[发明专利]新型高速无刷直流槽筒电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及到一种电机控制系统，尤其涉及与纺织细纱行业自动络筒机相配套使用的一种新型高速无刷直流槽筒电机控制系统。

背景技术

在目前纺织工业生产中，高速自动络筒机已经被越来越广泛的使用，槽筒电机作为高速自动络筒机的必要组件，其重要性就越来越凸现出来。国产槽筒电机高速运行时易有抖动现象，主要原因之一转子上的磁钢充磁不均匀，极数之间有弱磁点；转子上磁钢极对数配备不合理，磁性密度不均匀，磁性密度低造成槽筒电机不能满足长期高转速运行的要求，特别在炎热的夏季，更是出现转矩不稳定，转子刚性差，转子跳动大，电流大，功耗高，发热严重，温升过高而烧毁。要获得槽筒电机的高速(7000rpm)运行，槽筒电机必须有大的转矩，宽的调速范围，在连续24小时运转时，必须运转平稳、噪音低、功耗低、温升低，所以对转子及转子上的磁钢(永磁体)的研究至关重要。如果每块磁钢外表面上只有N或S极，那么，转子运转时，即从N→S或S→N，磁钢块的间隙会造成换极时，高速运转的槽筒电机有抖动现象。

发明内容

本发明的目的就是提供一种易于控制且运行平稳，与自动络筒机相配套使用的新型高速无刷直流槽筒电机控制系统。

为了达到上述目的，本发明涉及的新型高速无刷直流槽筒电机控制系统，电机采用了十三块磁钢排列分布，并且让每块磁钢上都同时拥有N、S极，使得转子在高速运转换极的过程中不存在间隙弱磁。高速新型无刷直流槽筒电机，包括由铁心和筒型线圈组成的定子铁心，由轴、主磁钢、不锈钢护套和支架构成的悬臂转子，包括一个线路板支架，在线路板支架上安装有定位检测霍尔传感器及定位检测线路板，两者结合一起通过主磁钢的感应作用完成定位检测任务，并通过信号线将信号传输至控制系统；另一方面安装测速霍尔传感器和测速线路板及测速传感磁钢，测速霍尔传感器和测速线路板通过测速传感磁钢完成速度检测，并通过信号线将信号传递至控制系统。

本发明由于采用新的信号采集与反馈模式，可以使得自动络筒机相配套使用的高速槽筒电机转子在使用过程中不产生抖动现象，能够保证槽筒电机在长期高负载的情况下运转平稳、噪音低、功耗低、温升低、故障少，切实解决高速槽筒电机国产化的难题。

附图说明

图1为本发明的架构示意图。

图2为本发明的驱动电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，新型高速无刷直流槽筒电机控制系统主要由位置检测电路、驱动电路、保护电路、DSP微处理器、接口电路等组成。槽筒电机的控制系统都属于自控式变频系统，就是说电动机的换相状态是由转子的位置决定的，电动机的控制频率是由转子的运行速度决定的，这就需要转子的位置检测器采用简易型的位置检测器，发起件不能用来检测转子的精确位置，其检测精度通常只有60度的电角度，其主要作用是为了满足电动机的换相要求。位置传感器是槽筒电机系统组件部分之一，也是区别于直流有刷电机和槽筒电机的主要标志。其作用是检测主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通和截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断的旋转。位置传感器的种类很多，有电磁式、光电式、磁敏式等。它们各具特点，然而由于磁敏式霍耳位置传感器具有结构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电体化等优点，故目前得到越来越广泛的应用。霍耳位置传感器必须满足以下两个条件：(1)位置传感器在一个电周期内所产生的开关状态是不重复的，每一个开关状态所占的电角度相等。(2)位置传感器在一个电周期内所产生的开关状态数应和电动机的工作状态数相对应。位置传感器输出的开关状态能满足以上条件，那么总町以通过一定的逻辑变换将位置传感器的开关状态与电动机的换相状态对应起来，进而完成换相。对于三相无刷直流电机，其位置传感器的霍耳元件的数量是3，安装位置应当间隔120电角度。槽筒电机的位置传感器信号通过位置检测电路传给具有强大的计算和数据处理能力的DSP微处理器，由DSP控制驱动电路，使槽筒电机高速运转。槽筒电机的位置传感器信号通过位置检测电路传给具有强大的计算和数据处理能力的DSP微处理器，由DSP控制驱动电路，使槽筒电机高速运转。

如图2所示，在正常工作时，每一时刻都有两相导通，第三相悬空，各相的导通顺序与时间由位置传感器获得的转予位置信号决定定子合成磁场在宅间不是连续旋转的磁场，而是步进式的，步进角是60度电角度每转过60度电角度，逆变桥进行一次换流，定子磁状态就相应改变之，由此可见，电机有六个磁状态，每一状态都有两相导通，每相绕组中连续流过电流的时间对应于转于旋转120度电角度所需的时间每一时刻都有一个上桥臂功率管(如功率管1、3、5)导通，使相应的绕组获得正向电流，产生转矩，同时，又有一个下桥臂功率管(如功率管2、4、6)导通，使另一相绕组获得反相电流，产生转矩，因此相应时刻的合成转矩是两相绕组通电产生的转矩之和每经过一次换相，合成转矩的方向就转过60度电角度，一个周期内要经过六次方向转换。控制系统在工作过程中有时会发生异常，会对控制电路、驱动电路和槽筒电机造成损坏，所以加入保护电路更为重要最重要的保护就是过电流保护，一般在主回路中的直流母线上取得过电流反馈信号，在过电流环节与给定的保护值相比较，如果超过了保护值就会引起保护电路动作，一般是封锁逆度器中的功率管器件从而实现保护，防止烧坏功率管和槽筒电机。