專利名稱：一種三相高速電機(jī)的變頻控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相高速電機(jī)的變頻控制電路。
背景技術(shù)：
高速電機(jī)除了采用特殊的材料和工藝外，其電磁原理與三相交流電機(jī)一樣，當(dāng)在三個(gè)繞組上分別施加相同幅值、相同頻率、相位相差120°的電壓時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。高速電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控高速鉆孔、精密雕刻、加工中心等高速鉆孔設(shè)備。電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由加在繞組上的信號(hào)頻率決定的，改變加在繞組上的電壓頻率，即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，電機(jī)的調(diào)速實(shí)際上就是電壓頻率的調(diào)節(jié)，交流電機(jī)調(diào)速器也就常被稱為變頻器。交流電機(jī)變頻器目前已有許多成熟的技術(shù)可以采用，市場上成型的變頻器產(chǎn)品也比較多，都為通用型設(shè)計(jì)、獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，控制電路復(fù)雜、成本高。因此，如何提供一種電路簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、變頻范圍廣且具有較好的應(yīng)用價(jià)值的基于單片機(jī)的三相高速電機(jī)的變頻控制電路，是本領(lǐng)域要解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種簡單可靠、電路簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、變頻范圍廣且具有較好的應(yīng)用價(jià)值的基于單片機(jī)的三相高速電機(jī)的變頻控制電路。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的三相高速電機(jī)的變頻控制電路的包括單片機(jī)、與單片機(jī)相連的用于驅(qū)動(dòng)三相高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、與驅(qū)動(dòng)電路相連的用于檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用于在過流時(shí)關(guān)斷所述驅(qū)動(dòng)電路的過流保護(hù)電路。所述單片機(jī)的串行通訊端口與一用于接收過流信息的計(jì)算機(jī)相連。所述驅(qū)動(dòng)電路是由六個(gè)MOS管構(gòu)成的三相橋式全控逆變電路，所述單片機(jī)與各 MOS管的柵極之間設(shè)有光耦隔離電路。所述電流取樣電路包括串聯(lián)于所述驅(qū)動(dòng)電路的直流電源端的過流取樣電阻、與該過流取樣電阻相連的用于在過電流時(shí)導(dǎo)通的過流檢測光耦。所述過流保護(hù)電路包括與所述過流檢測光耦相連的用于在過流檢測光耦導(dǎo)通時(shí)輸出低電平的R-S觸發(fā)器、用于控制各MOS管通斷的三極管V ；該三極管V的集電極與一直流電源相連，所述R-S觸發(fā)器的輸出端與該三極管V的基極相連。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的變頻器設(shè)計(jì)方法，模塊化設(shè)計(jì)，具有過流保護(hù)、通信等功能，易于將變頻控制器硬件、軟件嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，架構(gòu)成一個(gè)專用系統(tǒng)，電路簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、變頻范圍廣，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

圖1為本實(shí)用新型的三相高速電機(jī)的變頻控制電路的電路框圖；[0012]圖2為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)電路輸出的三相相電壓的波形圖；圖3為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施方式
，對測量原理進(jìn)一步說明，更深入介紹本實(shí)用新型的技術(shù)手段及功能，但所附圖及具體實(shí)施方式
僅是提供參考與說明，并非用于對本實(shí)用新型加以限制。如圖1-3所示，本實(shí)施例的三相高速電機(jī)的變頻控制電路的包括單片機(jī)U1、與單片機(jī)Ul相連的用于驅(qū)動(dòng)三相高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路U2、與驅(qū)動(dòng)電路U2相連的用于檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用于在過流時(shí)關(guān)斷所述驅(qū)動(dòng)電路U2的過流保護(hù)電路。所述單片機(jī)Ul的串行通訊端口與一用于接收過流信息的計(jì)算機(jī)相連。所述驅(qū)動(dòng)電路U2是由六個(gè)MOS管構(gòu)成的三相橋式全控逆變電路，所述單片機(jī)Ul 與各MOS管的柵極之間設(shè)有光耦隔離電路。所述電流取樣電路包括串聯(lián)于所述驅(qū)動(dòng)電路U2的直流電源端的過流取樣電阻 R1、與該過流取樣電阻Rl相連的用于在過電流時(shí)導(dǎo)通的過流檢測光耦m。所述過流保護(hù)電路包括與所述過流檢測光耦m相連的用于在過流檢測光耦m 導(dǎo)通時(shí)輸出低電平的R-S觸發(fā)器、用于控制各MOS管通斷的三極管V ；該三極管V的集電極與一直流電源相連，所述R-S觸發(fā)器的輸出端與該三極管V的基極相連。驅(qū)動(dòng)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，分成A、B、C三個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊，三個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的電路結(jié)構(gòu)、工作原理完全相同，現(xiàn)以A相驅(qū)動(dòng)模塊為例來進(jìn)行分析①M(fèi)OS管驅(qū)動(dòng)電路VtllJtl2為MOS功率晶體管，控制MOS管柵極-源極之間的電壓Ugs，就可以控制MOS 管的“開”與“關(guān)”。當(dāng)Ugs彡12V時(shí)，MOS管Vtll導(dǎo)通，A相負(fù)載接通+Vd ；同理，當(dāng)Vtl2導(dǎo)通時(shí)， A相負(fù)載接地。所以，通過控制MOS管VcilJtl2的開關(guān)狀態(tài)，即可以改變A相負(fù)載的導(dǎo)通狀況， 顯然MOS管V, V02不能同時(shí)導(dǎo)通，否則會(huì)發(fā)生短路。②柵極-源極電壓Ugs的形成MOS管為電壓控制型器件，漏極電流Id受控于柵極-源極電壓^，圖中由于MOS管 V02源極接地，故Ugs電壓形成比較簡單，即當(dāng)Ntl2導(dǎo)通時(shí)柵極-源極之間便可形成12V電壓； 但MOS管Vtll的源極電壓是動(dòng)態(tài)的，隨負(fù)載電路而變化，圖中Dc^Ctll構(gòu)成了一個(gè)電壓自舉電路，當(dāng)源極電壓動(dòng)態(tài)變化時(shí)，由于電容兩端電壓不能突變，便在柵極形成一個(gè)浮動(dòng)電平，使柵極-源極電壓Ugs保持在12V左右。③輸入信號(hào)光電耦合隔離N01, N02為光電耦合器件，光電耦合電路的作用是使輸入信號(hào)電路與驅(qū)動(dòng)電路之間在電氣上不存在公共通路，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)使控制電平發(fā)生移動(dòng)，由原來的 +5V轉(zhuǎn)變?yōu)?12V，以滿足MOS管控制的需要。EN為過流保護(hù)信號(hào)，系統(tǒng)正常工作時(shí)EN為 +5V，當(dāng)P1Q、Pn輸入低電平時(shí)，光電耦合電路輸入、輸出回路導(dǎo)通，^電壓形成，MOS管導(dǎo)通； 當(dāng)P1(1、P11輸入高電平時(shí)，光電耦合電路輸入、輸出回路不通，Ugs電壓為零，MOS管截止。一旦系統(tǒng)有過流發(fā)生時(shí)，EN為高阻，光電耦合器件輸入、輸出回路被強(qiáng)制關(guān)斷，MOS管截止，達(dá)到保護(hù)目的。④元件選取單片機(jī)Ul選用89C2051 ；MOS管的選取應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流、電源電壓Vd來確定，可選用IRF640、反向電SUK=200V、漏極電流ID=18A，或者IRF460、反向電壓UK=500V、漏極電流 Id=21A。ΝρΝ^Ν^ΝρΝ^ΝΜ、^為光電耦合器件，選用高速光電耦合器6附37。電壓自舉電路中的二極管Dc^D11J21可選用快恢復(fù)二極管FR107，電容CciPCc^Ccil選用47 μ F電解電容，耐壓根據(jù)電源電壓Vd來確定。過流取樣電阻R1應(yīng)根據(jù)負(fù)載額定電流Imax的120%來確定，光電耦合電路輸入回路的導(dǎo)通電壓為1.5V，則禮=1.25/1_(0)，功率P彡I2maxR1(W)n電阻禮2、1 12、1 22、1 。6、1 16、1^6選取^^；電阻 R。!、!^、!^、!^、!^、I^5 選取 47 Ω ；電
阻Rtl3、Rtl3、R13、R14、I^23、Rm為限流電阻，取300 Ω ；電阻R1、&為上拉電阻，取9. IK Ω ；電阻R3 取4. 7ΚΩ ;Ν2、Ν3選取施密特與非門⑶4093 ；C為濾波電容，選用47 μ F電解電容，耐壓根據(jù)電源電壓Vd來確定。R1為過流取樣電阻，當(dāng)負(fù)載發(fā)生過流時(shí)，R1兩端電壓上升；當(dāng)電壓達(dá)到1. 5V左右時(shí)，光電耦合電路N1導(dǎo)通，由N2、N3構(gòu)成的R-S觸發(fā)器輸出低電平，三極管V工作在截止?fàn)顟B(tài)，EN為處于浮置狀態(tài)(即高阻態(tài))，MOS管截止保護(hù)。INTtl為單片機(jī)外部中斷0輸入信號(hào)， 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過流時(shí)，INTtl從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)產(chǎn)生中斷，通知系統(tǒng)做好保護(hù)工作。 P3tl為啟動(dòng)觸發(fā)信號(hào)，低電平有效，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)P3tl輸出一個(gè)負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)，使R-S 觸發(fā)器輸出高電平，過流保護(hù)解鎖，三極管V飽和導(dǎo)通，EN有效接+5V，三相驅(qū)動(dòng)模塊工作。單片機(jī)Ul每輸出十二個(gè)數(shù)據(jù)，MOS管VQ1、V02, V11, V12, V21, V22循環(huán)導(dǎo)通一次，三相負(fù)載獲得相電壓幅值為2Vd/3，Ua。、Ub。、Uco相位互差120°的電壓。上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本實(shí)用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種三相高速電機(jī)的變頻控制電路，其特征在于包括單片機(jī)(U1)、與單片機(jī)(Ul) 相連的用于驅(qū)動(dòng)三相高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路(U2)、與驅(qū)動(dòng)電路(U2)相連的用于檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用于在過流時(shí)關(guān)斷所述驅(qū)動(dòng)電路(U2 )的過流保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相高速電機(jī)的變頻控制電路，其特征在于所述單片機(jī) (Ul)的串行通訊端口與一用于接收過流信息的計(jì)算機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相高速電機(jī)的變頻控制電路，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路 (U2)是由六個(gè)MOS管構(gòu)成的三相橋式全控逆變電路，所述單片機(jī)(Ul)與各MOS管的柵極之間設(shè)有光耦隔離電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相高速電機(jī)的變頻控制電路，其特征在于所述電流取樣電路包括串聯(lián)于所述驅(qū)動(dòng)電路(U2)的直流電源端的過流取樣電阻(R1)、與該過流取樣電阻(Rl)相連的用于在過電流時(shí)導(dǎo)通的過流檢測光耦(Ni)；所述過流保護(hù)電路包括與所述過流檢測光耦(Ni)相連的用于在過流檢測光耦(Ni) 導(dǎo)通時(shí)輸出低電平的R-S觸發(fā)器、用于控制各MOS管通斷的三極管V ；該三極管V的集電極與一直流電源相連，所述R-S觸發(fā)器的輸出端與該三極管V的基極相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三相高速電機(jī)的變頻控制電路，其包括單片機(jī)、與單片機(jī)相連的用于驅(qū)動(dòng)三相高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、用于檢測相電流的電流取樣電路、以及與該電流取樣電路相連的用于在過流時(shí)關(guān)斷所述驅(qū)動(dòng)電路的過流保護(hù)電路。本實(shí)用新型的基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的變頻器設(shè)計(jì)方法，模塊化設(shè)計(jì)，具有過流保護(hù)、通信等功能，易于將變頻控制器硬件、軟件嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，架構(gòu)成一個(gè)專用系統(tǒng)，電路簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、變頻范圍廣，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H02P27/04GK202111660SQ201120199138
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者張建兵, 徐煜明, 李春光, 肖賢建, 韓雁 申請人:常州工學(xué)院