CN206432928U

CN206432928U - 一种单相电动机变频驱动电路

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Publication number: CN206432928U
Application number: CN201720148724.XU
Authority: CN
Inventors: 卢丹; 雷霭迁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-08-22
Anticipated expiration: 2027-02-20

Abstract

本实用新型公开了一种单相电动机变频驱动电路。包括第一电子功率开关、第二电子功率开关、第三电子功率开关、第四电子功率开关、电容和电机,第一电子功率开关、第二电子功率开关组成一个半桥，与电机的绕组U相连，第三电子功率开关、第四电子功率开关组成一个半桥，与电机的绕组V相连。电机的U、V两绕组公共端与电容正极相连，电容负极接电源负极。本实用新型采用变频驱动器、使用单相交流电机，以简化制造工艺，使用新颖的电路结构形式，既解决传统驱动方式所需电子功率开关数量较多的不足，也解决了电机高效运行的工作区间窄的不足。

Description

一种单相电动机变频驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动电路技术领域，尤其涉及一种单相电动机变频驱动电路。

背景技术

目前的单相交流异步电动机，大多通过电容移相的方式，使电机定子上两相绕组产生相位差约为90度的正弦电流，从而形成旋转磁场，提供电机运转的基本条件。上述电机驱动方式存在不的不足是：

1、不方便调速。通过绕组抽头的方式进行分调速，档位有限，绕线工艺复杂。

2、不同档位之间的电能转换效率差异较大。由于我国工业、民用电源均为定频50Hz，在电机工作在不同转速的档位下，仅有个别档位的工作点达到较高的电能转换效率，其余档位的效率将大幅降低。

3、当实际转速与同步转速差异较大时，电机输出的机械特征较软，转速受负载的影响大。

行业内使用变频驱动器，将频率固定50Hz的交流电源变换为频率可调的多相交流电源，解决上述的缺陷。但增加变频驱动器，将明显示增加系统的成本。其中电子功率开关是构成变频驱动器成本的重要部分。

行业内常用的交流变频电机，大多使用三相电机，相比单相电机，其绕组绕线工艺相对较为复杂，定子铁芯的齿槽数较多，制造成本高，而驱动三相交流电机所需的电子功率开关的数量为6个(如图1及图2)。

单相交流电机的绕线工艺相对较简单，但其对电子功率开关的需求量较多，按常规方法需要8个电子功率开关（如图3），比三相交流电机所需的6个电子功率开关更多，电子功率开关的利用率低，成本增加，因而行业内很少采用。

减少电子功率开关的另一种方式(如图4)，变频控制器仅输出一路正弦驱动信号，驱动电机的一相绕组，而另一相绕组按照传统的方式，串联移相电容以获得经移相后的驱动电流。这种方式虽然可以减少一半的电子功率开关用量，但电容移相的角度与驱动频率直接相关，电机仅在较窄的转速和负荷区间内能形成接近圆型的旋转磁场，若偏离最佳工作点，旋转磁场将变为椭圆形，电机的性能将大幅下降。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种单相电动机变频驱动电路。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种单相电动机变频驱动电路，采用变频驱动器、使用单相交流电机，以简化制造工艺，使用新颖的电路结构形式，既解决传统驱动方式所需电子功率开关数量较多的不足，也解决了电机高效运行的工作区间窄的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单相电动机变频驱动电路，包括第一电子功率开关、第二电子功率开关、第三电子功率开关、第四电子功率开关、电容和电机, 第一电子功率开关、第二电子功率开关组成一个半桥，与电机的绕组U相连，第三电子功率开关、第四电子功率开关组成一个半桥，与电机的绕组V相连。电机的U、V两绕组公共端与电容正极相连，电容负极接电源负极。

作为优选，所述的电机是具有两个正交绕组的单相异步电机。

作为优选，所述的电容为储能和隔直电容。

作为优选，所述的电容一端与电机的公共端相连，另一端与电源相连。

作为优选，所述的第一电子功率开关SW1、第二电子功率开关、第三电子功率开关、第四电子功率开关均为绝缘栅型场效应管、绝缘栅双极型晶体管或双极型三极管。

本实用新型的有益效果是：

1、利用电容的储能，以及电容隔直流通交流的特征，对半桥输出的包含直流成分的PWM信号进行滤波，阻断驱动信号中的直流成分，避免因此造成电机绕组严重发热。另一方面，对输出PWM信号中的交流成分耦合至电机绕组，使电机绕组获得适当的驱动信号。

2、只增加一个电容器，使常规的驱动电路方案中减少四个电子功率开关器件，从而大大降低驱动电路的成本，简化驱动电路，同时可获得优异的性能。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的背景技术中传统的交流变频电机驱动电路图；

图2是本实用新型的背景技术中的另一种交流变频电机驱动电路图；

图3是本实用新型的背景技术中的单相交流电机的驱动电路图；

图4是本实用新型的背景技术中的另一种单相交流电机的驱动电路图；

图5是本实用新型的单相电动机变频驱动电路；

图6为本实用新型的单相交流电机变频驱动系统原理图。

具体实施方式

如图5-6所示，本实用新型的一具体实施例，一种单相电动机变频驱动电路，包括第一电子功率开关SW1、第二电子功率开关SW2、第三电子功率开关SW3、第四电子功率开关SW4、电容C和电机MOTOR, 第一电子功率开关SW1、第二电子功率开关SW2组成一个半桥，且与电机MOTOR的绕组U相连，第三电子功率开关SW3、第四电子功率开关SW4组成一个半桥，且与电机MOTOR的绕组V相连，电机MOTOR的绕组U相、绕组V相的公共端与电容C正极相连，电容C负极接电源负极。

值得注意的是，所述的电机MOTOR是具有两个正交绕组的单相异步电机。

值得注意的是，所述的电容C为储能和隔直电容。

值得注意的是，所述的电容C一端与电机MOTOR的公共端相连，另一端与电源相连。

此外，所述的第一电子功率开关SW1、第二电子功率开关SW2、第三电子功率开关SW3、第四电子功率开关SW4均为绝缘栅型场效应管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT或双极型三极管BJT。

本具体实施方式的工作原理：第一电子功率开关SW1与第二电子功率开关SW2组成一个半桥，第三电子功率开关SW3与第四电子功率开关SW4组成另一个半桥，分别驱动单机异步电机的U，V两绕组。由于半桥输出的PWM信号相对于参考地电位为单极性，流过绕组的电流总是同一方向，不能向绕组施加方向交替相反的交流电流，按传统的方法需额外增加一个半桥组成全桥，以实现电流换向作用，从而造成器件数量多，成本高。本具体实施方式中设置输出电容器，与电机绕组串联后再连接到地线上，当半桥上臂SW1导通时，电源电流从上臂，通过绕组U的UA端至UB端，再经电容C流向地线，同时电容C被充电；当上臂SW1截止而下臂SW2导通时，电容C所储存的电能，从绕组U的UB端至UA端流经下臂SW2，再回流至电容C负极，形成反向的电流回路。同理，电机V相绕组受SW3、SW4的交替导通驱动，也可得到方向不同的交变电流。

作为实用方案，本实用新型配合以下传统的电路构成完整的变频驱动器。

交流电源经整流桥B1整流和电容C1滤波，得到相对平稳的直流母线电压+310V，提供半桥电路所需的电源。

直流母线电压+310V经DC-DC模块变压转换，得到+15V电压，提供前置驱动芯片U4和U5所需的电源。

+15V电压经线性稳压器U3降压，得至稳定的+3.3V电压，供给控制芯片U1及其外围关联部件。

控制芯片U1用于产生两路正交的SPWM信号，以及控制、协调整个变频电路的运行。

前置驱动芯片U4、U5将U1产生的正交的SPWM信号放大后，驱动本实用新型所述的变频驱动电路。

作为优选，本实施方案选用IGBT作为电子功率开关，根据不同的使用需求，也可以选用MOSFET，BJT或IPM模块作电子功率开关。

为实现更完善的功能，本实施方案设有电流检测电阻RS，检测母线电流，传送到控制芯片U1作过流保护和运行控制使用。

为实现更完善的功能，本实施方案设有母线电压检测器，由电阻R1、R2、R3分压后传送到控制芯片U1作过压检测、欠压检测和运行控制使用。

为实现更完善的功能，本实施方案设有通讯端口CN1，作为外部控制信号输入和运行状态输出的作用。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种单相电动机变频驱动电路；其特征在于：包括第一电子功率开关(SW1)、第二电子功率开关(SW2)、第三电子功率开关(SW3)、第四电子功率开关(SW4)、电容(C)和电机(MOTOR), 第一电子功率开关(SW1)、第二电子功率开关(SW2)组成一个半桥，且与电机(MOTOR)的绕组U相连，第三电子功率开关(SW3)、第四电子功率开关(SW4)组成一个半桥，且与电机(MOTOR)的绕组V相连，电机(MOTOR)的绕组U相、绕组V相的公共端与电容(C)正极相连，电容(C)负极接电源负极。

2.根据权利要求1所述的一种单相电动机变频驱动电路；其特征在于：所述的电机(MOTOR)是具有两个正交绕组的单相异步电机。

3.根据权利要求1所述的一种单相电动机变频驱动电路；其特征在于：所述的电容(C)为储能和隔直电容。

4.根据权利要求1所述的一种单相电动机变频驱动电路；其特征在于：所述的电容(C)一端与电机(MOTOR)的公共端相连，另一端与电源相连。

5.根据权利要求1所述的一种单相电动机变频驱动电路；其特征在于：所述的第一电子功率开关(SW1)、第二电子功率开关(SW2)、第三电子功率开关(SW3)、第四电子功率开关(SW4)均为绝缘栅型场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或双极型三极管(BJT)。