CN201758378U - 一种调速风机开关磁阻调速电动机装置 - Google Patents
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Abstract
一种调速风机开关磁阻调速电动机装置，采用三相6/8结构外转子开关磁阻电动机、三相不对称桥式功率变换器及以51系列单片机为核心的全数字控制器组成，开关磁阻电动机定子绕组为两极线圈串联连接方式，定子线圈绕制成线圈同时通电时定子极形成NSNSNS极性的方式，开关磁阻电动机为外转子结构，可直接传动风机，不需要减速器传递动力，实现风机无级调速节能运行，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种调速电动机装置，尤其是一种直接传动的调速风机开关磁阻调速电动机装置。
背景技术
当前，风机电动机传动系统正朝着无级调速节能、高可靠性、数字化的方向发展。研发新型的实现风机无级调速运行的、高可靠性、数字化的调速电动机系统，已成为电气传动领域前沿性创新研究工作的最新发展趋势和重要方向。
目前国内外广泛应用的风机电动机传动系统为感应电动机，不能无级调速。风机可由直流调速电动机实现无级调速传动，但直流电动机结构复杂，造价偏高，维护困难，寿命短。风机可由感应电动机变频调速系统实现无级调速传动，但系统控制方案采用矢量变换控制或直接转矩控制，但实现矢量变换或直接转矩控制计算复杂，且其低速力矩小、低速特性不佳。
发明内容
本实用新型的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单、造价低、维护方便、使用寿命长、可靠性高、实现风机无级调速的直接传动式开关磁阻调速电动机装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：调速风机开关磁阻调速电动机装置是由三相6/8结构外转子开关磁阻电动机d、三相不对称桥式功率变换器及51系列单片机为核心的全数字控制器组成的机电一体化电动机传动系统。三相6/8结构外转子开关磁阻电动机内定子e的每个极上绕有集中式线圈，其线圈中心线互成180°的两个线圈相串联构成一相绕组，三相6/8结构外转子开关磁阻电动机内定子e的线圈绕制成线圈同时通电时定子极形成NSNSNS极性的方式。功率变换器设有六只主开关和六只续流二极管，三相不对称桥式功率变换器的每一相分别与三相6/8结构外转子开关磁阻电动机的每一相绕组相连，51系列单片机控制三相不对称桥式功率变换器各相主开关的通断，使供电电源经三相不对称桥式功率变换器向外转子开关磁阻电动机各相内定子绕组循序通电。51系列单片机为核心的全数字控制器还包括51系列单片机芯片、驱动电路、保护电路、A/D转换电路、硬件看门狗电路和时钟电路。功率变换器设有三个电流检测器，功率变换器每相设有一个电流检测器，每个电流检测器的输出端分别与保护电路的输入端相连。电机上设有外转子位置检测器，外转子位置检测器的输出端与51系列单片机6个I/O口相连。速度给定与A/D转换电路相连，A/D转换电路输出与51系列单片机芯片I/O口相连，驱动电路的输入端分别与51系列单片机6个I/O口和PWM信号输出I/O口相连，驱动电路的输出端分别与三相不对称桥式功率变换器的主 开关的触发端相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连。功率变换器的主开关可选用功率MOSFET或IGBT。根据需要51系列单片机为核心的全数字控制器上可设有外扩存储器。根据需要51系列单片机为核心的全数字控制器上设有隔离电路。
本实用新型的有益效果是：调速风机开关磁阻调速电动机装置是由三相6/8结构外转子开关磁阻电动机、三相不对称桥式功率变换器及51系列单片机为核心的全数字控制器组成的机电一体化电动机传动系统。外转子开关磁阻调速电动机直接传动风机，不需要减速器传递动力，即可实现风机无级调速节能运行。由于开关磁阻电动机采用简单而坚固的无刷、无绕组、无永久磁体的外转子结构，由单极性功率变换器供单方向电流激励，可做到磁路上各相相互独立和电路上各相相互独立，该系统具有较高的运行可靠性和容错能力。因此，将开关磁阻调速电动机系统研发为调速风机直接传动式电动机系统具有广阔的产业化前景。
附图说明
图1是本实用新型电路原理框图。
图2是本实用新型三相6/8结构外转子开关磁阻电动机截面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述：
本实用新型调速风机开关磁阻调速电动机装置，主要由三相6/8结构外转子开关磁阻电动机、三相不对称桥式功率变换器、及51系列单片机为核心的全数字控制器组成。三相6/8结构外转子开关磁阻电动机的转子r为无刷、无绕组、无永久磁体结构，三相6/8结构外转子开关磁阻电动机d的内定子e绕组由单极性功率变换器供单方向电流激励，电动机d的转子r不带减速器直接传动风机。三相6/8结构外转子开关磁阻电动机d的内定子e每个极上绕有集中式线圈，其线圈中心线互成180°的两个线圈相串联构成一相绕组，即线圈“A”和“A”相串联构成A相绕组，线圈“B”和“B”相串联构成B相绕组；线圈“C”和“C”相串联构成C相绕组；三相6/8结构外转子开关磁阻电动机的内定子e的线圈绕制成线圈同时通电时定子极形成NSNSNS极性的方式。功率变换器主电路拓扑为三相不对称桥式，功率变换器设有六只主开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和六只续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6。三相不对称桥式功率变换器的每一相分别与三相6/8结构外转子开关磁阻电动机的每一相绕组相连。控制器采用以51系列单片机为核心的全数字控制器，用51系列单片机为核心的全数字控制器控制三相不对称桥式功率变换器各相主开关的通断，使供电电源经三相不对称桥式功率变换器向开关磁阻电动机各相定子绕组循序通电。电机上设有外转子位置检测器，外转子位置检测器的输出端与51系列单片机6个I/O口相连。功率变换器设有三个电流检测器T1、T2、T3，功率变换器每相设有一个电流检测器，每个电流检测器的输出端分别与保护电路的输入端相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连。51系列单片机上分别连接有驱动 电路、保护电路、A/D转换电路、硬件看门狗电路和时钟电路。驱动电路的输入端分别与51系列单片机6个I/O口和PWM信号输出I/O口相连，驱动电路的输出端分别与三相不对称桥式功率变换器的主开关的触发端相连，即b1与g1相连、b2与g2相连、b3与g3相连、b4与g4相连、b5与g5相连、b6与g6相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连。速度给定与A/D转换电路相连，A/D转换电路输出与51系列单片机芯片I/O口相连。功率变换器的主开关选用功率MOSFET或IGBT。根据需要51系列单片机上可设有外扩存储器；51系列单片机上设有隔离电路，根据需要外转子位置检测器的输出端与51系列单片机芯片的I/O口之间分别设有隔离电路；根据需要驱动电路的输入端与51系列单片机芯片的6个I/O口之间分别设有隔离电路；根据需要驱动电路的输入端与51系列单片机芯片的PWM信号输出I/O口之间设有隔离电路；根据需要速度给定与A/D转换电路之间设有隔离电路。
工作原理：由设置在开关磁阻电动机的外转子位置检测器检测外转子位置向51系列单片机芯片发送信号，51系列单片机芯片根据I/O口引脚收到的信号，判断出当前转子位置，由6个I/O口发出开关角控制信号，经驱动电路隔离放大后控制三相不对称桥式功率变换器各相主开关的通断，使供电电源经三相不对称桥式功率变换器向开关磁阻电动机各相定子绕组循序通电。功率变换器的主开关可选用功率MOSFET或IGBT。用电流检测器检测开关磁阻电动机各相定子绕组中的电流并向保护电路发送信号，根据需要由保护电路对驱动电路发送封门信号，以保护功率变换器的主开关。速度给定与A/D转换电路相连，A/D转换电路输出与51系列单片机芯片I/O口相连，用于系统的转速给定，调节PWM信号的占空比，从而调节开关磁阻电动机的转速及风机的转速。系统还装有时钟电路、A/D转换电路、硬件看门狗电路。根据需要51系列单片机为核心的全数字控制器上可设有外扩存储器。根据需要外转子位置检测器的输出端与51系列单片机芯片的6个I/O口之间分别设有隔离电路；根据需要驱动电路的输入端51系列单片机芯片的6个I/O口之间分别设有隔离电路；根据需要驱动电路的输入端与51系列单片机芯片的PWM信号输出I/O口之间设有隔离电路；根据需要速度给定与A/D转换电路之间设有隔离电路。
Claims (4)
1.一种调速风机开关磁阻调速电动机装置，包括由三相6/8结构外转子开关磁阻电动机(d)、三相不对称桥式功率变换器及51系列单片机为核心的全数字控制器，其特征在于：所述的三相不对称桥式功率变换器的每一相分别与三相6/8结构外转子开关磁阻电动机(d)的每一相绕组相连，三相6/8结构外转子开关磁阻电动机(d)的内定子(e)的每个极上绕有集中式线圈，其线圈中心线互成180°的两个线圈相串联构成一相绕组；开关磁阻电动机(d)上设有外转子位置检测器，外转子位置检测器的输出端与51系列单片机的上6个I/O口相连，51系列单片机上分别连接有驱动电路、保护电路、A/D转换电路、硬件看门狗电路和时钟电路，三相不对称桥式功率变换器上设有三个电流检测器，三个电流检测器的输出端与保护电路的输入端相连，速度给定器与A/D转换电路相连，A/D转换电路输出与51系列单片机芯片I/O口相连，驱动电路的输入端分别与51系列单片机的下6个I/O口和PWM信号输出I/O口相连，驱动电路的输出端分别与三相不对称桥式功率变换器的主开关的触发端相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的调速风机开关磁阻调速电动机装置，其特征在于：所述的三相不对称桥式功率变换器的主开关型号为MOSFET或IGBT。
3.根据权利要求1所述的调速风机开关磁阻调速电动机装置，其特征在于：所述的51系列单片机上设有外扩存储器。
4.根据权利要求1所述的调速风机开关磁阻调速电动机装置，其特征在于：所述的外转子位置检测器的输出端与51系列单片机芯片的I/O口之间分别设有隔离电路；驱动电路的输入端与51系列单片机芯片的6个I/O口之间分别设有隔离电路；驱动电路的输入端与51系列单片机芯片的PWM信号输出I/O口之间设有隔离电路；速度给定与A/D转换电路之间设有隔离电路。
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