專利名稱：轉換式磁阻電動機的速度控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種SRM(Switched Reluctance Motor-轉換式磁阻電動機)，尤其是涉及一種適于SRM高速控制的SRM速度控制裝置。
通常，如

圖1所示，轉換式磁阻電動機(SRM)具有定子2和轉子4，定子2具有分別在+A和-A極、+B和-B極、+C和-C極上繞制的A、B和C相線圈6、8、10。
如圖2所示，這樣一種結構的SRM的驅動電路其構成如下電容C，用于提供直流電壓；第一到第六開關元件Q1到Q6，用于向各相線圈6、8、10施加電流；以及6個二極管D1到D6，用于向每個相線圈6、8、10施加電流之后，當開關元件Q1到Q6全關斷時反饋產(chǎn)生的反電動勢。
此外，傳統(tǒng)的控制驅動電路的SRM速度控制裝置包括信號控制級12和脈寬調制級14，如圖3所示。
對于圖3所示的SRM控制裝置，信號控制級12產(chǎn)生頻率控制信號、脈寬控制信號以及占空比控制信號，該頻率控制信號對應于自A相位置傳感器(未示出)施加的轉子位置信號或A相位置信號。脈寬調制級14響應于由信號控制級12輸出的3種控制信號，產(chǎn)生其脈寬經(jīng)調制的斬波信號，并將其施加到開關元件Q1的柵極，還向開關元件Q2施加A相位置信號。
圖4表示傳統(tǒng)速度控制裝置的一個替換實例，意在產(chǎn)生用于控制如上所述SRM速度的斬波信號。另外，該現(xiàn)有技術采用微處理器16，其接收來自A相位置傳感器、速度檢測傳感器以及轉矩傳感器(均未示出)的A相位置信號并產(chǎn)生斬波信號，該斬波信號的脈寬按照從所接收的信號獲知的頻率、脈寬和占空比進行調制，從而將斬波信號施加到開關元件Q1的柵極，并向開關元件Q2的柵極施加A相位置信號。
同時，如果來自脈寬調制級14的斬波信號和A相位置信號被施加到相應的開關元件Q1、Q2，則這些元件Q1、Q2根據(jù)其響應進行開關轉換，因此，向A相線圈6提供能量。此時，流過A相線圈6的電流和電壓具有圖5所示的波形。
在利用A相位置信號接通開關元件Q2期間，開關元件Q1響應于斬波信號進行開關轉換，使流過A相線圈6的電流波形被斬波，從而限制電流增加，并因此調節(jié)在A相線圈6中的電流值。
在繞有A相線圈的定子2的+A和-A極產(chǎn)生對應于通過如上所述對電流波形斬波得到的電流調節(jié)量IA的磁力，以及通過吸引與定子2的+A和-A極相鄰的轉子4上的磁極使轉子旋轉，接著通過根據(jù)與轉子4相關的B相和C相的相應位置信號，對與各個相對應的開關元件Q3到Q6進行開關轉換操作。然后，開關轉換操作將斬波電流施加到B相和C相線圈8和10，產(chǎn)生與按A、B、C的相序斬波的電流值相對應的磁力，從而使轉子4連續(xù)旋轉。
此時，根據(jù)這樣一個事實，即轉子4的轉速取決于所產(chǎn)生的磁力強度，可通過增加或減少流過各相線圈6、8、10的電流值，調節(jié)與所需SRM電動機速度相適應的斬波信號頻率、脈寬和占空比來進行SRM速度控制。
然而，如果SRM高速旋轉(例如3000轉/分)，由每個相的位置傳感器產(chǎn)生的轉子位置信號的周期變得極短。這樣就使脈寬調制級14產(chǎn)生的斬波信號頻率超過開關元件Q1、Q3、Q5的開關轉換速度，使得不可能響應于高頻率的斬波信號而迅速地進行開關轉換。因此，產(chǎn)生的問題在于，不能精確地調節(jié)定子2的每個相線圈中的電流值，導致不良地控制電動機的轉速。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種轉換式磁阻電動機SRM速度控制裝置，其可通過調節(jié)向SRM驅動電路中的線圈施加的電流值來進行SRM的高速控制，這最好按照用戶所需的SRM速度通過對由外部引入的市電AC電壓進行相位控制來實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是利用一種轉換式磁阻電動機的速度控制裝置來實現(xiàn)的，其提供取決于通過驅動電路的開關轉換由外部電源向定子線圈施加的電壓和電流的旋轉力，該裝置包含諧振頻率發(fā)生級，用于產(chǎn)生與用戶規(guī)定的電動機速度相對應的諧振頻率信號；相位控制級，用于參照諧振頻率信號來控制由外部電源引入的市電AC電壓的相位，以調節(jié)平均電壓值；和整流級，用于對其平均電壓值被控制的AC電壓進行整流，并將其施加到驅動電路。
通過參照附圖對各實施例的如下描述，本發(fā)明的其它目的和方面將變得更加清楚，附圖中圖1表示傳統(tǒng)轉換式磁阻電動機SRM的總體結構；
圖2表示用于傳統(tǒng)SRM的驅動電路示意圖；圖3表示傳統(tǒng)SRM速度控制裝置的示意框圖；圖4表示另一種傳統(tǒng)SRM速度控制裝置的示意框圖；圖5是表示對圖3和圖4中的速度控制裝置的控制而引起的在定子線圈中受控的電壓和電流的波形；圖6是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的SRM速度控制裝置的示意框圖；圖7是適用于本發(fā)明的SRM驅動電路；圖8是表示一般的市電AC電壓的波形圖；圖9是表示被利用圖7中所示的相位控制級進行相位控制的AC電壓的波形圖；和圖10是表示利用本發(fā)明速度控制裝置控制的定子線圈中電流和電壓的波形圖。
下面根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
如圖6所示，轉換式磁阻電動機SRM的速度控制裝置包括諧振頻率發(fā)生級20、相位控制級30、和整流級40。
在圖中，諧振頻率發(fā)生級20接收從外部提供的市電AC電壓，并產(chǎn)生一定諧振頻率的脈沖信號。相位控制級30根據(jù)來自諧振頻率發(fā)生級20的脈沖信號控制市電AC電壓的相位。
整流級40對由相位控制級30控制相位的AC電壓進行全波整流，以得到一DC電壓，然后將其施加到用于SRM的驅動電路。
圖7是適用于本發(fā)明的SRM的詳細電路圖。如圖7所示，諧振頻率發(fā)生級20包括電感L1、電阻R1、可變電阻VR，與可變電阻VR并聯(lián)的電阻R2、電容C1，所有這些元件構成一RLC串聯(lián)諧振電路。如將外部市電AC電壓施加到該電路，響應于此，該電路產(chǎn)生其諧振頻率用等式(1)fo=12πLC-----(1)]]>表示的脈沖電壓，其中，f0表示諧振頻率，L為電感，C為電容。
相位控制級30包括電阻R3、二端AC開關(diac)DA以及三端AC開關(triac)TA，其中當頻率為f0且其電壓值由于電阻R3而下降的脈沖電壓輸入到該級30時二端AC開關DA產(chǎn)生一觸發(fā)脈沖，而每當觸發(fā)脈沖輸入時三端AC開關TA進行開關轉換，從而控制AC電壓的相位。
整流級40由橋式二極管電路BD和濾波電容C2組成，其中橋式二極管電路BD用于對由三端AC開關TA控制相位的市電AC電壓進行全波整流，濾波電容C2用于濾除包含在施加到驅動電路50的整流DC電壓中的紋波分量。
驅動電路50包括6個開關元件Q1到Q6，用于按照由位置傳感器輸入的每相的轉子位置信號，將整流DC電壓依次施加到每個相線圈52、54、56；以及6個二極管D1到D6，用于反饋當在將整流電壓施加到每個相線圈52、54、56之后關斷各個開關元件Q1到Q6時產(chǎn)生的反電動勢。
下面參照圖6到圖10描述圖7中所示的電路的操作。
在由電源向諧振頻率發(fā)生級20施加市電AC電壓的過程中，當用戶調節(jié)諧振頻率發(fā)生級20的可變電阻VR以便得到用戶所希望的電動機速度時，諧振頻率發(fā)生級20中的電感隨之改變。變化的電感L和電容C1共同使發(fā)生級20產(chǎn)生具有如前述等式(1)所示的諧振頻率f0的信號。
更確切地說，電容C1由因電路中的三個電阻R1、R2、VR和電感L1而使其值降低的AC電壓充電，然后，在諧振頻率f0的每一周期放電，從而形成頻率為f0的脈沖狀信號。所得到的脈沖信號由于電阻R3而降低，然后，降低的電壓被施加到二端AC開關DA。
二端AC開關DA響應于該脈沖信號進行開關轉換，并產(chǎn)生施加到三端AC開關TA的頻率為f0的觸發(fā)脈沖。然后，三端AC開關TA響應觸發(fā)脈沖進行開關轉換，以控制來自電源的AC電壓(見圖8)的相位，如圖9所示。被相位控制的AC電壓最終被施加到整流級40。
由于被相位控制的AC電壓值在圖9中用“a”標注的一段時間上為零，其中a表示相位控制角，因此平均電壓值ACVave降低，表示如下ACVave=1πACVM∫απsinθdθ----(2)]]>其中ACVave表示AC電壓的平均電壓值，ACVM是峰值電壓，a是相位控制角。
結果，AC電壓在整流級40中被全波整流，由濾波電容C2濾除紋波分量，然后整流DC電壓被施加到SRM驅動電路50，其中DC電壓值與平均電壓值ACVave相同(未考慮在整流級40中的電壓降低值)。
接下來，如果該DC電壓被施加到驅動電路50，與各相相關的開關元件Q1-Q6響應于施加到所述開關元件Q1-Q6的相應柵極上的每相的轉子位置信號開始進行開關轉換，從而，將DC電壓按A、B、C的相序施加到每個相線圈52、54、56。
施加到每相的每個線圈的電壓和電流的波形如圖10所示。線圈52、54、56產(chǎn)生的磁力強度對應于施加到其上的電流值，該磁力吸引相鄰轉子的磁極(見圖1)以使轉子旋轉。這時，轉子以與在線圈52、54、56產(chǎn)生的磁力強度相對應的速度旋轉。
本發(fā)明其特征在于，為了控制電動機速度，通過利用被相位控制的AC電壓來控制線圈52、54、56中的電流值，這使得能夠對SRM進行精確的高速控制，而不像現(xiàn)有技術中一樣，向驅動電路50施加超過開關元件Q1、Q3、Q5的轉換能力的更高頻率的斬波信號。
權利要求
1.一種轉換式磁阻電動機SRM的速度控制裝置，其提供取決于利用驅動電路的開關轉換由外部電源施加到定子線圈的電壓和電流的旋轉力，該裝置包括一個諧振頻率發(fā)生級，用于產(chǎn)生與用戶規(guī)定的電動機速度相對應的諧振頻率信號；一個相位控制級，用于按照所述諧振頻率信號來控制由所述外部電源引入的市電AC電壓的相位，以調節(jié)平均電壓值；和一個整流級，用于對其平均電壓值被控制的所述AC電壓進行整流，并將其施加到驅動電路。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述諧振頻率發(fā)生級包括由電感、電容和用于調節(jié)所形成的諧振頻率的可變電阻組成的串聯(lián)諧振電路。
3.如權利要求1和2所述的裝置，其中所述相位控制級包括一個二端AC開關，用于響應于由所述諧振頻率發(fā)生級產(chǎn)生的所述諧振頻率信號產(chǎn)生觸發(fā)信號；和一個三端AC開關，用于通過對待施加到所述整流級的所述AC電壓進行開關轉換來控制所述AC電壓的相位。
4.如權利要求1和2所述的裝置，其中所述整流級包括一個橋式二極管電路，用于將所述市電AC電壓全波整流成相應的DC電壓；和一個電容器，用于濾除包含在所述整流電壓中的紋波分量。
全文摘要
一種轉換式磁阻電動機SRM的速度控制裝置,其可在高速下調節(jié)定子線圈中流過的電流值,從而實現(xiàn)SRM的高速控制,這是優(yōu)先通過產(chǎn)生與用戶規(guī)定的電動機速度對應的諧振頻率、在相位控制級參照諧振頻率信號控制由外部電源引入的市電AC電壓的相位以調節(jié)平均電壓值、和增減定子線圈中的電流來實現(xiàn)的。
文檔編號H02P25/08GK1181657SQ9711755
公開日1998年5月13日 申請日期1997年9月1日 優(yōu)先權日1996年11月4日
發(fā)明者金基奉 申請人:三星電子株式會社