一种高速无刷直流电动机软起动控制系统

摘要

一种高速无刷直流电动机软起动控制系统，主要由数字控制器、可控三相整流桥、直流斩波器、三相逆变桥、电流传感器和高速无刷直流电动机等部件组成。本发明针对高速无刷直流电动机起动电流大的问题，采用可控三相整流桥、直流斩波器进行两级电压调制，控制三相逆变桥直流母线电压。依据三相逆变桥直流母线电流反馈信号和电动机转速反馈信号，通过数字控制器调节五路PWM驱动信号占空比和六路换相逻辑信号，控制三相逆变桥直流母线电压和换相频率，实现无刷直流电动机降压变频软起动。本发明有效地解决了高速无刷直流电动机软起动问题，对高速无刷直流电动机软起动控制研究有重要的应用价值。

主权项

一种高速无刷直流电动机软起动控制系统，其特征在于，包括可控三相整流桥(1)、电解电容组(2)、直流斩波器(3)、刹车电路(4)、电流传感器(5)、三相逆变桥(6)、无刷直流电动机(7)、线反电动势过零点信号检测电路(8)、数字控制器(9)、滤波电路(10)、程控放大器(11)、第二电压传感器(12)、第一电压传感器(13)，三相动力电经可控三相整流桥(1)整流输出电压U1，U1经电解电容组(2)滤波，并由第一电压传感器(13)检测，然后送入直流斩波器(3)，经高频调制输出直流电压U2，U2由第二电压传感器(12)检测，并经电流传感器(5)后输入到三相逆变桥(6)，驱动无刷直流电动机(7)起动；第二电压传感器(12)输出电压模拟信号和电流传感器(5)输出电流模拟信号经滤波电路(10)进行滤波后送入程控放大器(11)进行放大，这两路模拟信号和第一电压传感器(13)输出模拟信号共三路信号送入数字控制器(9)的AD转换接口进行模数转换；无刷直流电动机(7)的线反电动势经线反电动势过零点信号检测电路(8)处理后得到线反电动势过零点信号，作为无刷直流电动机(7)的逻辑换相判断信号；在数字控制器(9)的CAP接口捕获线反电动势过零点信号时，禁用直流斩波器(3)减小高频斩波噪声干扰，并且使能刹车电路(4)吸收斩波电路高频振荡噪声；系统初始化模块进行主控制器初始化，即完成程序和数据存储器空间的分配，并对电解电容组(2)预充电至给定电压，同时，数字控制器(9)控制直流斩波器(3)、刹车电路(4)和三相逆变桥(6)使得三者均处于禁用状态；在起动加速模块中，数字控制器(9)使能并实时控制直流斩波器(3)输入电压和三相逆变桥(6)直流母线电压；数字控制器(9)输出六路强制换相逻辑信号驱动三相逆变桥(6)强制换相，强制换相频率值为f1；三相逆变桥(6)直流母线电流经实时检测和判断其是否大于电动机运行额定电流值的1.5倍，如果大于电动机运行额定电流值的1.5倍，则减小直流斩波器(3)驱动信号占空比控制三相逆变桥(6)直流母线电压，形成无刷直流电动机(7)软起动的电流闭环控制，如果不大于电动机运行额定电流值的1.5倍，则数字控制器(9)实时获取无刷直流电动机(7)反电动势过零点信号并计算其频率值f2，和三相逆变桥(6)强制换相频率值f1对比，如果频率值f1大于频率值f2，则减小可控三相整流桥驱动信号占空比，如果频率值f1小于频率值f2，则增大可控三相整流桥驱动信号占空比，进行无刷直流电动机7软起动速度闭环控制，如果两个频率值f1和f2相同，则进入同步切换模块，检测无刷直流电动机(7)线反电动势过零点信号作为换相信号；在无刷直流电动机线反电动势过零点信号检测过程中，禁止直流斩波器(3)，打开刹车电路(4)，保证过零点信号采集的准确性；如果无刷直流电动机(7)转速相对于设定转速值误差不大于0.1％，则表明无刷直流电动机软起动成功，否则数字控制器(9)重新调节可控三相整流桥(1)驱动信号占空比进入起动加速模块和同步切换模块进行电动机转速调整。