單繞組單相交流電機(jī)控制模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，包括一單相交流電機(jī)繞組，所述單相交流電機(jī)繞組進(jìn)端連接外部交流電源一端，所述單相交流電機(jī)繞組出端連接一整流橋的一交流輸入端，所述整流橋的另一交流輸入端連接外部交流電源另一端，所述整流橋的一直流輸出端連接一驅(qū)動器的一端，所述整流橋的另一直流輸出端連接所述驅(qū)動器的另一端，所述驅(qū)動器的控制端用以接收一處理單元發(fā)送的PWM信號。本發(fā)明的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，省卻常規(guī)單相交流電機(jī)副繞組、啟動電容和離心開關(guān)，也避免運(yùn)行時不得不帶副繞組、電容運(yùn)行造成功率下降，啟動電流瞬間過大、可控硅調(diào)壓變速低諧波污染電網(wǎng)，缺相式調(diào)頻調(diào)速成本高輸出功率低等弊病。
【專利說明】單繞組單相交流電機(jī)控制模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單相交流電機(jī)領(lǐng)域，尤其是一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]單繞組單相交流電機(jī)由于啟動時，疊加扭矩相等，初速為零，沒有外力作用，無法轉(zhuǎn)動起來，但朝正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)方向撥動電機(jī)轉(zhuǎn)子，即可一直通電運(yùn)行下去。所以，現(xiàn)有的單相電機(jī)有兩個繞組，即起動繞組和運(yùn)行繞組。兩個繞組在空間上相差90度。在起動繞組上串聯(lián)了一個容量較大的電容器，當(dāng)運(yùn)行繞組和起動繞組通過單相交流電時，由于電容器作用使起動繞組中的電流在時間上比運(yùn)行繞組的電流超前90度角，先到達(dá)最大值。在時間和空間上形成兩個相同的脈沖磁場，使定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場互相作用產(chǎn)生電磁場轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。此時，裝有離心開關(guān)類的單相電機(jī)可以甩開電容、啟動繞組運(yùn)行，但這類電機(jī)不能缺相式變頻調(diào)速。
[0003]現(xiàn)有的單相電機(jī)運(yùn)行時不得不帶副繞組、電容運(yùn)行造成功率下降，啟動電流瞬間過大、可控硅調(diào)壓變速低諧波污染電網(wǎng)，缺相式調(diào)頻調(diào)速成本高輸出功率低等弊病。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊。
[0005]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，包括一單相交流電機(jī)繞組，其特征在于:所述單相交流電機(jī)繞組進(jìn)端連接外部交流電源一端，所述單相交流電機(jī)繞組出端連接一整流橋的一交流輸入端，所述整流橋的另一交流輸入端連接外部交流電源另一端，所述整流橋的一直流輸出端連接一驅(qū)動器的一端，所述整流橋的另一直流輸出端連接所述驅(qū)動器的另一端，所述驅(qū)動器的控制端用以接收一處理單元發(fā)送的PWM信號，所述處理單元還通過一過零檢測單元對外部交流電源進(jìn)行單向過零檢測。
[0006]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述驅(qū)動器采用絕緣柵雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
[0007]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述處理單元與所述驅(qū)動器之間通過一第一光耦合器進(jìn)行奉禹合隔尚。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述處理單元與所述過零檢測單元之間通過一第二光耦合器進(jìn)行耦合隔離。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一調(diào)速單元,所述調(diào)速單元通過所述處理單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行占空比調(diào)壓式電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一正反轉(zhuǎn)控制單元,所述正反轉(zhuǎn)控制單元通過控制所述處理單元正負(fù)向半周期輸出的PWM信號的占空比，以利于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一啟閉控制單元，所述啟閉控制單元用于控制所述處理單元是否輸出所述PWM信號，以利于控制電機(jī)啟閉。[0012]在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一運(yùn)行狀態(tài)單元，所述運(yùn)行狀態(tài)單元采用LED燈以顯示電機(jī)的啟閉狀態(tài)或連接到上位機(jī)以監(jiān)控電機(jī)的啟閉狀態(tài)。
[0013]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述處理單元與所述第二光耦合器之間通過一上拉電阻，以實(shí)現(xiàn)IRQ下降沿觸發(fā)中斷。
[0014]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述過零檢測單元采用單向過零檢測。
[0015]本發(fā)明的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，省卻單相交流電機(jī)副繞組、啟動電容和離心開關(guān)，也避免運(yùn)行時不得不帶副繞組、電容運(yùn)行造成功率下降，啟動電流瞬間過大、可控硅調(diào)壓變速低諧波污染電網(wǎng)，缺相式調(diào)頻調(diào)速成本高輸出功率低等弊病。本發(fā)明還可以作為改造除罩極式和串勵式單相交流電機(jī)外所有可以單獨(dú)抽出運(yùn)行繞組的單相交流電機(jī)，使其具有正反轉(zhuǎn)啟動換向、任意起停、在線連續(xù)調(diào)速、柔性定制啟動扭矩、上位機(jī)智能控制等功能，使舊有的單相交流電機(jī)成為節(jié)能環(huán)保型電機(jī)。支持節(jié)能省材的僅有單繞組的單相交流電機(jī)。也用于各種單相交流感應(yīng)/電阻式負(fù)載的控制與改造。
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明硬件控制正反轉(zhuǎn)啟動的系統(tǒng)原理框圖。
[0018]圖2是本發(fā)明軟件控制正反轉(zhuǎn)啟動的系統(tǒng)原理框圖。
[0019]圖3是本發(fā)明處于電源正半周期的工作原理圖。
[0020]圖4是本發(fā)明處于電源負(fù)半周期的工作原理圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，包括一單相交流電機(jī)繞組，所述單相交流電機(jī)繞組進(jìn)端連接外部交流電源一端，所述單相交流電機(jī)繞組出端連接一整流橋的一交流輸入端，所述整流橋的另一交流輸入端連接外部交流電源另一端，所述整流橋的一直流輸出端連接一驅(qū)動器的一端，所述整流橋的另一直流輸出端連接所述驅(qū)動器的另一端，所述驅(qū)動器的控制端用以接收一處理單元發(fā)送的PWM信號，所述處理單元還通過一過零檢測單元對外部交流電源進(jìn)行單向過零檢測。
[0023]優(yōu)選的，所述驅(qū)動器可以采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，固定周期采用16kHz或32kHz。
[0024]為了達(dá)到電壓隔離保護(hù)，所述處理單元與所述驅(qū)動器之間通過一第一光耦合器進(jìn)行耦合隔離，所述處理單元與所述過零檢測單元之間通過一第二光耦合器進(jìn)行耦合隔離。
[0025]為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速在線連續(xù)可調(diào)，還包括一調(diào)速單元，所述調(diào)速單元通過所述處理單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行占空比調(diào)壓式電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
[0026]為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制,還包括一正反轉(zhuǎn)(啟動)控制單元,所述正反轉(zhuǎn)啟動控制單元通過控制所述處理單元正負(fù)向半周期輸出的PWM信號的占空比，以利于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)啟動。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟閉控制，還包括一啟閉控制單元，所述啟閉控制單元用于控制所述處理單元是否輸出所述PWM信號，以利于控制電機(jī)啟閉。[0027]為了更好的監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，還包括一運(yùn)行狀態(tài)單元，所述運(yùn)行狀態(tài)單元采用LED燈以顯示電機(jī)的啟閉狀態(tài)或連接到上位機(jī)以監(jiān)控電機(jī)的啟閉狀態(tài)。
[0028]優(yōu)選的，所述處理單元與所述第二光耦合器之間通過一上拉電阻，以實(shí)現(xiàn)IRQ下降沿觸發(fā)中斷。所述過零檢測單元可以采用單向過零檢測。優(yōu)選的，還包括一轉(zhuǎn)矩控制單元，根據(jù)使用場合，預(yù)定或參照使用速度，柔性調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)矩。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明提供一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，包括一單相交流電機(jī)單繞組M，所述單相交流電機(jī)單繞組M—端連接外部交流電源(本實(shí)施例選取220V單相交流電)一端，所述單相交流電機(jī)單繞組M另一端連接一整流橋的一交流輸入端，所述整流橋的另一交流輸入端連接外部交流電源另一端，所述整流橋的一直流輸出端連接一絕緣柵雙極型晶體管Q (驅(qū)動器)的一端，所述整流橋的另一直流輸出端連接所述絕緣柵雙極型晶體管Q的另一端，所述絕緣柵雙極型晶體管Q的柵極(控制端)通過一第一光耦合器OCl連接到一處理單元MCU，用以接收所述處理單元MCU發(fā)送的PWM信號，所述處理單元MCU還通過一第二光耦合器0C2連接一過零檢測單元Dl對外部交流電源進(jìn)行過零檢測。所述處理單元與所述第二光耦合器0C2之間通過一上拉電阻R1，以實(shí)現(xiàn)IRQ下降沿觸發(fā)中斷；所述處理單元通過一可變電阻R2連接所述處理單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行占空比調(diào)壓式電機(jī)轉(zhuǎn)速控制；所述處理單元還通過雙擲開關(guān)SWl (啟閉控制單元)和SW2 (正反轉(zhuǎn)控制單元)進(jìn)行電機(jī)的啟閉控制和正反轉(zhuǎn)控制；所述正反轉(zhuǎn)啟動控制單兀和啟閉控制單?？梢岳糜布娐穼?shí)現(xiàn)，也可以通過軟件控制實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，處理單元通過IIC (需加入存儲模塊EEROM)或SPI串行通訊線連接到上位機(jī)軟件控制芯片進(jìn)行控制。
[0030]圖示中的熔斷器F用以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，濾波電容C用以濾除高頻電流。本發(fā)明外部交流電源可以采用115 VAC或220 VAC，頻率50Hz或60Hz，電流6A，瞬間允許8A，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速取決于單繞組極對數(shù)。處理單元可以采用配備PWM控制模塊(提供正向邊沿觸發(fā))和數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC模塊(提供模擬電壓轉(zhuǎn)換為40%?90%范圍內(nèi)的占空比數(shù)值作為占空比調(diào)壓式轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào))的處理器。
[0031]下面結(jié)合圖1、圖3和圖4，說明本發(fā)明的工作原理。
[0032]如圖3所示，當(dāng)交流電壓為上正下負(fù)(以圖示中的位置為準(zhǔn))時，外部交流電源的電流通過整流橋的D12流入絕緣柵雙極型晶體管Q，再經(jīng)過整流橋的D13進(jìn)入單相交流電機(jī)繞組M，最后流回外部交流電源，組成電流回路；如圖4所示，當(dāng)交流電壓為上負(fù)下正(以圖示中的位置為準(zhǔn))時，外部交流電源的電流通過單相交流電機(jī)繞組M后通過整流橋的D14進(jìn)入絕緣柵雙極型晶體管Q，再經(jīng)過整流橋的Dll流回外部交流電源，組成電流回路。
[0033]參照圖3和圖4，過零檢測單元使用單向(正向或負(fù)向)檢測，在本實(shí)施例中采用正向檢測，兩次上升沿跳變間即為一個完整電源頻率周期，依此得到50Hz或60Hz判斷、等分出正、負(fù)向半周期以及定出驅(qū)動器固定周期的個數(shù)和起始點(diǎn)。
[0034]進(jìn)而通過延時,在啟動時判斷(通過判斷正反轉(zhuǎn)啟動控制單元的狀態(tài))為正轉(zhuǎn)時，強(qiáng)制正向半周的占空比大于負(fù)向半周的占空比，使得正向半周扭矩大于負(fù)向半周扭矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子異步感應(yīng)，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動半秒到一秒或若干秒后，進(jìn)入正、負(fù)向半周扭矩相等狀態(tài)，順時針轉(zhuǎn)動運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行中需要改變轉(zhuǎn)向，先延時等待停轉(zhuǎn)，再進(jìn)入強(qiáng)制負(fù)向半周的占空比大于正向半周的占空比的負(fù)向啟動運(yùn)行，待轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動起來后，進(jìn)入正、負(fù)向半周扭矩相等狀態(tài)，逆時針轉(zhuǎn)動運(yùn)行。[0035]如圖1中所示的可變電阻R2，通過定時采集電壓變化模擬信號由ADC模塊進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，連續(xù)調(diào)節(jié)占空比以實(shí)現(xiàn)預(yù)定范圍內(nèi)的在線滑動調(diào)速。
[0036]啟動扭矩差的實(shí)現(xiàn)，可以是占空比固定值差硬性調(diào)節(jié)，也可以是在線實(shí)際轉(zhuǎn)速占空比增減量柔性選擇，使得啟動扭矩可以在電流許可的范圍任意控制。
[0037]如圖5所示，圖5是本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換模塊，用以提供本控制模塊中的VCC電壓(15V)和VDD電壓(5V)。本部分可以由主控上位機(jī)電源供給。
[0038]本發(fā)明還可以作為改造除罩極式和串勵式單相電機(jī)外所有可以單獨(dú)抽出運(yùn)行繞組的單相電機(jī)，使其具有正反轉(zhuǎn)啟動換向、任意起停、在線連續(xù)調(diào)速、柔性定制啟動扭矩、上位機(jī)智能控制等功能，使舊有的單相交流電機(jī)成為節(jié)能環(huán)保型電機(jī)。支持節(jié)能省材的僅有單繞組的單相交流電機(jī)。也用于各種單相交流感應(yīng)/電阻式負(fù)載的控制與改造。
[0039]上列較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，包括一單相交流電機(jī)繞組，其特征在于:所述單相交流電機(jī)繞組進(jìn)端連接外部交流電源一端，所述單相交流電機(jī)繞組出端連接一整流橋的一交流輸入端，所述整流橋的另一交流輸入端連接外部交流電源另一端，所述整流橋的一直流輸出端連接一驅(qū)動器的一端，所述整流橋的另一直流輸出端連接所述驅(qū)動器的另一端，所述驅(qū)動器的控制端用以接收一處理單元發(fā)送的PWM信號，所述處理單元還通過一過零檢測單元對外部交流電源進(jìn)行單向過零檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:所述驅(qū)動器采用絕緣柵雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:所述處理單元與所述驅(qū)動器之間通過一第一光耦合器進(jìn)行耦合隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:所述處理單元與所述過零檢測單元之間通過一第二光耦合器進(jìn)行耦合隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:還包括一調(diào)速單元，所述調(diào)速單元通過所述處理單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行占空比調(diào)壓式電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:還包括一正反轉(zhuǎn)控制單元，所述正反轉(zhuǎn)控制單元通過控制所述處理單元正負(fù)向半周期輸出的PWM信號的占空比，以利于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:還包括一啟閉控制單元，所述啟閉控制單元用于控制所述處理單元是否輸出所述PWM信號，以利于控制電機(jī)啟閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:還包括一運(yùn)行狀態(tài)單元，所述運(yùn)行狀態(tài)單元采用LED燈以顯示電機(jī)的啟閉狀態(tài)或連接到上位機(jī)以監(jiān)控電機(jī)的啟閉狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:所述處理單元與所述第二光耦合器之間通過一上拉電阻，以實(shí)現(xiàn)IRQ下降沿觸發(fā)中斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單繞組單相交流電機(jī)控制模塊，其特征在于:所述過零檢測單元采用單向過零檢測。
【文檔編號】H02P1/40GK103618493SQ201310638970
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】孫魯西, 孫潔穎 申請人:孫魯西