一種基于反激式控制模式的控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括電源電路、位置檢測電路、電流檢測電路、控制電路以及功率輸出電路，所述功率輸出電路中包含有一個受控的能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)和能量轉(zhuǎn)換電路，所述能量轉(zhuǎn)換電路包括電容C電路或電感L電路或LC電路，當斷開電源后，所述能量轉(zhuǎn)換電路采用電容C電路或電感L電路或LC電路與電機繞組的電感以并聯(lián)或串聯(lián)的形式共同構(gòu)成一個振蕩電路，使之依靠存儲在電機繞組中的能量實現(xiàn)有衰減的周期振蕩。通過將本實用新型的控制器應(yīng)用于正激式控制模式的電機或反激式控制模式的電機中，使其電機在放電的過程中其欲泄放的電流能夠被重復(fù)利用，以達到最大化節(jié)能的效果。
【專利說明】一種基于反激式控制模式的控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于反激式控制模式的控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]如果我們將電源提供能量時對外做功定義為正向激勵控制模式、那么關(guān)斷電源時利用存儲的能量來做功則可定義為反激式(Flyback)控制模式?，F(xiàn)有電機的控制模式均為正向激勵的控制模式。
[0003]目前，絕大多數(shù)常規(guī)的機電裝置都由電系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和聯(lián)系兩者的耦合磁場組成。根據(jù)能量守恒原理，有下式成立:由電源輸入的電能=耦合磁場內(nèi)儲能的增加+裝置內(nèi)部的能量損耗+輸出的機械能，當忽略損耗時其能量傳遞關(guān)系為dwf=dwe-dwm，其中dWe為系統(tǒng)的微分電能輸入，dwf為微分磁能增量，dWm為系統(tǒng)微分機械能輸出。對于常規(guī)電機而言，耦合磁場內(nèi)的儲能并不會轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，而當其換相時，剩余的這部分能量的泄放則會產(chǎn)生相應(yīng)的負轉(zhuǎn)矩，而在傳統(tǒng)的計算方式中這又是被計算者認為可以被忽略的部分。
[0004]常規(guī)電機采用的是正向激磁工作模式，其工作在電流的上升階段，三相電機中每相的工作周期為1/3，依靠電流的增量在對外做功，即常規(guī)電機吸收能量時做功，而其釋放能量時則會產(chǎn)生相應(yīng)的負轉(zhuǎn)矩。
[0005]在常規(guī)電機的電流斬波過程中，其功率電路的續(xù)流過程如圖2所示，有采用單管關(guān)斷或雙管關(guān)斷的二種方案，二者略有不同。圖2所示的電路為采用雙管斬波時的情形，雙管關(guān)斷時放電迅速，存儲的能量可以通過二個續(xù)流二極管回饋電源，適用于速度較高時應(yīng)用(如圖3所示，其電流波形為一下降的波形)，而單管關(guān)斷其存儲的能量不會回饋電源，而是通過一個續(xù)流二極管自我續(xù)流，直至其存儲的能量消耗殆盡。在常規(guī)電機的電流斬波過程中，電源輸入的電流在達到斬波設(shè)定值前，輸入電流的增量在做功，而達到斬波設(shè)定值時，由于斬波過程切斷了電源的輸入回路，因而在斬波的過程中電機并不做功，直至斬波過程結(jié)束重新接通電源為止。對于開關(guān)磁阻電機而言，其正激式控制模式就是當轉(zhuǎn)子的極軛與某相定子的極軛對齊時，關(guān)斷該相繞組，并接通位于旋轉(zhuǎn)方向前方的另一相繞組。如圖1所示，電機逆時針旋轉(zhuǎn)，首先給某相電磁繞組通電，使其確定位置，然后在按轉(zhuǎn)動方向的要求順序的給其它相的電磁繞組通電，再根據(jù)位置檢測信號來確定各相的依次導(dǎo)通和關(guān)斷。如當光電信號a出現(xiàn)時，給繞組A通電，當光電信號b出現(xiàn)時，給繞組B通電，繞組A斷電，以此類推。
[0006]可以看出，在常規(guī)的正向激勵控制模式中，由于在電流斬波控制的過程中，電流是由最大值開始減小，其對外并不做功，而在關(guān)斷的時刻電流也是由最大值開始減小，但由于此時正處于電流的換向時刻，對于剛接通的繞組其電流尚在建立的過程中，其所做的功尚不足以克服前個繞組放電所產(chǎn)生的負轉(zhuǎn)矩，電機會出現(xiàn)短暫的停頓現(xiàn)象，只有當其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于前個繞組放電所產(chǎn)生的負轉(zhuǎn)矩時，電機才會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這也就是開關(guān)磁阻電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的主要原因。實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的在于:針對上述存在的問題，提供一種使正激式控制模式的電機或反激式控制模式的電機在放電或電流斬波的過程中其欲泄放的電流能夠被重復(fù)利用，以達到最大化節(jié)能效果的基于反激式控制模式的控制器。
[0008]對于反激式電機控制模式，其根據(jù)能量守恒原理，忽略損耗時有下式成立:
[0009]Wf=We+Wm= f eidt- f Fedx
[0010]由于采用了反激式控制模式的電機在電磁系統(tǒng)吸收能量時并不對外做功，gpWm=O，則有:
[0011]We=Wf
[0012]即電磁系統(tǒng)從電源所吸收的能量全部轉(zhuǎn)換為耦合磁場的儲能。而當電磁系統(tǒng)釋放能量時已停止輸入電能，即we=0，則有:
[0013]Wm=Wf
[0014]即在采用反激式控制模式時，耦合磁場中的儲能可以全部轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)輸出的機械能。由此也可以看出正激和反激這二種控制模式的根本區(qū)別之所在，而這也就是采用反激式控制模式之所以可以節(jié)能的根本原因。
[0015]反向激勵控制模式的具體實現(xiàn)方式為:電機的啟動過程采用正向激勵控制模式，當達到某一設(shè)定的速度時，啟動過程結(jié)束，控制器開始按照反激式控制模式工作。假設(shè)在運轉(zhuǎn)中到達如圖1所示的位置時，轉(zhuǎn)子的極軛處在B相的位置，電機按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當收到b位置信號時，首先給A相的電磁繞組通電，電機沿離開A相的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當收到c位置信號時，表明轉(zhuǎn)子的極軛已離開B相的位置處在C相的位置下，此時給A相的電磁繞組斷電,給B相的電磁繞組通電.由于之前的通電已使A相的電磁繞組達到了最大的充電電流，并且由于電感中的電流不能產(chǎn)生突變，故A相的電磁繞組在最大電流時開始放電，該電流所產(chǎn)生的強磁場迅速地將處在C相的位置上的轉(zhuǎn)子極軛向A相的位置吸引，其余各相的工作過程余此類推。
[0016]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括電源電路、位置檢測電路、電流檢測電路、控制電路以及功率輸出電路，其特征在于:所述的控制器其控制電路根據(jù)位置檢測電路提供的轉(zhuǎn)子位置信號，分別控制各相電機繞組將預(yù)先存儲的能量在控制器斷開電源時通過功率輸出電路釋放能量對外做功，所述功率輸出電路中包含有一個受控的能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)和能量轉(zhuǎn)換電路，所述能量轉(zhuǎn)換電路包括電容C電路或電感L電路或LC電路，當斷開電源后，所述能量轉(zhuǎn)換電路采用電容C電路或電感L電路或LC電路與電機繞組的電感以并聯(lián)或串聯(lián)的形式共同構(gòu)成一個振蕩電路，使之依靠存儲在電機繞組中的能量實現(xiàn)有衰減的周期振蕩。
[0017]本實用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述控制開關(guān)為一雙向的導(dǎo)通開關(guān)，其一端與能量轉(zhuǎn)換電路的一端連接，其另一端與電機繞組的一端連接，電機繞組的另一端與所述能量轉(zhuǎn)換電路的另一端連接，所述控制開關(guān)的接通或斷開確定能量轉(zhuǎn)換電路與電機繞組接通或斷開。
[0018]本實用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率輸出電路采用雙管控制時，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管Dl、D2，以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端與開關(guān)管T2的一端即端點B連接，開關(guān)管T2的另一端與電源負極連接；所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電源正極連接，其陽極與端點B連接，所述續(xù)流二極管D2的陽極與電源負極連接，其陰極與端點A連接；所述開關(guān)管Tl和T2的控制端與控制電路連接，在端點A與端點B之間連接有能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)K和電容C，所述控制開關(guān)C的一端與端點A連接，其另一端與電容C連接，所述電容C的另一端與端點B連接。
[0019]本實用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率輸出電路采用單管控制時，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管Dl、D2、電容C以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端即端點B與電源的負極連接，所述T2 —端與電容C連接，其另一端與端點B連接，所述電容C的另一端與端點A連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電源正極連接，其負極與端點A連接，所述續(xù)流二極管D2與T2并聯(lián)，其陰極與電容C連接，其陽極與端點B連接。
[0020]本實用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其在所述能量轉(zhuǎn)換單元實現(xiàn)有衰減的周期振蕩過程中，單個控制周期內(nèi)通過某相電磁繞組L的電流方向不發(fā)生變化。
[0021]本實用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率輸出電路采用單個線圈的控制方式，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管Dl、D2、電容C、開關(guān)K1、K2，以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端與開關(guān)管T2的一端即端點B連接，開關(guān)管T2的另一端與電源負極連接，所述續(xù)流二極管DI的陰極與電容C連接，其陽極與端點B連接，所述續(xù)流二極管D2的陰極與端點A連接，其陽極與電源的負極連接，所述開關(guān)Kl 一端與端點A連接，其另一端與電容C連接，所述開關(guān)K2 —端與端點B連接，其另一端與電源的負極連接，所述電容的另一端與電源的負極連接。
[0022]本實用新型所述的基于反激式控制模式的控制器，其所述功率輸出電路采用星型連接繞組的控制方式，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、T3、T4、T5、T6、續(xù)流二極管Dl、D2、電容C、開關(guān)K、KU K2、隔離二極管D以及三相電磁繞組L1、L2、L3，所述開關(guān)管Tl、T3、T5的一端分別與開關(guān)K的一端相連,開關(guān)K的另一端與電源正極連接,其另一端分別與對應(yīng)的三相電磁繞組L1、L2、L3 —端連接，所述三相電磁繞組L1、L2、L3的另一端互連，所述開關(guān)管T2、T4、T6的一端分別與對應(yīng)的開關(guān)管Tl、T3、T5連接，其另一端與電源負極連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電容C、開關(guān)Kl的并聯(lián)端連接，其陽極與開關(guān)K2的一端連接，所述續(xù)流二極管D2的陰極與開關(guān)K2的一端連接，其陽極與電容C、開關(guān)K2的并聯(lián)端連接，所述隔離二極管D的一端與K1、D2連接，其另一端與T1、T3、T5及開關(guān)K的并聯(lián)端連接。
[0023]通過將本實用新型的控制器應(yīng)用于正激式控制模式的電機或反激式控制模式的電機中，使該電機在放電或電流斬波的過程中其欲泄放的電流能夠被重復(fù)利用，以達到最大化節(jié)能的效果。采用了本實用新型的控制器的電機可以在較小的電流下穩(wěn)定的工作，除了可以使用交流電源供電外，還可以使用如太陽能電池、蓄電池等多種供電形式，同時又具有電動、發(fā)電以及電磁制動功能，因而其具有廣泛的用途，尤其適合于空調(diào)壓縮機、風扇、電動縫紉機、電動車等各種場合的應(yīng)用。
[0024]本實用新型產(chǎn)生的有益效果是:
[0025]1、采用了本實用新型中控制器的電機與常規(guī)永磁電機相比較，可以在較小的電流作用下獲得較大的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩/電流比大，可實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。
[0026]2、采用本實用新型控制器的電機結(jié)構(gòu)設(shè)計時計算簡單，便于建模和仿真。
[0027]3、本實用新型的控制器控制回路簡單且控制方式方便，易于實現(xiàn)各種調(diào)速控制。
[0028]4、與同等規(guī)格的常規(guī)永磁電機相比，除了可以不使用永磁材料外，還可節(jié)約15%?20%的用銅量和用鐵量。
[0029]5、與常規(guī)永磁電機相比較，可控參數(shù)更多，便于優(yōu)化電機的性能。
[0030]6、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕且功率擴展方便，具有較好的功率密度比和轉(zhuǎn)矩密度比。
[0031]7、效率更高，且具有更好的節(jié)能表現(xiàn)。
[0032]8、采用模塊化結(jié)構(gòu)，使其可靠性更高。
[0033]9、電機溫升低、無脈動、噪聲小。
[0034]10、可根據(jù)負載的狀況靈活選用各種不同的控制方案，這也是反激式控制技術(shù)與本實用新型技術(shù)相結(jié)合的電機所獨有的特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是一種反激式電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是常規(guī)電機中功率電路續(xù)流過程示意圖。
[0037]圖3是常規(guī)電機的電流斬波控制過程示意圖。
[0038]圖4是在反激式電機或常規(guī)的開關(guān)磁阻電機中采用雙管控制時能量環(huán)流電路的工作原理示意圖。
[0039]圖5是在反激式電機或常規(guī)的開關(guān)磁阻電機中采用單管控制時能量環(huán)流電路的工作原理示意圖。
[0040]圖6是圖5中電容C在振蕩過程中的電壓波形圖。
[0041]圖7是采用能量環(huán)流的永磁電機單個線圈控制的原理示意圖。
[0042]圖8是圖7中電容C在振蕩過程中的電壓波形圖。
[0043]圖9是采用能量環(huán)流的永磁電機采用星型連接繞組的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0045]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0046]—種基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括電源電路、位置檢測電路、電流檢測電路、控制電路以及功率輸出電路，所述功率輸出電路中包含有一個受控的能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)和能量轉(zhuǎn)換電路，所述能量轉(zhuǎn)換電路包括電容C電路或電感L電路或LC電路，當斷開電源后，所述能量轉(zhuǎn)換電路采用電容C電路或電感L電路或LC電路與電機繞組的電感以并聯(lián)或串聯(lián)的形式共同構(gòu)成一個振蕩電路，使之依靠預(yù)先存儲在電機繞組中的能量實現(xiàn)有裳減的周期振湯。
[0047]實施例1:如圖4所示，在如圖1所示的電機或常規(guī)的開關(guān)磁阻電機中，所述控制開關(guān)為一雙向的導(dǎo)通開關(guān)，其一端與能量轉(zhuǎn)換電路的一端連接，其另一端與電機繞組的一端連接，電機繞組的另一端與所述能量轉(zhuǎn)換電路的另一端連接，所述控制開關(guān)的接通或斷開確定能量轉(zhuǎn)換電路與電機繞組接通或斷開。
[0048]采用雙管控制時，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管D1、D2，以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端與開關(guān)管T2的一端即端點B連接，開關(guān)管T2的另一端與電源負極連接；所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電源正極連接，其陽極與端點B連接，所述續(xù)流二極管D2的陽極與電源負極連接，其陰極與端點A連接；所述開關(guān)管Tl和T2的控制端與控制電路連接，在端點A與端點B之間連接有能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)K和電容C，所述控制開關(guān)C的一端與端點A連接，其另一端與電容C連接，所述電容C的另一端與端點B連接。
[0049]在上述的關(guān)斷過程中，在未啟用能量轉(zhuǎn)換單元時，如圖2所示，可采用單管關(guān)斷或雙管關(guān)斷的二種方案，二者略有不同，雙管關(guān)斷時放電迅速，存儲的能量可以通過二個續(xù)流二極管回饋電源，適用于速度較高時應(yīng)用，而單管關(guān)斷其存儲的能量不會回饋電源，而是通過一個續(xù)流二極管自我續(xù)流，直至其存儲的能量消耗殆盡。
[0050]在啟用能量轉(zhuǎn)換單元時，如圖4所示的結(jié)構(gòu)，此時采用單管關(guān)斷或雙管關(guān)斷的差別不大，以雙管關(guān)斷來說明其工作過程。當關(guān)斷T1、T2管時，電磁繞組L的輸入回路已被斷開，閉合開關(guān)K，使電容C與電磁繞組L相并聯(lián)，則構(gòu)成了一個LC振蕩電路。假設(shè)之前電容C上電壓為零，則電磁繞組L中的放電電流逆時針流動使電容C被反向充電，其極性為左負右正。當電磁繞組L中的電流下降為零時，電容C已被反向充電至最大電壓，電容C開始向電磁繞組L反向放電，其放電電流為順時針方向流動，以此形成的衰減振蕩直至開關(guān)K被斷開，或電路中的電流減少到預(yù)定的下限值結(jié)束。
[0051 ] 在圖4所示的電路中，由于開關(guān)K的閉合使電流在LC振蕩電路內(nèi)流動，在D1、D2這二個續(xù)流二極管中沒有回路，所以在實際應(yīng)用時可以去除，故在本電路中用虛線表示。
[0052]由圖4所示的電路結(jié)構(gòu)可以看出，在采用反激式控制模式時弓丨入能量環(huán)流(再生)技術(shù)，只要完成數(shù)個周期的振蕩過程，即可以展現(xiàn)出非常優(yōu)秀的節(jié)能特性，對于小型電機而言，其最佳的結(jié)合點是:選擇合適的極軛寬度和數(shù)量，使之在采用反激式控制模式中(需選擇合適的控制電壓及控制角Θ )，并在引入能量環(huán)流(再生)技術(shù)時，使其在振蕩能量衰竭前(或到達預(yù)定的下限值前)，完成單次的控制過程，亦即使電機在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過單個極軛的寬度。
[0053]實施例2:如圖5所示，在如圖1所示的電機或常規(guī)的開關(guān)磁阻電機中，所述控制開關(guān)為一雙向的導(dǎo)通開關(guān)，其一端與能量轉(zhuǎn)換電路的一端連接，其另一端與電機繞組的一端連接，電機繞組的另一端與所述能量轉(zhuǎn)換電路的另一端連接，所述控制開關(guān)的接通或斷開確定能量轉(zhuǎn)換電路與電機繞組接通或斷開。
[0054]所述功率輸出電路采用單管控制時，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管Dl、D2、電容C以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端即端點B與電源的負極連接，所述T2 —端與電容C連接，其另一端與端點B連接，所述電容C的另一端與端點A連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電源正極連接，其負極與端點A連接，所述續(xù)流二極管D2與T2并聯(lián)，其陰極與電容C連接，其陽極與端點B連接。
[0055]圖5給出了一種采用單管控制的能量轉(zhuǎn)換單元電路的原理圖，電機采用星型接法，其中性點接地，由圖中可以看出，當去掉C、T2、D2后，該電路即為常規(guī)的開關(guān)磁阻電機的控制電路，二極管Dl此時僅作為Tl的保護管，而C、T2、D2等則構(gòu)成了能量轉(zhuǎn)換單元電路，圖6為電容C在振蕩過程中的電壓波形。
[0056]在圖5中，電機無論在正向激勵模式或反向激勵模式均可以正常工作，其具體的工作原理為:當某相的光電信號出現(xiàn)后給該相繞組L通電后，當其電流上升到斬波值時，則Tl管被關(guān)斷(類似斬波關(guān)斷但不再被接通)，T2管被接通。由于此時繞組L中的電流方向不變且達到最大值，其通過續(xù)流二極管D2-C-L構(gòu)成回路，給電容C充電，使其極性為上負下正，當繞組L中的電流下降為零時，電容的電壓達到最大值，電容的放電電流通過T2管-L-C構(gòu)成回路，如此反復(fù)循環(huán)構(gòu)成一個有衰減的振蕩電路。當其到達預(yù)定的下限值前(或其所存儲的振蕩能量衰竭前)或者后續(xù)的光電信號出現(xiàn)，則斷開T2管，使振蕩回路切斷，即完成了單次的控制過程。
[0057]在進行能量轉(zhuǎn)換單元控制時，假設(shè)電容C上的初始電壓為零，電容C與繞組L進行能量交換，電容C的波形如圖6所示，只要合理的選擇電容C的參數(shù)，使之在振蕩過程中的衰減盡可能減小，即盡可能使一次振蕩過程能維持轉(zhuǎn)過單個極軛所需的時間，則可產(chǎn)生最佳的控制效果。在進行LC振蕩的過程中，由于是完全的能量交換，因此在電容C的放電過程中，繞組L是吸收能量可以對外做功，達到重復(fù)利用所存儲能量的目的。
[0058]實施例3:對于永磁電機而言，由于永磁體的存在，使其有對應(yīng)確定的電流流向，因而在單個控制周期中(同一極軛下)，電流的方向不能發(fā)生改變，這是使用能量轉(zhuǎn)換單元技術(shù)時必須考慮的前提條件。即在所述能量轉(zhuǎn)換單元實現(xiàn)有衰減的周期振蕩過程中，單個控制周期內(nèi)通過某相電磁繞組L的電流方向不發(fā)生變化。
[0059]對于永磁電機而言，由于其接線方式有不同的形式，因而其引入能量轉(zhuǎn)換單元時對應(yīng)的結(jié)構(gòu)也會略有不同。
[0060]如圖7所示，本實施例為單個線圈的控制方式，其中，所述功率輸出電路采用單個線圈的控制方式，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管Dl、D2、電容C、開關(guān)K1、K2，以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端與開關(guān)管T2的一端即端點B連接，開關(guān)管T2的另一端與電源負極連接，所述續(xù)流二極管DI的陰極與電容C連接，其陽極與端點B連接，所述續(xù)流二極管D2的陰極與端點A連接，其陽極與電源的負極連接，所述開關(guān)Kl 一端與端點A連接，其另一端與電容C連接，所述開關(guān)K2 —端與端點B連接，其另一端與電源的負極連接，所述電容的另一端與電源的負極連接。
[0061]永磁電機在單個線圈的控制方式中，通常采用上下管的控制結(jié)構(gòu)，其連接形式如圖7所示，在常規(guī)控制方式中，當進行電流斬波控制時，是通過Dl、D2 二個續(xù)流二極管構(gòu)成續(xù)流回路，在本電路中續(xù)流二極管Dl的陽極與電源的連接回路已被斷開，故只能進行單管斬波控制。當關(guān)斷Tl管時，續(xù)流二極管D2、線圈L、開關(guān)管T2可構(gòu)成單管的續(xù)流回路。
[0062]其工作過程如下:
[0063]當需要進行斬波控制時，關(guān)斷開關(guān)管Tl、T2，存儲在繞組L中的能量由L的下端、經(jīng)二極管D1、電容C到D2、再由二極管D2返回到繞組L的上端，構(gòu)成電容C的充電回路，此充電過程為自然續(xù)流過程，只要開關(guān)管Tl、T2被關(guān)斷，即進入此過程。
[0064]電容C的充電過程一直進行到繞組L中流過的電流為零時結(jié)束，當電路中的電流為零時，電容C的電壓被充到最大值，此時電容C上的電壓方向為上正下負，接通開關(guān)K1、K2,電容C開始進入放電過程，放電電流由電容C的上端、經(jīng)開關(guān)K1、繞組L的上端進入繞組，再經(jīng)繞組L的下端、開關(guān)K2回到電容C的下端，由此構(gòu)成電容C的放電回路，電容C的放電過程一直進行到電容二端的電壓為零時結(jié)束，此時繞組中的電流已達到最大值，斷開開關(guān)K1、K2后，繞組L又進入到前述的電容C的充電過程，由此持續(xù)往復(fù)，構(gòu)成LC振蕩回路，直到電路中的能量損耗到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值或此控制周期已結(jié)束時為止。
[0065]圖8給出了電容C上的電壓波形，在繞組L中流過的電流，始終保持初始的電流方向，即由上往下流過繞組L，因而在整個能量環(huán)流再生利用的過程中，其磁場方向保持不變，滿足了控制系統(tǒng)的要求。
[0066]由于在常規(guī)的續(xù)流過程中，當電流在減小時，電機對外并不做功，而采用能量環(huán)流再生利用控制技術(shù)時，在預(yù)先存儲的能量的泄放過程中，是可以對外做功的，在數(shù)個有效的周期內(nèi)利用振蕩形成繞組L所需的電流，減少了外部的能量輸入，因而在其它條件不變的前提下，即可以獲得顯著的節(jié)能效果，由其控制原理可以看出，形成有效的振蕩周期的數(shù)量決定了其最終的節(jié)能效果。
[0067]實施例4:如圖9所示，為永磁電機采用星型連接繞組的控制方式的電路原理圖。對于永磁同步電機而言，其電磁繞組的連接形式一般有星型和三角形的二種連接方式，與開關(guān)磁阻型永磁電機不同點是其繞組的控制是多相的控制模式，星型連接的一般是控制二相，而三角形連接的是控制三相，因而當引入能量環(huán)流(再生)控制技術(shù)時的控制要求也有所不同，但其相同點是在單個控制周期中，繞組中電流方向不能發(fā)生改變。
[0068]其中，所述功率輸出電路采用星型連接繞組的控制方式，所述功率輸出電路采用星型連接繞組的控制方式，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、T3、T4、T5、T6、續(xù)流二極管D1、D2、電容C、開關(guān)K、K1、K2、隔離二極管D以及三相電磁繞組L1、L2、L3，所述開關(guān)管Tl、T3、T5的一端分別與開關(guān)K的一端相連,開關(guān)K的另一端與電源正極連接,其另一端分別與對應(yīng)的三相電磁繞組L1、L2、L3 —端連接，所述三相電磁繞組L1、L2、L3的另一端互連，所述開關(guān)管T2、T4、T6的一端分別與對應(yīng)的開關(guān)管Tl、T3、T5連接，其另一端與電源負極連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電容C、開關(guān)Kl的并聯(lián)端連接，其陽極與開關(guān)K2的一端連接，所述續(xù)流二極管D2的陰極與開關(guān)K2的一端連接，其陽極與電容C、開關(guān)K2的并聯(lián)端連接，所述隔離二極管D的一端與K1、D2連接，其另一端與Tl、T3、T5及開關(guān)K的并聯(lián)端連接。
[0069]其中，Tl?T6為常規(guī)永磁電機的控制結(jié)構(gòu)，采用上下管H橋的模式，電機繞組L1、L2、L3的一端(同相端)相連接，而其另一端分別與對應(yīng)的上下管的中點相連接，其控制模式為開關(guān)管Tl和T4、T3和Τ6、Τ5和Τ2分別同時導(dǎo)通或關(guān)斷，當開關(guān)管Tl和Τ4導(dǎo)通時，電源的電流通過開關(guān)管Tl、繞組L1、中性點、L2、開關(guān)管Τ4到地，構(gòu)成電流回路。此時繞組LI和繞組L2中電流的方向相反，因而其各自產(chǎn)生的磁場也是相反的，滿足其常規(guī)的控制要求。
[0070]其工作過程如下:
[0071]當需要進行斬波控制時，關(guān)斷開關(guān)K，使電源回路被切斷，此時保持開關(guān)管Tl和Τ4的導(dǎo)通狀態(tài)不變，則繞組LI和L2中的電流通過開關(guān)管Τ4到Dl、續(xù)流二極管Dl向電容C充電，再經(jīng)電容C的下端、續(xù)流二極管D2、隔離二極管D、開關(guān)管Tl回到繞組LI，由此構(gòu)成電容C的充電回路。
[0072]電容C的充電過程一直進行到繞組L1、L2中流過的電流為零時結(jié)束，當電路中的電流為零時，電容C的電壓被充到最大值，此時電容C上的電壓方向為上正下負，接通開關(guān)Κ1、Κ2，電容C開始進入放電過程，放電電流由電容C的正端、經(jīng)開關(guān)Κ1、隔離二極管D、開關(guān)管T1、繞組LI和L2、開關(guān)管Τ4、開關(guān)Κ2返回到電容C的負端，由此構(gòu)成電容C的放電回路，電容C的放電過程一直進行到電容二端的電壓為零時結(jié)束，此時繞組中的電流已達到最大值，斷開開關(guān)Κ1、Κ2后，繞組L又進入到前述的電容C的充電過程，由此持續(xù)往復(fù)，構(gòu)成LC振蕩回路，直到電路中的能量損耗到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值或此控制周期已結(jié)束時為止。
[0073]圖8給出了電容C上的電壓波形，在繞組LI和L2中流過的電流，始終保持初始的電流方向，即在LI中由上往下流過繞組LI，而在L2中由下往上流過繞組L2，因而在整個能量環(huán)流再生利用的過程中，其二個繞組的磁場方向保持不變，滿足了控制系統(tǒng)的要求。
[0074]在三角形的連接形式中，其狀態(tài)類似于星型連接的狀態(tài)，故在此不再贅述。
[0075]由上述的分析可以看出，能量環(huán)流再生利用技術(shù)其實就是在電流斬波過程中將繞組中所存儲的能量以LC振蕩電路的能量交換方式加以循環(huán)再生利用，只要電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)配置恰當，即盡可能的減少振蕩過程中的能量損耗，則可達到將電磁繞組L中所存儲的能量發(fā)揮到最大作用效果的目的。
[0076]采用了上述反激式控制器的電機控制方法，所述的控制方法使電機的繞組在釋放能量時能對轉(zhuǎn)子的極軛做功；當所述反激式控制器用于反激式的電機時，其控制方法包含使電機的繞組在不做功時存儲能量、瞬間釋放能量時對轉(zhuǎn)子的極軛做功，當所述反激式控制器用于正激式的電機時，其控制方法包含使電機的繞組在存儲能量及釋放能量的過程中都對轉(zhuǎn)子的極軛做功。
[0077]所述控制方法具體為:
[0078]a)、控制電路通過設(shè)置在控制器中的電流檢測電路，監(jiān)測主電路的電流變化狀況，判斷是否需要接通能量交換電路；
[0079]b)、控制電路通過控制設(shè)置在功率電路中的控制開關(guān)可實現(xiàn)與能量交換電路的接通或關(guān)斷的操作；
[0080]C)、當控制電路確定可以進行能量交換操作時，通過設(shè)定的程序啟動控制開關(guān)，使能量交換電路與相應(yīng)的電機繞組接通,構(gòu)成一個振蕩電路，以振蕩的形式實現(xiàn)持續(xù)的電路能量交換，直至電機繞組內(nèi)所存儲的能量降至預(yù)先設(shè)定的下限值或控制程序要求關(guān)斷時為止。
[0081]其中，所述的控制方法使電機在釋放能量的過程中將其存儲在電機繞組中的能量與另一儲能電路進行能量交換，通過振蕩的方式實現(xiàn)電機的繞組在釋放能量時能對轉(zhuǎn)子的極軛做功，此過程可重復(fù)持續(xù)，直至電機繞組內(nèi)所存儲的能量降至預(yù)先設(shè)定的下限值或控制程序要求關(guān)斷時為止。所述的控制方法為控制電路根據(jù)負載情況確定是否需要加入能量環(huán)流控制，并進行相應(yīng)的控制操作，同時對于永磁電機的控制器，前述的能量交換電路的結(jié)構(gòu)和控制電路所執(zhí)行的控制程序使控制電路在同一個控制周期內(nèi)，流過電機繞組的電流方向不變。
[0082]對于不使用永磁體的電機而言，其控制器中的控制電路的控制方法為:采用正激式的啟動模式，當其運轉(zhuǎn)速度達到控制程序所設(shè)定的速度值時，將控制模式切換為反激式控制模式，再根據(jù)負載的運行狀況，控制電路有選擇的進行反激式控制、反激式控制結(jié)合能量環(huán)流控制、以及間斷性的正反向激勵交替的幾種不同的方式進行電機的控制操作；對于使用永磁體的電機而言，其控制器中的控制電路的控制方法為:采用正激式的啟動模式，當其運轉(zhuǎn)速度達到控制程序所設(shè)定的速度值時，控制電路根據(jù)負載情況確定是否需要加入能量環(huán)流控制，并進行相應(yīng)的控制操作。此時，能量交換電路的結(jié)構(gòu)和控制電路所執(zhí)行的控制程序已經(jīng)可以確保在相同的控制周期中，流過電機繞組的電流方向不變。
[0083]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于反激式控制模式的控制器，所述的控制器包括電源電路、位置檢測電路、電流檢測電路、控制電路以及功率輸出電路，其特征在于:所述的控制器其控制電路根據(jù)位置檢測電路提供的轉(zhuǎn)子位置信號，分別控制各相電機繞組將預(yù)先存儲的能量在控制器斷開電源時通過功率輸出電路釋放能量對外做功，所述功率輸出電路中包含有一個受控的能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)和能量轉(zhuǎn)換電路，所述能量轉(zhuǎn)換電路包括電容C電路或電感L電路或LC電路，當斷開電源后，所述能量轉(zhuǎn)換電路采用電容C電路或電感L電路或LC電路與電機繞組的電感以并聯(lián)或串聯(lián)的形式共同構(gòu)成一個振蕩電路，使之依靠存儲在電機繞組中的能量實現(xiàn)有裳減的周期振湯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于:所述控制開關(guān)為一雙向的導(dǎo)通開關(guān)，其一端與能量轉(zhuǎn)換電路的一端連接，其另一端與電機繞組的一端連接，電機繞組的另一端與所述能量轉(zhuǎn)換電路的另一端連接，所述控制開關(guān)的接通或斷開確定能量轉(zhuǎn)換電路與電機繞組接通或斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于:所述功率輸出電路采用雙管控制時，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管Dl、D2，以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端與開關(guān)管T2的一端即端點B連接，開關(guān)管T2的另一端與電源負極連接；所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電源正極連接，其陽極與端點B連接，所述續(xù)流二極管D2的陽極與電源負極連接，其陰極與端點A連接；所述開關(guān)管Tl和T2的控制端與控制電路連接，在端點A與端點B之間連接有能量轉(zhuǎn)換單元，所述能量轉(zhuǎn)換單元包括控制開關(guān)K和電容C,所述控制開關(guān)K的一端與端點A連接，其另一端與電容C連接，所述電容C的另一端與端點B連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于:所述功率輸出電路采用單管控制時，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管D1、D2、電容C以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端即端點B與電源的負極連接，所述T2 —端與電容C連接，其另一端與端點B連接，所述電容C的另一端與端點A連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電源正極連接，其負極與端點A連接，所述續(xù)流二極管D2與T2并聯(lián)，其陰極與電容C連接，其陽極與端點B連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于:在所述能量轉(zhuǎn)換單元實現(xiàn)有衰減的周期振蕩過程中，單個控制周期內(nèi)通過某相電磁繞組L的電流方向不發(fā)生變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于:所述功率輸出電路采用單個線圈的控制方式，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、續(xù)流二極管DU D2、電容C、開關(guān)K1、K2，以及與某相的電磁繞組L相連接的端點A、端點B ;所述開關(guān)管Tl 一端與電源的正極相連接，其另一端即端點A與某相電磁繞組L的一端連接，所述某相電磁繞組L的另一端與開關(guān)管T2的一端即端點B連接，開關(guān)管T2的另一端與電源負極連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電容C連接，其陽極與端點B連接，所述續(xù)流二極管D2的陰極與端點A連接，其陽極與電源的負極連接，所述開關(guān)Kl 一端與端點A連接，其另一端與電容C連接，所述開關(guān)K2 —端與端點B連接，其另一端與電源的負極連接，所述電容的另一端與電源的負極連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于反激式控制模式的控制器，其特征在于:所述功率輸出電路采用星型連接繞組的控制方式，所述功率輸出電路包括電源U、開關(guān)管Tl、T2、T3、T4、T5、T6、續(xù)流二極管Dl、D2、電容C、開關(guān)K、Kl、K2、隔離二極管D以及三相電磁繞組L1、L2、L3,所述開關(guān)管Tl、T3、T5的一端分別與開關(guān)K的一端相連,開關(guān)K的另一端與電源正極連接，其另一端分別與對應(yīng)的三相電磁繞組L1、L2、L3 —端連接，所述三相電磁繞組L1、L2、L3的另一端互連，所述開關(guān)管T2、T4、T6的一端分別與對應(yīng)的開關(guān)管Tl、T3、T5連接，其另一端與電源負極連接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極與電容C、開關(guān)Kl的并聯(lián)端連接，其陽極與開關(guān)K2的一端連接，所述續(xù)流二極管D2的陰極與開關(guān)K2的一端連接，其陽極與電容C、開關(guān)K2的并聯(lián)端連接，所述隔離二極管D的一端與K1、D2連接，其另一端與T1、T3、T5及開關(guān)K的并聯(lián)端連 接。
【文檔編號】H02P23/00GK203590112SQ201320787856
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】陳奚平 申請人:陳奚平