[发明专利]一种斯特林电机的软启动控制系统及斯特林制冷机

说明书

本发明涉及一种斯特林电机的软启动控制系统及斯特林制冷机，该软启动控制系统包括：用于产生设定序列的SPWM波的脉冲发生器；用于驱动斯特林电机工作的H桥控制单元，该H桥控制单元包括驱动电机的活塞上行的第一通路和驱动电机的活塞下行的第二通路，所述第一通路和第二通路均与脉冲发生器电连接;脉冲发生器分别输出施加于第一通路的第一SPWM波和施加于第二通路的第二SPWM波，在相同脉冲周期内，第一通路和第二通路交替导通或关断。该控制系统应用在斯特林制冷机的控制，具有本发明的斯特林电机及斯特林制冷机可以显著降低启动时的振动冲击，实现了软启动。

技术领域

本发明涉及斯特林电机的控制领域，具体而言是一种启动平稳、低噪音的斯特林电机的软启动控制系统及斯特林制冷机。

背景技术

斯特林电机利用电磁力产生往复直线运动，主要包括定子绕组和在定子绕组中做往复式直线运动的电机活塞，其一般用于斯特林制冷机，而斯特林制冷机是由电力驱动的一种机械式制冷机，其工作原理是气体以绝热膨胀做功，即按逆向斯特林循环工作而制冷，因此其制冷的同时也会产生大量的热量，该热量会显著增加斯特林电机的工作温度。因此，为了降低斯特林电机的工作温度，一方面采用风扇驱动斯特林电机周围的空气流动以对其进行散热降温，另一方面则为了尽量减少斯特林电机自身的发热量而采用高能效的电机驱动方案，从而避免定子绕组过热烧机导致电机损毁。为解决该技术问题，现有技术中采用H桥来实现活塞上行和下行的驱动控制，其中，MCU产生的SPWM波控制H桥的一个对角MOS管导通以完成电流正弦波的正半周以控制电机上行，MCU产生的反向SPWM波控制另外一个对角MOS管导通时完成电流正弦波的负半周以控制电机下行，并通过控制SPWM波的占空比来调节电机的功率。

但是采用上述控制方案的斯特林电机，由于SPWM波为方波，其由高电平和低电平组成，高电平时MOS管导通，低电平时MOS管关断，因此其导通和关断都会导致电机的电流产生较大的瞬间变化，电机的活塞被快速加速，从而导致电机振动，尤其是在电机启动时，受活塞惯性和前述突变电流的影响，会产生一个较大的振动冲击，所以现有技术中的斯特林电机在启动时会经常听到“哐当”的机械撞击声，降低了电机的寿命。此外，在电流正弦波正半周开始、正半周结束、负半周开始、负半周结束时间段，会出现两个对角的MOS管都不导通（就是同时截止）的情况，造成最后的正弦波不平滑，失真严重，也会使电机运行不平稳，影响电机的寿命。

发明内容

本发明的发明目的在于克服上述现有技术中存在的不足而提供一种启动平稳、噪音低、振动小的斯特林电机的软启动控制系统及斯特林制冷机。

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种斯特林电机的软启动控制系统，用于控制斯特林电机平稳启动，其特征在于，包括：

用于产生设定序列的SPWM波的脉冲发生器；

用于驱动斯特林电机的活塞产生直线振荡的H桥控制单元，该H桥控制单元包括为定子绕组施加正向电压的第一通路和为定子绕组施加反向电压的第二通路，所述第一通路、第二通路分别与脉冲发生器电连接;

在电机启动阶段，所述脉冲发生器分别输出第一SPWM波和第二SPWM波，所述第一SPWM波控制第一通路导通和关断，第二SPWM波控制第二通路导通和关断，且第一SPWM波和第二SPWM波的相位相反，在相同脉冲周期内，所述第一通路导通时第二通路关断，所述第二通路导通时第一通路关断；并且，所述第一SPWM波的占空比大于第二SPWM波的占空比时驱动所述活塞上行，所述第二SPWM波的占空比大于第一SPWM波的占空比时驱动所述活塞下行，且在任一相同脉冲周期，所述第一SPWM波和第二SPWM波的占空比之和均为100%，使得该斯特林电机的定子绕组上流动的电流成大致正弦波形，以驱动斯特林电机的活塞平稳运动。

上述技术方案还可以通过以下措施进一步优化：