[发明专利]实现电子力矩换向的直流串励电机控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能实现电子换向的直流串励电机控制方法及装置，属于 直流有刷电机控制领域。

背景技术

在电力驱动的车辆船舶及其他需要大的启动力矩的应用中，直流串励电 机往往由于其技术成熟价格低廉并且有优良的启动力矩特性而得到大量的 使用。同时对于电机的正反转控制实现，电磁式的接触器被广泛应用实现较 大功率的串励电机的力矩方向换向。但是电磁换向器由于体积较大及大电流 下工作有拉弧带来的触点寿命问题一直被希望用无机械触点的电力电子器 件所代替。这在中大功率的几个千瓦以上场合尤其需要。

但这在串励电机控制中有困难，因为电机的结构有别于他励式或并励式 直流电机。具体说就是串励电机的励磁绕组圈数较小，所需的励磁电流很大 如中小型场地车就需100安培以上，频繁地换向切换励磁电流远不如他励式 电机实现起来容易。而且，串励电机的励磁绕组直接串接于电枢绕组时会因 为两者有相同的感性电流而对集电环与电刷的环火的产生进行抑制，如果简 单地将串励电机进行他励式电气连接，在励磁绕组和电枢绕组的电流差别较 大时，电刷下换向片所对应的电枢线圈单元内的电抗电动势可能较大，从而 导致该换向片的电流不能及时换向引起过大电火花，严重时会击穿集电环环 间上方空气绝缘触发环火乃至烧毁电机。如果串励电机换向磁极的绕组实际 通过励磁绕组再经电刷与于电枢绕组相串，在励磁绕组与电枢绕组电流不一 致时，换向绕组中感应的去电枢反应电动势也将不能按电机设计初衷来补偿 换向所需，更加重电火花和环火的危险。所以，目前还没有设备和技术专门 针对直流串励电机来实现无电磁触点的电子换向。

发明内容

本发明目的在于提供能实现直流串励电机的无接触器电子安全换向的 直流串励电机控制方法。

本发明可以采用两种方法实现：

本发明的一种技术方案是：采用半导体开关元件组成的全桥电路控制直 流串励电机的励磁绕组的双向电流，采用半导体开关元件组成的半桥斩波电 路实现直流串励电机的电枢绕组的单方向电流控制，通过电流反馈控制系统 控制所述励磁绕组和电枢绕组的电流相等。

该技术方案采用全桥电路来单独控制励磁绕组实现双向电流的控制，采 用半桥斩波电路(同励磁绕组)分开实现电枢绕组的单方向电流控制来确保 力矩换向，通过电流反馈控制两绕组的电流大小一致，进而确保换向暂态过 程的因电子换向额外带来的电火花不利因素被消除。

本发明另一技术方案是：采用半导体开关元件组成的半桥电路控制直流 串励电机的励磁绕组的单方向电流，采用半导体开关元件组成的全桥斩波电 路实现直流串励电机的电枢绕组的双向电流控制，通过电流反馈控制系统控 制所述励磁绕组和电枢绕组的电流相等。

该技术方案采用半桥电路来单独控制励磁绕组实现单方向电流控制，采 用全桥斩波电路(同励磁绕组)分开实现电枢绕组的双向电流控制来确保力 矩换向，通过电流反馈控制两绕组的电流大小一致，进而确保换向暂态过程 的因电子换向额外带来的电火花不利因素被消除，都能实现直流串励电机的 无接触器电子安全换向。

以上两种控制方法都能消除因电子换向额外带来的电火花不利因素及 电磁式接触器的拉弧和可靠性问题，使整个直流串励电机驱动系统运行稳性 提高、寿命延长。

本发明所述半导体开关元件可以为MOSFET、IGBT、BJT、GTO、MCT 或IGCT中的任意一种。

本发明的第三目的还在于提供一种能实现以上方法的装置：

本发明所述装置包括一个接于直流母线正极和负极之间的全桥电路、一 个接于直流母线正极和负极之间的半桥电路、一个中央信号处理单元、一个 门极驱动电路、一个励磁绕组电流传感器和一个电枢绕组电流的电流传感 器，所述励磁绕组电流传感器和电枢绕组电流的电流传感器的信号输出端连 接在中央信号处理单元上，所述门极驱动电路分别连接于中央信号处理单元 和所述全桥电路、半桥电路之间；所述全桥电路和半桥电路分别由半导体开 关元件组成。