所示，为本实施例的控制电路的功能框图，该控制电路包括有整流电路1、母线电压检测电路5、功率变换器2、控制器4和开关电源电路3。
30.其中，整流电路1用于将220v交流市电转换为直流电，整流电路1的输出端分别作为功率变换器2和开关电源电路3的直流电源输入端，开关电源电路3的输出端作为控制器4的输入电压和控制器4的输入端相连，控制器4还包括有母线电压监测输入端和功率变换器2控制输出端，母线电压检测电路5的输出端连接控制器4的母线电压监测输入端，控制器4的功率变换器2控制输出端用于控制功率变换器2的开关管的开闭。
31.本实施例的整流电路1如图2所示，整流电路1包括由四个二极管组成的全波整流桥db，该全波整流桥db的两个交流输入端分别连接交流电源的火线acl和零线acn，并且，该全波整流桥db在连接交流电源火线acl的输入端上设置有电机电源开关sw，在料理机开盖时，该电机电源开关sw打开，切断电源，以符合安规要求；该全波整流桥db的正极输出端一路经电阻r接地，另一路与第一电解电容ec的正极相连，该第一电解电容ec的负极接地，全波整流桥db的负极输出端接地。
32.母线电压检测电路5用于实时采集开关磁阻电机的母线电压，如图5所示，母线电压检测电路5包括有第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1的一端接整流电路1的输出端正极，另一端一路经第二电阻r2后接地，另一路经第五电阻r5后分成两路，第一路经电容c0接地，第二路作为母线电压检测电路5的输出端连接控制器4的母线电压监测输入端；由于母线电压较高，无法直接接入控制器4，因此，将经整流电路1整流后的直流电源vdc通过第一电阻r1、第二电阻r2分压，将电压降为vdcm再接入到控制器4，进而测量母线电压。
33.功率变换器2用于驱动开关磁阻电机工作在不同的工作模式，本实施例的功率变换器2采用不对称半桥拓扑的功率变换器2电路，如图6所示的功率变换器2，主要针对四相8/6级开关磁阻电机，每相有两个主开关器件及续流二极管；其中，并联在功率变换器2的电源输入端的电容为蓄能电容c，设置该蓄能电容c可以在开关磁阻电机工作时，防止母线电压突变，起到一个电压缓存的作用。
34.控制器4用于监测输入的母线电压信号，并控制功率变换器2的开关管的开闭动作，本实施例的控制器4采用如图4所示的型号为stm8s005c6的控制芯片，该控制芯片的第16管脚即为母线电压监测输入端，该控制芯片的第17～20管脚分别依次对应控制如图6所示的控制功率变换器2中的开关管v1、开关管v3、开关管v5和开关管v7的开闭，该控制芯片的第22～25管脚分别依次对应控制如图6所示的控制功率变换器2中的开关管v2、开关管v4、开关管v6和开关管v8的开闭，
35.开关电源电路3用于产生控制器4供电所需要的输入电压，该开关电源电路3为现有技术，可以优选地采用如图3所示的电源电路结构，在此不做赘述。
36.如图6所示的功率变换器2，以a相为例，下面分析开关管v1、v2和续流二极管vd1、vd2的工作状态：
37.①
、当v1断开、v2断开：此时为负电压回路(即发电模式)，如果a相绕组中存在电流，那么，蓄能电容吸收a相绕组中的部分磁能，可能导致母线电压抬高，对于料理机来说存在一定危险；
38.②
、当v1断开、v2闭合：此时为零电压回路(即续流模式)，如果a相绕组中存在电流，绕组和电源间无能量交换；
39.③
、当v1闭合、v2闭合：此时为正电压回路(励磁模式)，电压作用到绕组上，会产生励磁电流，消耗电源能量；
40.④
、当v1闭合、v2断开：不存在这种导通电路。
41.可以看到，在当前相绕组的开关管均断开时，续流二极管处于发电模式；在当前相绕组的开关管均闭合时，续流二极管处于励磁模式(耗电模式)，利用开关磁阻电机的上述特性，本实施例的控制电路在电机掉电时，在母线电压低于设定电压阈值时，可以控制开关管工作在发电模式；而当母线电压高于设定电压阈值时，为了避免母线电压过高而发生危险，此时控制器4的通过调节pwm信号可以控制开关管工作在励磁模式，通过发电模式和励磁模式均可以控制电机实现制动。
42.本实施例的控制电路通过监测母线电压，可以实现两种制动：
43.1)再生制动：将转子输入的机械能转化为电能，即发电工作；在转子相电感的下降区建立相电流，且在电感下降区关断，关断时旋转电动势与相电流方向一致，此时将对母线侧电容进行充电；
44.2)耗电制动：将电机所有桥臂打开，利用pwm波进行制动；如图7所示，取n相电感及2n相电感，同时建立相电流，采用相同的pwm波进行控制。由于n相电感的相电感处于上升区间，其建立相电流的速度较慢，而2n相电感处于下降区间，其建立相电流速度很快。如果采用相同的pwm波进行控制，那么励磁电流将小于制动电流，外在表现便是电机制动，而此时能够消耗电能。
45.再生制动能够产生电能，使得母线电压抬高；耗电制动能够消耗电能，二者均能够产生制动转矩。利用本实施例的控制电路可以通过两种制动方式控制开关磁阻电机的断电制动，能够避免因母线电压过高而引起的安全隐患，使得在实现快速制动的同时，控制电路的使用安全性更高。