全文摘要
本实用新型涉及电机控制技术领域，公开了一种永磁电机变频节能控制器，具备：脉冲变压器的第一初级绕组的一端与电源的正端连接；永磁电机，其设于脉冲变压器的第一次级绕组的一端，永磁电机的受控端分别连接在脉冲变压器的第一次级绕组的两端；场效应管的漏极耦接于脉冲变压器的第一初级绕组的另一端，场效应管的源极耦接于电源的负端；控制器，其具有输入端及输出端，控制器的输入端与电源输入端连接，控制器的输出端与场效应管的栅极连接；控制器向场效应管输入PWM信号，PWM信号用于驱动场效应管导通，进而调节输入永磁电机的电压与频率。
主设计要求
1.一种永磁电机变频节能控制器，其特征在于，具备：脉冲变压器，其设于电源输入端的一侧，所述脉冲变压器的第一初级绕组的一端与电源的正端连接；永磁电机，其设于所述脉冲变压器的第一次级绕组的一端，所述永磁电机的受控端分别连接在所述脉冲变压器的第一次级绕组的两端；场效应管，其具有栅极、源极和漏极，所述场效应管的漏极耦接于所述脉冲变压器的第一初级绕组的另一端，所述场效应管的源极耦接于电源的负端；控制器，其具有输入端及输出端，所述控制器的输入端与所述电源输入端连接，所述控制器的输出端与所述场效应管的栅极连接；所述控制器向所述场效应管输入PWM信号，所述PWM信号用于驱动所述场效应管导通，进而调节输入所述永磁电机的电压与频率。
设计方案
1.一种永磁电机变频节能控制器，其特征在于，具备：
脉冲变压器，其设于电源输入端的一侧，所述脉冲变压器的第一初级绕组的一端与电源的正端连接；
永磁电机，其设于所述脉冲变压器的第一次级绕组的一端，所述永磁电机的受控端分别连接在所述脉冲变压器的第一次级绕组的两端；
场效应管，其具有栅极、源极和漏极，所述场效应管的漏极耦接于所述脉冲变压器的第一初级绕组的另一端，所述场效应管的源极耦接于电源的负端；
控制器，其具有输入端及输出端，所述控制器的输入端与所述电源输入端连接，所述控制器的输出端与所述场效应管的栅极连接；
所述控制器向所述场效应管输入PWM信号，所述PWM信号用于驱动所述场效应管导通，进而调节输入所述永磁电机的电压与频率。
2.根据权利要求1所述的永磁电机变频节能控制器，其特征在于，还包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管及第二初级绕组，所述第一电阻及所述第二电阻的一端与所述控制器的电压反馈端共同连接；
所述第一电阻的另一端与所述第一二极管的阴极及所述第二二极管阳极共同连接，所述第一二极管的阳极耦接于所述第二初级绕组的一端；
所述第二初级绕组及所述第二电阻的另一端与电源的负端连接。
3.根据权利要求1或2所述的永磁电机变频节能控制器，其特征在于，还包括第一电容、第二电容、第三电容及第三电阻，所述第一电容与所述第三电阻并联连接，所述第一电容与所述第三电阻的一端与所述控制器的补偿端共同连接，所述第一电容与所述第三电阻的另一端与所述控制器的电压反馈端共同连接；
所述第二电容及所述第三电容的一端与所述控制器的基准信号端共同连接，所述第二电容的另一端耦接于所述控制器的电流取样端，所述第三电容的另一端与电源的负端连接。
4.根据权利要求3所述的永磁电机变频节能控制器，其特征在于，还包括第十电阻及第十一电阻，所述第十电阻及所述第十一电阻串联连接，所述第十电阻的另一端与电源的正端连接，所述第十一电阻的另一端耦接于所述控制器电源输入端。
5.根据权利要求1所述的永磁电机变频节能控制器，其特征在于，还包括第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述永磁电机的一端连接。
6.根据权利要求1所述的永磁电机变频节能控制器，其特征在于，还包括第一稳压管，所述第一稳压管的阴极耦接于所述场效应管的栅极，所述第一稳压管的阳极与电源的负端连接。
7.根据权利要求1所述的永磁电机变频节能控制器，其特征在于，还包括第五二极管，所述第五二极管的两端设置在所述永磁电机的两端。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及电机控制技术领域，更具体地说，涉及一种永磁电机变频节能控制器。
背景技术
永磁电机是一种通过电子电路换相或电流控制的电机，永磁电机采用正弦波驱动和方波驱动两种形式。以往，永磁电机使用直流驱动时，电机在使用时会产生大量的热量，导致电机长期在过热环境中工作，加速了电机老化速度，降低了电机的使用寿命。
因此，现有技术中提供了一种使用矩形波信号作为驱动源的永磁电机变频节能控制器，能够有效地解决电机过热而导致电机寿命缩短的问题。然而，现有的永磁电机变频节能控制器在输出PWM(脉冲宽度调制)信号不稳定，使得控制器输入永磁电机的电压不稳定，造成电机在运转时能耗较大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种输出PWM(脉冲宽度调制)信号稳定的永磁电机变频节能控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种永磁电机变频节能控制器，具备：
脉冲变压器，其设于电源输入端的一侧，所述脉冲变压器的第一初级绕组的一端与电源的正端连接；
永磁电机，其设于所述脉冲变压器的第一次级绕组的一侧，所述永磁电机的受控端分别连接在所述脉冲变压器的第一次级绕组的两端；
场效应管，其具有栅极、源极和漏极，所述场效应管的漏极耦接于所述脉冲变压器的第一初级绕组的另一端，所述场效应管的源极耦接于电源的负端；
控制器，其具有输入端及输出端，所述控制器的输入端与所述电源输入端连接，所述控制器的输出端与所述场效应管的栅极连接；
所述控制器向所述场效应管输入PWM信号，所述PWM信号用于驱动所述场效应管导通，进而调节输入所述永磁电机的电压与频率。
可选地，还包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管及第二初级绕组，所述第一电阻及所述第二电阻的一端与所述控制器的电压反馈端共同连接；
所述第一电阻的另一端与所述第一二极管的阴极及所述第二二极管阳极共同连接，所述第一二极管的阳极耦接于所述第二初级绕组的一端；
所述第二初级绕组及所述第二电阻的另一端与电源的负端连接。
可选地，还包括第一电容、第二电容、第三电容及第三电阻，所述第一电容与所述第三电阻并联连接，所述第一电容与所述第三电阻的一端与所述控制器的补偿端共同连接，所述第一电容与所述第三电阻的另一端与所述控制器的电压反馈端共同连接；
所述第二电容及所述第三电容的一端与所述控制器的基准信号端共同连接，所述第二电容的另一端耦接于所述控制器的电流取样端，所述第三电容的另一端与电源的负端连接。
可选地，还包括第十电阻及第十一电阻，所述第十电阻及所述第十一电阻串联连接，所述第十电阻的另一端与电源的正端连接，所述第十一电阻的另一端耦接于所述控制器电源输入端。
可选地，还包括第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述永磁电机的一端连接。
可选地，还包括第一稳压管，所述第一稳压管的阴极耦接于所述场效应管的栅极，所述第一稳压管的阳极与电源的负端连接。
可选地，还包括第五二极管，所述第五二极管的两端设置在所述永磁电机的两端。
在本实用新型所述的永磁电机变频节能控制器中，包括脉冲变压器、永磁电机、场效应管及控制器。其中，脉冲变压器的第一初级绕组的一端与电源的正端连接，永磁电机的受控端分别连接在脉冲变压器的第一次级绕组的两端，场效应管的漏极耦接于脉冲变压器的第一初级绕组的另一端，控制器的输入端与控制器的输出端与场效应管的栅极共同连接，控制器向所述场效应管输入PWM信号，PWM信号用于驱动场效应管导通，进而调节输入永磁电机的电压与频率。
实施本实用新型的永磁电机变频节能控制器，具有以下有益效果：改变PWM脉冲信号的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当的控制方法可使电压与频率协调变化，即可有效地降低永磁电机在运行过程中的电能损耗，从而达到节能的效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型提供的永磁电机变频节能控制器一实施例的部分电路图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
图1是本实用新型提供的永磁电机变频节能控制器一实施例的部分电路图。如图1所示，在本实用新型的永磁电机变频节能控制器的一实施例中，永磁电机变频节能控制器主要包括脉冲变压器Tr1、永磁电机M、场效应管T1及控制器U1。具体地，脉冲变压器Tr1为利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。其中，脉冲变压器Tr1具有第一初级绕组N1、第一次级绕组N2、第二初级绕组N3及第二次级绕组N4。脉冲变压器Tr1设于电源输入端(P端及N端)的一侧，进一步地，脉冲变压器Tr1的第一初级绕组N1的一端与电源的正端(P端)连接，第二初级绕组N3的一端与电源的负端(N端)连接，为脉冲变压器Tr1提供电压，经过脉冲变压器Tr1降压后输出至第一次级绕组N2及第二次级绕组N4，分别为永磁电机M及其它电路提供低压电压(约24V)。
永磁电机M为一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以通过改变电枢电压以方便地调速，其具有效率更高、电机体积较小、重量轻、由转子磁钢产生气隙磁密、功率因素较高、调速范围宽、转动惯量小、允许脉冲转矩大、可获得较高的加速度等特点。
永磁电机M设于脉冲变压器Tr1的第一次级绕组N2这侧，进一步地，永磁电机M的受控端分别连接在脉冲变压器的第一次级绕组N2的两端，约24V的直流电压通过第一次级绕组N2加在永磁电机M的受控端，驱动永磁电机M工作。其中，在脉冲变压器Tr1的第一初级绕组N1的一端连接有场效应管T1。
在此，场效应管T1为N沟道增强型场效应管，其用于控制输入回路的电场效应以控制输出回路电流。
场效应管T1具有栅极、漏极及源极，场效应管T1的漏极耦接于脉冲变压器Tr1的初级绕组的另一端，场效应管T1的源极耦接于电源的负端，脉冲变压器Tr1的初级绕组N1通过场效应管T1形成电流回路。进一步地，场效应管T1的栅极与控制器U1连接。
控制器U1为高性能固定频率电流模式控制器，可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制。
控制器U1具有：1脚即补偿端(comp)、2脚即电压反馈端输入端(vfb)、3脚即电流取样端(sen)、4脚即调节端(rt)、5脚即公共端(gnd)、6脚即输出端(out)、7脚即输入端(vcc)及8脚即基准信号端(vref)。具体地，控制器U1的输入端(vcc)与电源输入端(P端)连接，接通电源时，电源端将近530V直流电压引至控制器U1输入端(vcc)7脚。需要说明的是，在电源输入端与控制器U1的输入端(vcc)7脚之间，设有大阻值的电阻(R10及R11)串联而成电路，电压经过电阻串联的电路后，输入控制器U1的输入端(vcc)。
控制器U1的输出端(out)与场效应管T1的栅极连接，向场效应管T1输入PWM脉冲信号，为场效应管T1提供起振电压。
控制器U1向场效应管T1输入PWM脉冲信号，通过控制器U1改变PWM脉冲信号的周期可以实现调频，使得脉冲变压器Tr1的初级线圈端形成电流回路，例如，可使得脉冲变压器Tr1的次级线圈获得相应的直流低压。经过控制器U1调节PWM定时器的周期，可设定参数决定PWM波形的频率；通过设置PWM定时器的比较值，可设定参数决定PWM波形的占空比，通过PWM波形的占空比，进而调节输入永磁电机M的电压与频率。
具体而言，把逆变器(图中未示出)和永磁电机M看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使永磁电机M获得幅值恒定的圆形磁场。其中，控制磁通的大小和变化的速度，在比较估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量，形成PWM脉冲信号，克服了磁通开环法的不足，解决了电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了永磁电机M的脉动和噪音，进而提高永磁电机M的效率、降低电机的能耗，实现节能的效果。
在本实施方式中，为了提高控制电路的稳定性，可在控制电路设置第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1及第二二极管D2。其中，第一电阻R1为反馈电阻，其用于获取脉冲变压器Tr1的初级线圈回路的电压参数值，并将电压参数值反馈至控制器U1。第一二极管D1及第二二极管D2用于保护控制器U1不受瞬间高压的击穿。
第一电阻R1及第二电阻R2的一端与控制器U1的电压反馈端输入端(vfb)共同连接，第一电阻R1的另一端与第一二极管D1的阴极及第二二极管D2的阳极共同连接。
第一二极管D1的阳极耦接于第二初级绕组N3的一端，第二初级绕组N3及第二电阻的另一端与电源的负端(N端)连接。
在本实施方式中，为了提高控制器U1的性能，可在控制器U1的外围电路中设置第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第三电阻R3。其中，第一电容C1及第三电阻R3用于消除高频信号对控制器U1的干扰。具体地，第一电容C1与第三电阻R3并联连接，第一电容C1与第三电阻R3的一端与控制器U1的补偿端(comp)共同连接，用于提高控制器U1的环路补偿的能力。
第一电容C1与第三电阻R3的另一端与控制器U1的电压反馈端(vfb)共同连接。
第二电容C2及第三电容C3的一端与控制器U1的基准信号端(vref)共同连接，第二电容C2的另一端耦接于控制器U1的电流取样端(sen)，第三电容C3的另一端与电源的负端(N端)连接。
在本实施方式中，为了提高控制器U1的可靠性，可在控制器U1的外围电路中设置第十电阻R10、第十一电阻R11及第七电容C7。其中，第十电阻R10及第十一电阻R11的阻值在150K左右。具体地，第十电阻R10及第十一电阻R11串联连接，第十电阻R10的另一端与电源的正端(P端)连接，第十一电阻R11的另一端耦接于控制器U1的电源输入端(vcc)。电流经过第十电阻R10及第十一电阻R11后输入控制器U1的电源输入端(vcc)，为控制器U1提供启动电压。
第七电容C7的一端与第十一电阻R11的另一端及控制器U1的电源输入端(vcc)共同连接，第七电容C7的另一端与电源的负端(N端)连接，为控制器U1分流，进而提高控制器U1的可靠性。
在本实施方式中，为了提高永磁电机M的控制效果，可在电路中设置第四二极管D4、第十电容C10、第十一电容C11、第五二极管D5、风机(FAN)、第一三极管Q1、第十二电阻R12及第十二电阻R13。其中，第一三极管Q1具有开关及放大的作用，第五二极管D5具有泄流的作用。
具体地，第四二极管D4的阳极与脉冲变压器Tr1的次级绕组N2的一端连接，第四二极管D4的阴极与第十电容C10、第十一电容C11及风机(FAN)的一端共同连接。其中，第十电容C10与第十一电容C11并联连接，第十电容C10与第十一电容C11并联后的两端与脉冲变压器Tr1的次级绕组N2的两端连接，形成脉冲变压器Tr1的次级绕组N2输出侧的滤波电路，以提高脉冲变压器Tr1的次级绕组N2输出的电流。
第五二极管D5的阴极及永磁电机M的一端与风机(FAN)的一端共同连接，第五二极管D5的阳极、永磁电机M的另一端及风机(FAN)的另一端与第一三极管Q1的集电极共同连接，变压器Tr1的次级绕组N2输出的电流经过风机(FAN)加在永磁电机M的受控端，以驱动永磁电机M工作。
第一三极管Q1的基极与第十二电阻R12及第十二电阻R13的一端共同连接，第十二电阻R12的另一端接驱动信号源，第一三极管Q1的发射极与脉冲变压器Tr1的次级绕组N2及第十二电阻R13的另一端共同连接。
具体而言，当控制器U1工作时，脉冲变压器Tr1的初级线圈侧形成断流回路，次级线圈有电流输出，此时，在第一三极管Q1的基极有大于0.7V的电压，使得第一三极管Q1饱和导通，电流经过永磁电机M，永磁电机M工作。
当控制器U1调节输出PWM脉冲信号的占空比时，即可通过场效应管T1调整脉冲变压器Tr1输出的电压与频率，进而改变永磁电机M的转速，使得永磁电机M满足不同工况的转速需求，进一步提高永磁电机M的节能效果。
在本实施方式中，为了提高控制电路的稳定性，可在电路中设置第一稳压管ZD1、第六电阻R6、第七电阻R7、第二稳压管ZD2、第五电容C5、第六电容C6及第九电阻R9。其中，第一稳压管ZD1及第二稳压管ZD2具有稳压的作用。
具体地，第一稳压管ZD1的阴极耦接于场效应管T1的栅极及控制器U1的输出端，第一稳压管ZD1的阳极与电源的负端连接。更具体地，第一稳压管ZD1的阴极与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端及场效应管T1的栅极共同连接，第七电阻R7的另一端与电源的负端(N端)连接。
进一步地，第二稳压管ZD2的阳极与电源的负端(N端)连接，第二稳压管ZD2的阴极与第二二极管D2的阴极及第五电容C5的一端共同连接，其中，第五电容C5、第六电容C6及第九电阻R9并联连接，第六电容C6的另一端与第一二极管D1的阴极连接，第九电阻R9的另一端与电源的负端(N端)连接。
在本实施方式中，还包括第九电容C9、第八电阻R8、第十二电阻R12及第三二极管D3。其中，第九电容C9的一端与脉冲变压器Tr1的初级绕组N1的一端连接，第九电容C9的另一端与第十二电阻R12的一端及第三二极管D3的阴极共同连接，第十二电阻R12与第三二极管D3串联连接，第十二电阻R12与第三二极管D3串联后与脉冲变压器Tr1的初级绕组N1并联连接。第三二极管D3的阳极与场效应管T1的漏极连接，场效应管T1的源极与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电源的负端(N端)连接。
通过第九电容C9及第八电阻R8可提高脉冲变压器Tr1的初级绕组N1及N3的稳定性。
在本实施方式中，还包括第六二极管D6、第七二极管D7、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14。其中，第六二极管D6、第十四电阻R14及第十五电阻R15依次连接，第六二极管D6的阳极与脉冲变压器Tr1的次级绕组N4的一端连接，第十六电阻R16及第十二电容C12的一端与第十四电阻R14及第十五电阻R15的一端共同连接，第十六电阻R16及第十二电容C12的另一端与电源的负端(N端)连接。
进一步地，第七二极管D7的阴极与脉冲变压器Tr1的次级绕组N4的一端连接，第十三电容C13与第十四电容C14并联连接，第十三电容C13及第十四电容C14的一端与第七二极管D7的阳极共同连接，第十三电容C13及第十四电容C14的另一端与脉冲变压器Tr1的次级绕组N4的另一端共同连接，为其他电路提供24V电压及-18V电压。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
设计图
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申请码:申请号:CN201921138659.8
申请日:2019-07-18
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209860834U
授权时间:20191227
主分类号:H02P7/29
专利分类号:H02P7/29
范畴分类:37P;
申请人:深圳鼎达电气科技有限公司
第一申请人:深圳鼎达电气科技有限公司
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