专利名称：一种通用型三相电机控制器设计结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三相电机控制器，尤其涉及一种无需改变硬件电路即可适配各种三相电机(包括三相异步电机、三相永磁同步电机、三相无刷直流电机、三相开关磁阻电机)的控制器，属于电机驱动与控制技术。
背景技术：
随着电机设计与驱动控制技术的不断发展，高性能变频驱动电机系统正日趋成熟并得到大规模应用，主要包括高效异步电机(三相正弦波电流驱动)、永磁同步电机(三相
正弦波电流驱动)、无刷直流电机(两相方波电流驱动)、开关磁阻电机(单拍或双拍，电流斩波控制或者角度位置控制)等传统与新型电机驱动系统。然而，上述的四大类电机驱动系统都必须有相对应的电机控制器；不同类型的电机，其控制器的控制程序与硬件电路存在很大差异。硬件电路主要包括供电电路、弱电控制电路和强电功率电路，其中弱电控制电路一般包含有嵌入控制软件的微处理器或可编程器件，如单片机、DSP、ARM、FPGA、CPLD等；而控制程序则根据电机类型的不同，分为恒压频比控制、电流滞环矢量控制、电压空间矢量脉宽调制控制、直接转矩控制、电流斩波控制、角度位置控制等不同的控制策略。由于不同类型电机工作原理不同，导致相应的电机控制器中弱电控制电路部分微处理器所嵌入的控制软件和强电功率电路部分的拓扑结构不同。因此，各类型电机驱动系统的控制器相互独立，通用性差，给科研和生产带来诸多不便。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无需改变硬件电路即可适配各种三相电机(包括三相异步电机、三相永磁同步电机、三相无刷直流电机、三相开关磁阻电机)的控制器。技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
一种通用型三相电机控制器设计结构，包括弱电控制电路和强电功率电路，所述弱电控制电路包含嵌入有控制模块(或控制软件)的微处理器；所述控制模块兼具三相异步电机控制模块、三相永磁同步电机控制模块、三相无刷直流电机控制模块和三相开关磁阻电机控制模块，所述强电功率电路为各相分别通过开关结构与供电回路相连的拓扑结构，且通过开关结构的状态选择，该拓扑结构能够适配三相异步电机、三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相开关磁阻电机。上述通用型三相电机控制器设计结构，其控制软件为一种通用型控制软件，同时兼具了各种类型电机的控制软件，通过对电机类型的选择或者设定，即可从软件上适配电机的控制；硬件上，通过开关结构状态的调整，即可将强电功率电路调整为适配电机的拓扑结构；这样不同类型的电机(功率、转速等性能指标参数同等级)就能够共用同一台控制器，避免了更换电机类型不得不更换控制器的麻烦，无需额外增加电机驱动控制成本，简单易行。
不同电机类型，需要对控制软件和开关结构的状态加以选择，这种选择可以通过弱电控制电路实现，可以将微处理器内再嵌入一个电机类型选择模块，其输出端与控制模块的输入端、开关结构的状态控制端相连接，简化了操作者的选择过程。所述开关结构为双刀双掷开关或其他类型的多选状态开关。上述控制器的设计思想还可以适用于单相、两相、四相及任意多相电机的通用控制，只需要改变对应的控制软件及强电功率电路既可。有益效果本发明提供的通用型三相电机控制器设计结构，打破了传统的一种类型电机适配一个专用控制器的方案，对功率、转速等主要性能指标参数处于相同等级的不同类型电机采用相同的控制器，即电机更换时，无需对控制器进行更换，只需对电机类型进行选择即可，节约成本，简单易行。
图I为本发明提出的通用型三相电机控制器及电机构成的电机驱动系统框 图2为本发明提出的通用型三相电机控制器作为异步电机控制器、或永磁同步电机控制器、或无刷直流电机控制器时的强电功率电路 图3为本发明提出的通用型三相电机控制器作为开关磁阻电机控制器时的强电功率电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。一种通用型三相电机控制器设计结构，包括弱电控制电路和强电功率电路，所述弱电控制电路包含嵌入有控制模块和电机类型选择模块的微处理器，所述控制模块兼具三相异步电机控制模块、三相永磁同步电机控制模块、三相无刷直流电机控制模块和三相开关磁阻电机控制模块，所述强电功率电路为各相分别通过开关结构与供电回路相连的拓扑结构，且通过开关结构的状态选择，该拓扑结构能够适配三相异步电机、三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相开关磁阻电机；所述电机类型选择模块的输出端与控制模块的输入端、开关结构的状态控制端相连接。如图I所示为一种通用型三相电机控制器设计结构及电机构成的电机驱动系统，包括供电电路I、弱电控制电路2、强电功率电路3、电机4、电流传感器(A相电流传感器51、B相电流传感器52、C相电流传感器53)、位置传感器6。供电电路I的输入为三相工频交流电，经过整流电路输出两路供电一路给强电功率电路3供电，驱动电机4旋转；另一路给弱电控制电路2供电。弱电控制电路2上包含有嵌入控制软件的微处理器21和4个电机类型选择按钮，其中四个电机类型选择按钮分别是异步电机选择按钮221、永磁同步电机选择按钮222、无刷直流电机选择按钮223和开关磁阻电机选择按钮224，通过电机类型选择按钮可以对电机类型进行选择。微处理器21根据待控制电机类型运行对应的控制程序，并对强电功率电路3中A相可控双刀双掷开关313和B相可控双刀双掷开关323和C相可控双刀双掷开关333的控制信号S置“左”或“右”。通过对电机4的A相电流传感器51的输出信号IA、B相电流传感器52的输出信号IB、C相电流传感器53的输出信号IC和位置传感器6的输出信、号0进行处理，得到电机4的三相实时电流和实时位置，进而得到实时转速，经过对应电机类型控制程序的处理，输出A相上臂功率管311、A相下臂功率管312、B相上臂功率管321、B相下臂功率管322、C相上臂功率管331、C相下臂功率管332的驱动信号、A相可控双刀双掷开关313、B相可控双刀双掷开关323和C相可控双刀双掷开关333的控制信号S。强电功率电路3由A相上臂功率管311、A相下臂功率管312、B相上臂功率管321、B相下臂功率管322、C相上臂功率管331、C相下臂功率管332、A相可控双刀双掷开关313、B相可控双刀双掷开关323、C相可控双刀双掷开关333组成。当电机4为三相异步电机时，控制信号S为“左”，A相可控双刀双掷开关313、B相可控双刀双掷开关323和C相可控双刀双掷开关333均左掷，此时弱电控制电路2的微处理器21运行通用控制软件中三相异步电机的控制程序，强电功率电路3的拓扑如图2所示，通过控制功率管311、312、321、322、331、332的通断和开关频率，使得强电功率电路3输出三相正弦波电流驱动三相异步电机旋转并实现调速，此时三相电机通用控制器作为三相异 步电机控制器使用。当电机4为三相永磁同步电机时，控制信号S为“左”，A相可控双刀双掷开关313、B相可控双刀双掷开关323和C相可控双刀双掷开关333均左掷，此时弱电控制电路2的微处理器21运行通用控制软件中三相永磁同步电机的控制程序，强电功率电路3的拓扑如图2所示，通过控制功率管311、312、321、322、331、332的通断和开关频率，使得强电功率电路3输出三相正弦波电流驱动三相永磁同步电机旋转并实现调速，此时三相电机通用控制器作为三相永磁同步电机控制器使用。当电机4为三相无刷直流电机时，控制信号S为“左”，A相可控双刀双掷开关313、B相可控双刀双掷开关323和C相可控双刀双掷开关333均左掷，此时弱电控制电路2的微处理器21运行通用控制软件中三相无刷直流电机的控制程序，强电功率电路3的拓扑如图2所示，通过控制功率管311、312、321、322、331、332的通断和开关频率，使得强电功率电路输出两相方波电流(三相无刷直流电机任意时刻只有两相导通)驱动三相无刷直流电机旋转并实现调速，此时三相电机通用控制器作为三相无刷直流电机控制器使用。当电机4为三相开关磁阻电机时，控制信号S为“右”，A相可控双刀双掷开关313、B相可控双刀双掷开关323和C相可控双刀双掷开关333均右掷，此时弱电控制电路2的微处理器21运行通用控制软件中三相开关磁阻电机的控制程序，强电功率电路3的拓扑如图3所示，通过控制功率管311、312、321、322、331、332的通断和开关频率，使得强电功率电路输出单相电流或两相电流(三相开关磁阻电机任意时刻只有一相或两相导通)驱动三相开关磁阻电机旋转并实现调速，此时三相电机通用控制器作为三相开关磁阻电机控制器使用。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种通用型三相电机控制器设计结构，包括弱电控制电路和强电功率电路，所述弱电控制电路包含嵌入有控制模块的微处理器，其特征在干所述控制模块兼具三相异步电机控制模块、三相永磁同步电机控制模块、三相无刷直流电机控制模块和三相开关磁阻电机控制模块，所述强电功率电路为各相分别通过开关结构与供电回路相连的拓扑结构，且通过开关结构的状态选择，该拓扑结构能够适配三相异步电机、三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相开关磁阻电机。
2.根据权利要求I所述的通用型三相电机控制器设计结构，其特征在于所述微处理器还嵌入有电机类型选择模块，所述电机类型选择模块的输出端与控制模块的输入端、开关结构的状态控制端相连接。
3.根据权利要求I所述的通用型三相电机控制器设计结构，其特征在于所述开关结构为双刀双掷开关。
全文摘要
本发明公开了一种通用型三相电机控制器设计结构，包括弱电控制电路和强电功率电路，所述弱电控制电路包含嵌入有控制模块的微处理器；所述控制模块兼具三相异步电机、三相永磁同步电机、三相无刷直流电机和三相开关磁阻电机控制模块，所述强电功率电路为各相分别通过开关结构与供电回路相连的拓扑结构，且通过开关结构的状态选择，该拓扑结构能够适配各种类型电机。本发明提供的通用型三相电机控制器设计结构，打破了传统的一种类型电机适配一个专用控制器的方案，对功率、转速等主要性能指标参数处于相同等级的不同类型电机采用相同的控制器，即电机更换时，无需对控制器进行更换，只需对电机类型进行选择即可，节约成本，简单易行。
文档编号H02P23/00GK102664584SQ20121016147
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者华浩, 吴中泽, 程明, 花为 申请人:东南大学