專利名稱：具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于電動(dòng)車的具有制動(dòng)功能的 串勵(lì)直流雙電動(dòng)機(jī)交叉連接系統(tǒng)及其控制器。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車具有噪音低、無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)點(diǎn)，在工廠車間、高爾 夫球場(chǎng)、礦井、風(fēng)景旅游區(qū)等場(chǎng)所應(yīng)用較為廣泛。電動(dòng)車以高效率充電電池 為動(dòng)力，以電動(dòng)機(jī)代替燃油機(jī)，電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)較傳統(tǒng)燃油車動(dòng)力系統(tǒng)占
用空間少，少占的空間和重量可用以補(bǔ)償充電電池的需求；因使用單一的電 能源，電控系統(tǒng)相比混合電動(dòng)車大為簡(jiǎn)化，降低了成本，也可補(bǔ)償電池的部 分價(jià)格。因?yàn)殡娔苁嵌文茉矗梢詠?lái)源于風(fēng)能、水能、核能、熱能、太 陽(yáng)能等多種方式，電動(dòng)車以電能為動(dòng)力，屬于零排放車，對(duì)環(huán)境友好，因此 電動(dòng)車是非常有發(fā)展前景的替代能源車。
電動(dòng)車控制系統(tǒng)的品質(zhì)是決定電動(dòng)車整體性能的關(guān)鍵因素之一。電動(dòng)車 的電控系統(tǒng)主要承擔(dān)輸入信號(hào)采集和輸出執(zhí)行控制動(dòng)作以及故障狀態(tài)時(shí)顯示 和保護(hù)功能。電控系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)及其復(fù)雜度，和電動(dòng)車所采用的電動(dòng)機(jī)參 數(shù)、實(shí)現(xiàn)的控制功能、選用的開(kāi)關(guān)器件及其驅(qū)動(dòng)電路和控制策略等相關(guān)，優(yōu) 良的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)將為電動(dòng)車提供可靠靈敏的操控特性，操作簡(jiǎn)便，能源利 用率高。由于電動(dòng)車的優(yōu)良發(fā)展前景，目前不少高校和企業(yè)、研究所在開(kāi)發(fā) 高性能的電動(dòng)車及其控制系統(tǒng)，但是由于技術(shù)保密性的需要，從公開(kāi)的發(fā)行文獻(xiàn)來(lái)看，關(guān)于電動(dòng)車的控制系統(tǒng)的專利和研究資料比較有限。直流串勵(lì)電 動(dòng)機(jī)由于其自身的控制特點(diǎn)，在電動(dòng)車控制中得到了較好的應(yīng)用，但是關(guān)于 電動(dòng)車用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的公開(kāi)研究文獻(xiàn)也較少，在公開(kāi)的車用串勵(lì)電機(jī)專 利中，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)控制功能也較簡(jiǎn)單。
專利號(hào)為"CN1943090A"的中國(guó)專利公開(kāi)了"串勵(lì)電動(dòng)機(jī)及其控制方法"， 涉及一種用于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電路，通過(guò)串聯(lián)連接兩個(gè)諸如三端雙向可控硅， 并通過(guò)監(jiān)控電路監(jiān)控可控硅的電壓降，利用兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了可靠通斷。 專利號(hào)為"CN101267185A"的中國(guó)專利公開(kāi)了"串勵(lì)電機(jī)控制裝置及其轉(zhuǎn)速控 制方法"，該電機(jī)控制裝置采用SCR電子開(kāi)關(guān)對(duì)單個(gè)串勵(lì)電機(jī)進(jìn)行控制，通 過(guò)將電流信號(hào)采集并查表得到的當(dāng)前速度值與目標(biāo)速度值比較，進(jìn)而控制導(dǎo) 通角調(diào)節(jié)電機(jī)速度。上述2項(xiàng)專利公開(kāi)的串勵(lì)電動(dòng)機(jī)控制方法，均針對(duì)一個(gè) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行通斷控制，專利文獻(xiàn)中沒(méi)有給出電動(dòng)機(jī)續(xù)流回路，也缺少相 應(yīng)的制動(dòng)電路，因此要將其應(yīng)用于電動(dòng)車控制尚需進(jìn)一步完善。
專利號(hào)為"US5828194 (A)〃的美國(guó)專利，公開(kāi)了 "Control circuit for control of a direct-current motor normally excited in series including structure for separate excitation during braking",該專利
通過(guò)控制單元控制兩個(gè)半橋的通斷，控制電路可滿足串勵(lì)電機(jī)正常運(yùn)行和制 動(dòng)運(yùn)行的需要，在制動(dòng)階段時(shí)勵(lì)磁繞組和電樞繞組為非串聯(lián)結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁回路 可實(shí)現(xiàn)另路勵(lì)磁。該控制電路雖具備制動(dòng)功能，但控制對(duì)象為單個(gè)串勵(lì)電機(jī)， 若用在電動(dòng)車上，實(shí)現(xiàn)的控制功能也比較簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
分析目前電動(dòng)車控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，為了提高電動(dòng)車的運(yùn)行可靠性， 同時(shí)完善電動(dòng)車的控制特性，本發(fā)明提供了一種具有制動(dòng)功能的雙電機(jī)交叉 連接的直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。 一種具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在 于，包括交叉連接的雙電機(jī)主電路和基于微控制器MCU的控制電路，其中 所述交叉連接的雙電機(jī)主電路包括兩個(gè)用于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器、 第一電機(jī)和第二電機(jī)。在電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，第一電機(jī)先接勵(lì)磁繞組，再接 電樞繞組構(gòu)成一條支路；第二電機(jī)先接電樞繞組，再接勵(lì)磁繞組構(gòu)成另一條 支路。第一電機(jī)勵(lì)磁繞組和第二電機(jī)電樞繞組同第一功率開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接 一起，第一電機(jī)的電樞繞組和第二電機(jī)的勵(lì)磁繞組同第三功率開(kāi)關(guān)管的集電 極接一起，電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電流依次通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)管、并聯(lián)雙電機(jī)、第三功 率開(kāi)關(guān)管。
在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，雙電動(dòng)機(jī)換接為交叉連接勵(lì)磁方式，即第一電機(jī) 的電樞繞組與第二電機(jī)的勵(lì)磁繞組串接構(gòu)成一條支路，第一電機(jī)的勵(lì)磁繞組 與第二電機(jī)的電樞繞組構(gòu)成另一條支路，兩條支路并聯(lián)，該兩條并聯(lián)支路兩 端分別接第一二極管的陰極和第二功率開(kāi)關(guān)管的集電極，制動(dòng)運(yùn)行時(shí)電流依 次通過(guò)第一二極管、雙電機(jī)、第二功率開(kāi)關(guān)管。
所述基于微控制器的控制電路包括一個(gè)與微控制器輸入端連接的用于信 號(hào)采集的信號(hào)輸入及調(diào)理電路、 一個(gè)微控制器、輸出執(zhí)行電路、故障狀態(tài)顯 示電路、輸入輸出隔離電路，
所述輸出執(zhí)行電路包括與微控制器的輸出端信號(hào)連接的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路， 該驅(qū)動(dòng)電路的兩路輸出分別連接至用于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的兩個(gè)接觸器；
所述輸出執(zhí)行電路還包括與微控制器的輸出端連接的四路功率開(kāi)關(guān)管的 驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊輸出四路控制信號(hào)分別連接到雙電機(jī)主電路的四個(gè)對(duì)應(yīng)標(biāo) 號(hào)的功率開(kāi)關(guān)管的控制極；
所述輸入輸出隔離電路用于直流電源和操作控制信號(hào)與微控制器的輸入 隔離、輸出執(zhí)行電路中功率開(kāi)關(guān)管和接觸器與微控制器的隔離，由光隔器件 和開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)芯片的內(nèi)嵌隔離電路構(gòu)成。上述方案中，所述信號(hào)輸入的信號(hào)包括功率電子開(kāi)關(guān)器件的溫度信號(hào)、 電源電壓信號(hào)、主電路電機(jī)電流信號(hào)、速度給定信號(hào)、器件過(guò)流保護(hù)信號(hào)和 其它控制信號(hào)。
所述雙電機(jī)主電路，功率開(kāi)關(guān)管采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或金 屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，當(dāng)直流電機(jī)功率較大時(shí)，采用大功率絕緣 柵雙極晶體管或多個(gè)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管并聯(lián)以通過(guò)較大的電流。
所述故障狀態(tài)顯示電路包括與微控制器連接的四個(gè)紅色發(fā)光二極管，用 于顯示四種不同故障類型。
本發(fā)明控制系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)間 為并聯(lián)連接方式，經(jīng)功率電子開(kāi)關(guān)接入直流電源，采用脈寬調(diào)制(斬波)驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)車，調(diào)節(jié)速度；而在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由功率電子開(kāi)關(guān)切換，轉(zhuǎn)換為交叉 連接方式，使單臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組改換為異路連接，即一臺(tái)電機(jī) 的電樞繞組與另一臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁繞組構(gòu)成一條支路，兩條支路并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)能 耗制動(dòng)和回饋制動(dòng)功能，在保證制動(dòng)效果的前提下，提高能源的利用效率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合電動(dòng)車的控制特點(diǎn)和控制性能需求，采用 雙串勵(lì)電機(jī)為電動(dòng)車提供動(dòng)力，當(dāng)其中一臺(tái)電機(jī)故障時(shí)，仍可控制另一臺(tái)電 機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，提高了電動(dòng)車的運(yùn)行可靠性。同時(shí)為了完善電動(dòng)車的運(yùn) 行特性，雙串勵(lì)電機(jī)采用了交叉連接方式，可滿足快速停車和緊急制動(dòng)要求， 確保電動(dòng)車的安全運(yùn)行。采用回饋制動(dòng)與能耗制動(dòng)之間的實(shí)時(shí)優(yōu)化組合控制， 使制動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能量最優(yōu)回饋，提高能源利用效率。由于本控制系統(tǒng)的優(yōu) 點(diǎn)，有助于提高電動(dòng)車的控制特性，采用本控制系統(tǒng)的電動(dòng)車，具有良好的 應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益顯著。


圖1為本發(fā)明采用的控制系統(tǒng)的控制主電路原理圖。
圖2為本發(fā)明采用的直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)雙電機(jī)交叉連接的電機(jī)主電路接線圖。圖中，M,為電機(jī)1的電樞繞組，Wt為電機(jī)1的勵(lì)磁繞組，M2為電機(jī)2 的電樞繞組，W2為電機(jī)2的勵(lì)磁繞組，IGBT廣IGBT4為4個(gè)大功率絕緣柵雙 極型晶體管IGBT， D,和D2為可通過(guò)較大電流的快恢復(fù)續(xù)流二極管。
圖3為電動(dòng)車電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)雙電機(jī)的電流走向關(guān)系圖， 圖3 (a)表示施加電壓電動(dòng)運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)串勵(lì)電機(jī)的電流走向關(guān)系，I" 12—為 施加電壓電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電機(jī)1和電機(jī)2內(nèi)的電流。圖3 (b)表示續(xù)流電動(dòng)運(yùn)行 時(shí)兩臺(tái)串勵(lì)電機(jī)的電流走向關(guān)系，13、 14一為續(xù)流電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電機(jī)1和電機(jī)2 內(nèi)的電流。
圖4為電動(dòng)車制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)雙電機(jī)的電流走向關(guān)系圖， 圖4 (a)表示能耗制動(dòng)時(shí)兩臺(tái)串勵(lì)電機(jī)的電流走向關(guān)系，15、 I一為能耗制動(dòng) 運(yùn)行時(shí)電機(jī)1和電機(jī)2內(nèi)的電流。圖4 (b)表示回饋制動(dòng)時(shí)兩臺(tái)串勵(lì)電機(jī)的 電流走向關(guān)系，17、 18—為回饋制動(dòng)運(yùn)行時(shí)電機(jī)1和電機(jī)2內(nèi)的電流。
圖5為利用接觸器的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)直流串勵(lì)電機(jī)正反向轉(zhuǎn)換的接線圖，圖中， COIL,為接觸器CON,的線圈，Kp K2為接觸器CONt常閉觸點(diǎn)，K3、 K4為 接觸器CON,常開(kāi)觸點(diǎn)，Mi為電樞繞組。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 一種用于電動(dòng)車的具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控制系 統(tǒng)，包括
1)基于微控制器的控制電路
電動(dòng)車完整的控制電路包括主控芯片、信號(hào)輸入及調(diào)理電路、輸出執(zhí)行 電路、故障顯示電路、輸入輸出隔離電路、功率電子開(kāi)關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路等。 電控系統(tǒng)的主控芯片采用微控制器MCU (如單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器)。信
號(hào)輸入及調(diào)理電路完成信號(hào)采集，輸入信號(hào)包括功率電子開(kāi)關(guān)器件的溫度信 號(hào)、電池電源的電壓信號(hào)、主電路電流信號(hào)、速度給定信號(hào)、功率電子開(kāi)關(guān)器件的過(guò)流保護(hù)信號(hào)、正反轉(zhuǎn)信號(hào)、急起動(dòng)信號(hào)、前進(jìn)后退和制動(dòng)控制信號(hào)
等。輸出電路主要包括4路功率電子開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路、故障狀態(tài)顯示電 路和控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的2路接觸器驅(qū)動(dòng)電路。輸入輸出隔離電路，主要包括 信號(hào)采集時(shí)直流電源和操作控制信號(hào)與單片機(jī)的輸入隔離電路，也包括輸出 電路中功率電子開(kāi)關(guān)和接觸器與微控制器的隔離電路。
2) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)雙電機(jī)的交叉連接
兩臺(tái)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用交叉連接方式。兩臺(tái)電機(jī)分別標(biāo)記為電機(jī)1和 電機(jī)2。首先，單臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組采用串勵(lì)方式，兩臺(tái)電機(jī)間采 用并聯(lián)方式。具體做法是，電機(jī)1先接勵(lì)磁繞組，再接電樞繞組；電機(jī)2先 接電樞繞組，再接勵(lì)磁繞組。然后，換接為交叉連接勵(lì)磁方式，電機(jī)1的電 樞繞組與電機(jī)2的勵(lì)磁繞組構(gòu)成一條支路，電機(jī)1的勵(lì)磁繞組與電機(jī)2的電 樞繞組構(gòu)成另一條支路，兩條支路并聯(lián)。
3) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路接線
本控制系統(tǒng)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路及其連接，采用2個(gè)大電流二極管、4個(gè) 大功率功率電子開(kāi)關(guān)(如大功率IGBT或并聯(lián)MOSFET)和2個(gè)正反向轉(zhuǎn)換 接觸器完成。電機(jī)控制主電路具有電動(dòng)運(yùn)行、能耗和回饋制動(dòng)、正反向轉(zhuǎn)換 功能。
實(shí)施例一
電控系統(tǒng)控制電路原理圖見(jiàn)圖1所示。控制系統(tǒng)的主控芯片采用微控制 器MCU (單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器DSP)， Ti為絕緣柵雙極開(kāi)關(guān)管IGBT散 熱板的溫度測(cè)量輸入信號(hào)，V,為直流電源電壓測(cè)量信號(hào)，h為主電路電機(jī)電 流測(cè)量信號(hào)，SPEED為速度給定信號(hào)，INV、 ST、 FORW、 BACK、 BRAKE 分別為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)信號(hào)、急起動(dòng)信號(hào)、前進(jìn)、后退和制動(dòng)控制信號(hào)等，控 制電路中還包括了各輸入信號(hào)的隔離電路和調(diào)理電路(放大濾波電路)，以便 各測(cè)量和控制信號(hào)能正確輸入微控制器MCU。微控制器控制4個(gè)紅色發(fā)光二極管LED廣LED4，顯示4種不同故障類型。MODt和MOD2分別為IGBT驅(qū) 動(dòng)模塊，1個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊可驅(qū)動(dòng)2個(gè)IGBT，共驅(qū)動(dòng)4路大功率IGBT。 CONJ卩CON2分別為控制2個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的接觸器，由MCU通過(guò)金屬 氧化物場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管MOSFET,和MOSFET2，控制接觸器CON,和CON2的線 圈電壓，實(shí)現(xiàn)接觸器觸點(diǎn)的通斷操作。電機(jī)主電路中4路IGBT由驅(qū)動(dòng)模塊 MODi和MOD2內(nèi)嵌隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，接觸器CON,和CON2的線圈控 制電路由光電隔離芯片實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
雙串勵(lì)電機(jī)交叉連接的電機(jī)主電路見(jiàn)圖2所示，M,和M2分別表示直流 串勵(lì)電機(jī)的電樞繞組，Wt和W2分別為直流串勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。雙串勵(lì)電 機(jī)采用交叉連接方式，即雙串勵(lì)電機(jī)在IGBTi和IGBT3間采用并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)， 在IGBl的發(fā)射極接串勵(lì)電機(jī)1，先接勵(lì)磁繞組WP再串接電樞M,。在IGBTi 的發(fā)射極接串勵(lì)電機(jī)2，先接電樞M2，再串接勵(lì)磁繞組W2。兩個(gè)串勵(lì)電機(jī)在 IGBl的發(fā)射極和IGBT3的集電極實(shí)現(xiàn)并聯(lián)。
雙電機(jī)主電路接線見(jiàn)圖2所示。M2、 W,和W2分別為兩個(gè)電機(jī)的電 樞繞組和勵(lì)磁繞組，IGBT廣IGBT4為4個(gè)大功率IGBT， Di和D2為可通過(guò)較 大電流的快恢復(fù)續(xù)流二極管。當(dāng)電動(dòng)車正常電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，IGBT,和IGBT3實(shí)現(xiàn) 直通操作，IGBT2斷開(kāi)，IGBT4進(jìn)行PWM斬波控制，當(dāng)IGBT4柵極控制信號(hào) 為高電平導(dǎo)通時(shí)，電源電壓施加到電機(jī)主回路，此時(shí)電機(jī)的電流流向關(guān)系見(jiàn) 圖3 (a)所示，圖中Ii和l2分別為兩個(gè)電機(jī)的電樞(也是勵(lì)磁)電流，直流 電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)IGBT4柵極控制信號(hào)為低電平關(guān)斷時(shí)，電機(jī)電流經(jīng)二極管 D2續(xù)流，電機(jī)的電流流向關(guān)系見(jiàn)圖3 (b)所示，圖中13和14分別為兩個(gè)電機(jī) 的電樞(也是勵(lì)磁)電流，直流電機(jī)仍電動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)車制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，控 制IGBl和IGBT3斷開(kāi)電路，IGBT2實(shí)現(xiàn)直通。對(duì)IGBT4進(jìn)行PWM斬波控制， PWM斬波模式下當(dāng)IGBT4柵極控制信號(hào)為高電平導(dǎo)通時(shí)，直流雙電機(jī)的電流 走向關(guān)系見(jiàn)圖4 (a)所示，圖中15和16分別為流過(guò)兩個(gè)電機(jī)的電流，此時(shí)電 動(dòng)車處于能耗制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)IGBT4柵極控制信號(hào)為低電平關(guān)斷時(shí)，直流雙電
10機(jī)的電流走向關(guān)系見(jiàn)圖4 (b)所示，圖中17和18分別為流過(guò)兩個(gè)電機(jī)的電流， 此時(shí)電動(dòng)車處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。采用回饋制動(dòng)和能耗制動(dòng)的實(shí)時(shí)優(yōu)化組合， 無(wú)疑將提高能源利用效率。若IGBT4不是進(jìn)行PWM斬波控制，也可以控制 IGBT4實(shí)現(xiàn)直通，此時(shí)電動(dòng)車一直處于能耗制動(dòng)狀態(tài)，兩電機(jī)的電流走向關(guān)系 同圖4(a)所示。
利用接觸器的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)直流串勵(lì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)換向的接線圖見(jiàn)圖5所示。 圖5中，&和K2分別為接觸器CON,的常閉觸點(diǎn)，K3和K4分別為接觸器COM 的常開(kāi)觸點(diǎn)。在接觸器CON,的線圈COILi斷電情況下，由觸點(diǎn)K1和K2接 通串勵(lì)電機(jī)1的電樞繞組Mp電機(jī)可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；在接觸器CONt線圈通電情 況下，由觸點(diǎn)K3和K4反向接通串勵(lì)電機(jī)1的電樞繞組M,，電機(jī)可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 由接觸器CON2換接電機(jī)2電樞繞組M2實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的接線方式和上述接線相 同。
實(shí)施例二
將實(shí)施例一中的IGBT廣IGBT4這4個(gè)大功率IGBT用MOSFET代替，根 據(jù)電機(jī)繞組中實(shí)際電流的大小，每個(gè)IGBT可用多個(gè)并聯(lián)的MOSFET代替。 同時(shí)將4個(gè)IGBT的2路驅(qū)動(dòng)模塊去掉，替換為MOSFET的隔離、驅(qū)動(dòng)和保 護(hù)電路。由于大功率IGBT和驅(qū)動(dòng)電路的價(jià)格比MOSFET及其驅(qū)動(dòng)電路的價(jià) 格高出許多，因此采用MOSFET后可大大降低電動(dòng)車控制系統(tǒng)成本，同時(shí)， MOSFET導(dǎo)通壓降也比IGBT小，器件本身功耗降低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括交叉連接的雙電機(jī)主電路和基于微控制器MCU的控制電路，其中所述交叉連接的雙電機(jī)主電路包括兩個(gè)用于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器、第一電機(jī)和第二電機(jī)，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，第一電機(jī)先接勵(lì)磁繞組，再接電樞繞組構(gòu)成一條支路，第二電機(jī)先接電樞繞組，再接勵(lì)磁繞組構(gòu)成另一條支路；第一電機(jī)勵(lì)磁繞組和第二電機(jī)電樞繞組與第一功率開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接，第一電機(jī)的電樞繞組和第二電機(jī)的勵(lì)磁繞組與第三功率開(kāi)關(guān)管的集電極連接，電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電流依次通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)管、并聯(lián)雙電機(jī)、第三功率開(kāi)關(guān)管；在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，雙電機(jī)換接為交叉連接勵(lì)磁方式，即第一電機(jī)的電樞繞組與第二電機(jī)的勵(lì)磁繞組串接構(gòu)成一條支路，第一電機(jī)的勵(lì)磁繞組與第二電機(jī)的電樞繞組構(gòu)成另一條支路，兩條支路并聯(lián)，該兩條并聯(lián)支路兩端分別接第一二極管的陰極和第二功率開(kāi)關(guān)管的集電極，制動(dòng)運(yùn)行時(shí)電流依次通過(guò)第一二極管、雙電機(jī)、第二功率開(kāi)關(guān)管；所述基于微控制器的控制電路包括一個(gè)與微控制器輸入端連接的用于信號(hào)采集的信號(hào)輸入及調(diào)理電路、一個(gè)微控制器、輸出執(zhí)行電路、故障狀態(tài)顯示電路、輸入輸出隔離電路，所述輸出執(zhí)行電路包括與微控制器的輸出端信號(hào)連接的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路的兩路輸出分別連接至兩個(gè)用于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器；所述輸出執(zhí)行電路還包括與微控制器的輸出端連接的四路功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊輸出四路控制信號(hào)分別連接到雙電機(jī)主電路的四個(gè)對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)管的控制極；所述輸入輸出隔離電路用于直流電源和操作控制信號(hào)與微控制器的輸入隔離、輸出執(zhí)行電路中功率開(kāi)關(guān)管和接觸器與微控制器的隔離，由光隔器件和開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)芯片的內(nèi)嵌隔離電路構(gòu)成。
2、 如權(quán)利要求1所述的具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)輸入的信號(hào)包括功率電子開(kāi)關(guān)器件的溫度信 號(hào)、電源電壓信號(hào)、主電路電機(jī)電流信號(hào)、速度給定信號(hào)、器件過(guò)流保護(hù)信 號(hào)和其它控制信號(hào)。
3、 如權(quán)利要求1所述的具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控 制系統(tǒng)，其特征在于，所述功率開(kāi)關(guān)管采用絕緣柵雙極晶體管IGBT或金屬 氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET，當(dāng)直流電機(jī)功率較大時(shí)，采用大功率絕緣柵 雙極晶體管或多個(gè)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管并聯(lián)以通過(guò)較大的電流。
4、 如權(quán)利要求1所述的具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控 制系統(tǒng)，其特征在于，所述故障狀態(tài)顯示電路包括與微控制器連接的四個(gè)紅 色發(fā)光二極管，用于顯示四種不同故障類型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電動(dòng)車的具有制動(dòng)功能的串勵(lì)直流交叉連接雙電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于包括核心單元微控制器MCU、具備完整的信號(hào)輸入及調(diào)理電路、輸出執(zhí)行電路、故障顯示電路、輸入輸出隔離電路、功率電子開(kāi)關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路等；兩臺(tái)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用交叉連接方式，即單臺(tái)電機(jī)本身為串勵(lì)方式，兩臺(tái)電機(jī)間采用并聯(lián)形式；電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路接線，采用2個(gè)電流續(xù)流二極管、4個(gè)功率開(kāi)關(guān)電子器件、2個(gè)接觸器等組成。本發(fā)明公開(kāi)的電機(jī)連接方式、主電路及控制器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)、限流起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)等功能。電機(jī)可再生制動(dòng)，效率高，整個(gè)系統(tǒng)具有控制功能完善、可靠性高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P5/685GK101552584SQ20091002249
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者劉新正, 婁建勇, 梁得亮, 鮑偉宏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)