雙繞組無刷直流電機倍頻斬波控制電路及繞組切換方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電機技術領域，具體涉及一種雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路及繞組切換控制方法，通過切換三相交流電動機的繞組串并聯的拓撲結構，在起動階段串聯使得電機獲得較大的起動力矩，起動完成后可以轉換為并聯獲得較大的轉速范圍。可以廣泛應用于驅動類電機以及伺服類電機。
【背景技術】
[0002]電動車輛、機床主軸、伺服裝置等通常要求驅動系統在低速時提供大轉矩，而高速時具有較寬的調速范圍以及系統效率。為了實現該目的，除了可采用弱磁控制的方法外，亦可以采用繞組切換的方法，在不增加逆變器容量的條件下，可大幅提升驅動系統低速轉矩、拓寬高速調速范圍，以滿足負載對驅動系統的要求。
[0003]弱磁控制雖然會使得電機運行高速范圍，但是其電流一部分用來產生弱磁分量，浪費能力，同時控制上難以實現；繞組切換的辦法雖然不存在這一問題，但是需要增加額外的切換裝置，而且目前所有繞組切換的方法都較為復雜，所需要切換的繼電器或者開關管太多，占用較大體積重量，并且額外增加的管子會帶來損耗，效率較低。
[0004]圖4為一般的三相繞組切換方法，每個繞組兩端均需要切換開關，裝置復雜。專利公開號CN1565075A的“3相交流電動機的繞組切換裝置”，其電機內部繞組自身三相分別串聯，然后在主逆變電路之外通過額外增加兩套整流電路以及切換開關SWl和SW2，(利用切換開關以及整流電路實現繞組短路連接)該專利僅僅實現繞組串聯，沒有實現繞組并聯。同時需要20個開關管，系統繁雜，如圖5所示。專利公開號CN101911473A的“三相交流電動機的繞組切換裝置”其拓撲結構與上一專利基本一致，如圖6所示；專利公開號CN203491943的“一種用于寬轉速范圍運行的三相永磁發電機繞組切換裝置”如圖7所示，也是從自身串聯設計的繞組中間點引出線，并且需要切換開關SWl和SW2強行將三相橋式電路短路實現繞組中心點連接，風險較大。
[0005]專利公告號為CN2822007的“適于多速調節的無刷永磁直流電機定子繞組”，其目的主要是實現電動車的換擋調速，無法實現無級調速；其調速范圍窄，調速比僅為1:1.2-1.6;且因其有星形和三角形兩組繞組，使得下線工藝復雜，同時三角形繞組連接使得永磁電機繞組內產生環流，造成附加損耗。加上逆變電路會增加系統體積重量、損耗，并且切換時會斷開一套繞組不用，浪費能量。
【發明內容】
[0006]要解決的技術問題
[0007]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路及繞組切換控制方法，實現了繞組的串并聯，減少了開關管子的數量，具有較大的經濟價值，同時提高了電機繞組利用率。
[0008]技術方案
[0009]—種雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路，其特征在于包括Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6組成的第一逆變電路，Q7、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12組成的第二逆變電路，Cl母線電容、C2母線電容、Q14切換開關、Q15切換開關、Rl充電回路電阻、R2充電回路電阻、Q16開關管、Q17開關管、Dl反向并聯二極管、D2反向并聯二極管和回路間串聯二極管Q13 ;第一逆變電路與第一 Y型連接的繞組相連接，第二逆變電路與第二 Y型連接的繞組相連接，第一逆變電路與第二逆變電路之間串接二極管Q13 ;第一逆變電路經過Q15與地相連，第二逆變電路經過Q14與Vcc相連；Q14兩端并聯有Rl、Q16以及反向并聯二極管Dl所組成的充電回路，Q15兩端并聯有R2、Q17以及反向并聯二極管D2所組成的充電回路；第一逆變電路的母線并聯母線電容Cl，第二逆變電路的母線并聯母線電容C2。
[0010]所述第一逆變電路的逆變電路叭、02、03、04、05和06，第二逆變電路的07、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12，以及切換開關Q14和切換開關Q15采用IGBT或者MOSFET管。
[0011]—種采用所述雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路進行繞組切換控制方法，其特征在于:
[0012]當電源給繞組進行通電時，切換開關Q14和切換開關Q15關閉，導通第一逆變電路與第二逆變電路之間的串接二極管Q13，實現兩套繞組串聯；
[0013]當需要將兩套繞組由串聯狀態轉換為并聯狀態時，將Q16開關和Q17開關導通，電流回路通過Rl給母線電容Cl，通過R2給母線電容C2充電，同時檢測母線電容Cl和母線電容C2上的端電壓由1/2VCC達到VCC時，導通切換開關Q14和切換開關Q15，使得第一逆變電路與第二逆變電路之間的串接二極管Q13閉合，實現兩套繞組并聯。
[0014]有益效果
[0015]本發明提出的一種雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路及繞組切換控制方法，通過電力電子器件對電機繞組拓撲結構實現串并聯之間的轉化，使得驅動系統在起動階段串聯獲得較大的起動力矩，起動完成后可以轉換為并聯獲得較大的轉速范圍；并且是目前所存在所有切換技術中所需要開關管最少的，減少了系統體積重量。
[0016]本發明的有益效果:1、在利用電力電子器件實現了電機繞組的切換。2、通過兩套單獨的逆變電路以及自身Y型聯接的單獨的兩套繞組組成的電路，在逆變電路外部加三個開關管實現繞組串并聯切換。充分利用了逆變電路，是目前所見到的繞組切換結構中使用開關管最少的，減少系統體積重量。3、目前所有的切換技術都是在切換后斷開一套繞組不用或者讓一套繞組經過整流器以及放電回路放電，沒有實現繞組并聯，浪費能量。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明所述的串聯整流電路不意圖
[0018]圖2是兩套電路串聯不意圖
[0019]圖3是兩套電路并聯示意圖
[0020]圖4是繞組串并聯基本原理圖
[0021]圖5是現有專利CN1565075A的繞組切換技術
[0022]圖6是現有專利CN101911473A的繞組切換技術
[0023]圖7是現有專利CN203491943的繞組切換技術
【具體實施方式】
[0024]現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述:
[0025]本發明利用兩套逆變器分別控制兩套單獨的三相繞組，通過外加開關管實現了電機繞組的串并聯。在起動階段串聯使得電機獲得較大的起動力矩，起動完成后可以轉換為并聯獲得較大的轉速范圍。
[0026]如圖1所示，提供了一種雙繞組三相電機繞組切換拓撲電路及其繞組切換控制方法。