專利名稱：電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置，尤其是供電動(dòng)車使用的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置。
電動(dòng)車通常用直流電動(dòng)機(jī)來提供動(dòng)力，由于直流電動(dòng)機(jī)在效率、壽命等方面均不夠理想，使這類電動(dòng)車能源利用率低，蓄電池壽命短。近年來，出現(xiàn)了采用脈寬調(diào)制技術(shù)的電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置。它可以用性能較為優(yōu)越的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)。《電世界》1989年第9期“異步電動(dòng)機(jī)靜止變頻轉(zhuǎn)動(dòng)”一文對(duì)上述的變頻調(diào)速裝置作了較詳細(xì)的介紹。
目前，該類裝置一般都應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，使用電壓固定的交流電源，其工作過程是先通過整流將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再逆變成所需要的交流電以?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。而且已有裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制方式以滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求為主，如要在電動(dòng)車中使用已有的裝置，除了存在電源方式及電壓不同的問題以外，還應(yīng)考慮以下三個(gè)問題第一個(gè)問題是已有裝置一般不考慮電動(dòng)機(jī)過載時(shí)電源的超負(fù)荷能力，并允許電動(dòng)機(jī)有一定程度或一定時(shí)間的過電流。對(duì)電動(dòng)車來說，如果蓄電池經(jīng)常處于過負(fù)荷放電狀態(tài)會(huì)使蓄電池效率降低并損害蓄電池，特別是在起步、加速或上坡時(shí)這一點(diǎn)更為突出。過電流工作狀態(tài)還使電動(dòng)機(jī)效率降低。而電動(dòng)車由于電能有限，希望電能利用率盡可能高，并盡量延長(zhǎng)蓄電池壽命。
第二個(gè)問題是當(dāng)電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過電流時(shí)，已有裝置一般采用停止輸出的保護(hù)方式來處理。而對(duì)電動(dòng)車來說在不要求減速時(shí)停止對(duì)電動(dòng)機(jī)供電甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。
第三個(gè)問題是當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)減速或由負(fù)載帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，已有裝置的逆變輸出頻率所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速一旦低于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，電能將消耗在對(duì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)上。而電動(dòng)車則希望在減速時(shí)充分利用慣性行駛而節(jié)能。
本實(shí)用新型的目的是提供一種適合電動(dòng)車要求的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速裝置，它能解決上述的問題，在滿足電動(dòng)車對(duì)動(dòng)力性能要求的前提下保持較高的電能利用率和可靠地保護(hù)蓄電池。
本實(shí)用新型的解決方案是變頻調(diào)速裝置直接將蓄電池提供的直流電逆變成三相交流電，以避免在蓄電池和逆變裝置之間使用直流電壓變換環(huán)節(jié)而損失電能。逆變產(chǎn)生的三相交流電額定電壓可以根據(jù)蓄電池額定電壓來確定，并且低于蓄電池額定電壓；該裝置能夠通過自動(dòng)降低輸出頻率和輸出電壓來防止電動(dòng)機(jī)過電流，使之保持高效率運(yùn)轉(zhuǎn)和保護(hù)蓄電池；能夠在發(fā)生對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)現(xiàn)象時(shí)快速地自動(dòng)停止逆變輸出。
該調(diào)速裝置由逆變器、逆變器控制電路、可變時(shí)鐘、監(jiān)控電路、測(cè)速及判斷電路以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器組成。其中，逆變器用于產(chǎn)生三相交流電；可變時(shí)鐘用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)使整個(gè)電路裝置協(xié)調(diào)運(yùn)行，該時(shí)鐘信號(hào)的頻率決定了逆變器的輸出頻率和輸出電壓；逆變器控制電路用于對(duì)逆變器進(jìn)行相序控制和脈寬調(diào)制以完成逆變，它受到可變時(shí)鐘控制。
監(jiān)控電路的作用是限制輸出電流并保持電動(dòng)機(jī)高效率運(yùn)行。它分別與可變時(shí)鐘及逆變器相連接，連同逆變器控制電路構(gòu)成一個(gè)閉合控制環(huán)路。由該監(jiān)控電路檢測(cè)流過逆變器直流回路的電流，當(dāng)電流超過某預(yù)定值時(shí)，發(fā)出控制信號(hào)使逆變器輸出頻率和輸出電壓降低，從而使逆變器輸出電流被限制在預(yù)定的范圍內(nèi)。
測(cè)速和比較電路的作用是消除電路裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)作用，它與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器及逆變器控制電路相連接，分別對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和逆變器輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于逆變器輸出頻率所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，向逆變器控制電路發(fā)出控制信號(hào)使逆變器停止輸出。
上述的可變時(shí)鐘可以由一個(gè)可控振蕩構(gòu)成。監(jiān)控電路可以由串聯(lián)在逆變器直流回路中的電流取樣元件和一個(gè)比較器組成。比較器將由取樣元件送出的電流取樣信號(hào)與一個(gè)預(yù)定值比較，當(dāng)電流取樣信號(hào)大于該預(yù)定值時(shí)，比較器發(fā)出控制信號(hào)使可控振蕩器的振蕩頻率下降。
可以由上述的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)。測(cè)速和判斷電路可以由兩個(gè)頻率／電壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電壓比較器組成。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器分別輸出與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或逆變器輸出頻率相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，由電壓比較器對(duì)兩個(gè)電壓信號(hào)的大小進(jìn)行比較，當(dāng)前者大于后者時(shí)，電壓比較器向逆變器控制電路發(fā)出停止輸出的控制信號(hào)。
可以采用大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為逆變器輸出級(jí)晶體管，該類元件具有開關(guān)速度快，所需激勵(lì)功率小等優(yōu)點(diǎn)，用來構(gòu)成的逆變器效率較高。由于蓄電池的電壓相對(duì)電網(wǎng)來說一般比較低，也比已有裝置中的直流環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定得多，因此可以在滿足耐壓要求的前題下，盡量采用漏源擊穿電壓比較低的該類晶體管，使漏源通態(tài)電阻引起的損耗盡可能小。
由以上解決方案所構(gòu)成的電動(dòng)車調(diào)速裝置，由于避免在蓄電池和逆變裝置之間使用直流電壓變換環(huán)節(jié)，以及能夠限制輸出電流和使電動(dòng)機(jī)保持高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，并且能夠消除對(duì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)作用，使電能得到充分利用。與直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式相比，有效地延長(zhǎng)了電動(dòng)車的一次充電續(xù)駛里程，還可靠地保護(hù)了蓄電池。
以下結(jié)合附圖和一個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電路框圖。
圖2是
圖1實(shí)施例調(diào)速裝置中逆變器一個(gè)相的電路原理圖。
圖3是
圖1實(shí)施例調(diào)速裝置中可變時(shí)鐘電路原理圖。
圖4是
圖1實(shí)施例調(diào)速裝置中監(jiān)控電路原理圖。
圖5是
圖1實(shí)施例調(diào)速裝置中測(cè)速及判斷電路原理圖。
該實(shí)施例調(diào)速裝置用于一種微型電動(dòng)車。它由
圖1所示電路框圖中的轉(zhuǎn)速傳感器〔4〕、三相逆變器〔5〕、逆變器控制電路〔6〕、監(jiān)控電路〔7〕、可變時(shí)鐘〔8〕、測(cè)速及判斷電路〔9〕、操作單元〔10〕、開關(guān)電源〔11〕組成。蓄電池〔1〕經(jīng)電源開關(guān)〔2〕向調(diào)速裝置提供直流電，該裝置輸出三相交流電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)〔3〕。駕駛員〔21〕通過操作單元〔10〕來控制電動(dòng)機(jī)〔3〕起動(dòng)、停止、加減速。
調(diào)速裝置輸出交流電的額定電壓以及電動(dòng)機(jī)〔3〕的額定工作電壓均為蓄電池〔1〕額定電壓的60％。電動(dòng)機(jī)〔3〕是普通的三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
三相逆變器〔5〕的電路原理如圖2所示。因三個(gè)相的電路完全一致，圖2只示出其中一相。由于蓄電池〔1〕電壓比較低，其中輸出級(jí)晶體管〔12〕、〔13〕采用低漏源擊穿電壓的VMOS大功率場(chǎng)效應(yīng)管，管壓降導(dǎo)致的損耗很小。
逆變器控制電路〔6〕向逆變器〔5〕的每一相提供二路控制信號(hào)并保持各相控制信號(hào)之間相位差等于120°。該信號(hào)使每一相中的P溝道輸出管〔12〕或N溝道輸出管〔13〕輪流導(dǎo)通并對(duì)輸出管〔12〕、〔13〕進(jìn)行脈寬調(diào)制。該控制電路〔6〕主要由一個(gè)變頻調(diào)速專用大規(guī)模集成電路及脈沖放大器和專用附加電路組成。該專用集成電路有一個(gè)FCT輸入控制端，用來輸入可變時(shí)鐘〔8〕產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)以控制輸出頻率。專用附加電路產(chǎn)生一個(gè)頻率與時(shí)鐘頻率成反比的電壓時(shí)鐘信號(hào)并輸入專用集成電路的VCT輸入控制端，以控制輸出交流電的電壓。該控制電路〔6〕使逆變器〔5〕所輸出的三相交流電壓波形近似正弦波，并可以使輸出電壓與輸出頻率之比等于常數(shù)，保持電動(dòng)機(jī)〔3〕恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)。還可以在一個(gè)低頻范圍內(nèi)適當(dāng)提高輸出電壓與輸出頻率的比值，以增加電動(dòng)機(jī)〔3〕的轉(zhuǎn)矩。上述專用集成電路還有一個(gè)L控制端，用于停止逆變輸出。另外，控制電路〔6〕還發(fā)出一個(gè)與逆變輸出頻率對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)。
監(jiān)控電路〔7〕的電路原理如圖4所示，它由三個(gè)串聯(lián)在逆變器〔5〕直流回路中的電流取樣電阻〔14〕及一個(gè)電壓比較器〔17〕和一個(gè)RC環(huán)節(jié)組成。每個(gè)取樣電阻〔14〕兩端的電壓變化直接地表示出逆變器〔5〕一相輸出電流波形的半個(gè)周期。三個(gè)相的取樣電壓都加到比較器〔17〕的同相輸入端，在該輸入端得到直流回路的總電流波形。當(dāng)比較器〔17〕同相輸入端的信號(hào)電壓大于其反相輸入端預(yù)置的電壓時(shí)，比較器〔17〕置1，所輸出的電壓經(jīng)過RC環(huán)節(jié)和二極管加到可變時(shí)鐘〔8〕的壓控輸入端，使時(shí)鐘頻率降低。
操作單元〔10〕由一個(gè)受駕駛員〔21〕控制的手動(dòng)變阻器〔16〕和一個(gè)開關(guān)組成。可變時(shí)鐘〔8〕的電路原理如圖3所示由一個(gè)集成壓控振蕩器構(gòu)成，其振蕩頻率與壓控輸入端所加電壓成反比。該壓控輸入端的電壓除受上述監(jiān)控電路〔7〕控制以外，還受到上述手動(dòng)變阻器〔16〕的控制，此外，駕駛員能夠用操作單元〔10〕中的開關(guān)控制上述控制電路〔6〕中專用集成電路L控制端，停止逆變輸出。
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器〔4〕由一個(gè)被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并均勻地開有一些缺口的擋光盤及一個(gè)光電探頭組成。光電探頭對(duì)準(zhǔn)缺口經(jīng)過的位置，每出現(xiàn)一個(gè)缺口，光電探頭就輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。所以光電探頭輸出脈沖信號(hào)的頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。
測(cè)速及判斷電路(9)的電路原理如圖5所示，它由二個(gè)相同的線性頻率／電壓轉(zhuǎn)換器〔18〕、〔19〕及一個(gè)電壓比較器〔20〕組成。其中一個(gè)轉(zhuǎn)換器〔18〕接受來自電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器〔4〕的脈沖信號(hào)，另一個(gè)轉(zhuǎn)換器〔19〕接受來自逆變器控制電路〔6〕的與逆變輸出頻率對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)。電動(dòng)機(jī)〔3〕的轉(zhuǎn)速與逆變輸出頻率所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速相等時(shí)，這二個(gè)轉(zhuǎn)換器〔18〕、〔19〕所輸出的電壓也相等。當(dāng)電動(dòng)機(jī)〔3〕轉(zhuǎn)速相對(duì)偏高時(shí)，轉(zhuǎn)換器〔18〕輸出電壓大于轉(zhuǎn)換器〔19〕輸出電壓，使比較器〔20〕翻轉(zhuǎn)，其輸出信號(hào)也送到上述控制電路〔6〕中專用集成電路L控制端，立即使逆變器〔5〕停止輸出。
開關(guān)電源〔11〕向整個(gè)電路裝置提供低壓直流電源，特點(diǎn)是效率較高。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置，用于將蓄電池[1]提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟娨则?qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)[3]，該裝置包括逆變器[5]，它處于直流電源[1]和電動(dòng)機(jī)[3]之間，用于產(chǎn)生三相交流電；可變時(shí)鐘[8]，用于產(chǎn)生使整個(gè)裝置協(xié)調(diào)運(yùn)行的時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)的頻率決定了逆變器[5]輸出頻率；逆變器控制電路[6]，它處于可變時(shí)鐘[8]和逆變器[5]之間，用于對(duì)逆變器[5]進(jìn)行相序控制和脈寬調(diào)制；監(jiān)控電路[7]，用于對(duì)運(yùn)行中的一些參數(shù)實(shí)行監(jiān)控，其特征在于逆變器[5]直接將蓄電池[1]提供的直流電逆變成三相交流電，它的額定輸出電壓低于蓄電池[1]額定電壓；監(jiān)控電路[7]與可變時(shí)鐘[8]及逆變器[5]相連接，連同逆變器控制電路[6]構(gòu)成閉合控制環(huán)路，當(dāng)流過逆變器[5]直流回路的電流超過預(yù)定值時(shí)，監(jiān)控電路[7]發(fā)出信號(hào)使逆變器[5]輸出頻率和輸出電壓降低，以保證逆變器[5]輸出的電流被限制的預(yù)定的范圍內(nèi)；該裝置中還包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器[4]和測(cè)速及判斷電路[9]，該電路[9]與傳感器[4]及逆變器控制電路[6]相連接，分別對(duì)電動(dòng)機(jī)[3]轉(zhuǎn)速和逆變器[5]輸出頻率檢測(cè)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)[3]實(shí)際轉(zhuǎn)速高于逆變器[5]輸出頻率所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)[3]同步轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)出信號(hào)快速地停止逆變器[5]輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)速裝置，其特征在于可變時(shí)鐘〔8〕由可控振蕩器〔15〕構(gòu)成，監(jiān)控電路〔7〕包括串聯(lián)在逆變器〔5〕直流回路中的電流取樣元件〔14〕和一個(gè)比較器〔17〕，比較器〔17〕將電流取樣信號(hào)與一個(gè)預(yù)定值比較，當(dāng)電流取樣信號(hào)大于該預(yù)定值時(shí)比較器〔17〕發(fā)出控制信號(hào)使可控振蕩器〔15〕的振蕩頻率下降。
3.如權(quán)利要求2所述的調(diào)速裝置，其特征在于該可控振蕩器〔15〕是壓控振蕩器。
4.如權(quán)利要求1所述的調(diào)速裝置，其特征在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)感器〔4〕發(fā)出的脈沖信號(hào)頻率與電動(dòng)機(jī)〔3〕轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)速和判斷電路〔9〕由兩個(gè)頻率／電壓轉(zhuǎn)換器〔18〕、〔19〕和一個(gè)電壓比較器〔20〕組成，這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器〔18〕、〔19〕分別輸出與電動(dòng)機(jī)〔3〕轉(zhuǎn)速或逆變器〔5〕輸出頻率相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，由比較器〔20〕對(duì)這兩個(gè)電壓信號(hào)的大小進(jìn)行比較，當(dāng)前者大于后者時(shí)，向逆變器控制電路〔6〕發(fā)出停止逆變器〔5〕輸出的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)速裝置，其特征在于當(dāng)蓄電池〔1〕額定電壓較低時(shí)，逆變器〔5〕輸出級(jí)晶體管〔12〕、〔13〕相應(yīng)采用漏源擊穿電壓較低的大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置。它直接將蓄電池[1]提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟娨则?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)[3]。它還包括監(jiān)控電路[7]，能通過自動(dòng)降低輸出頻率使逆變器[5]輸出電流被限制在預(yù)定范圍內(nèi)，并包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器[4]和測(cè)速及判斷電路[9]。當(dāng)電動(dòng)機(jī)[3]的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于逆變輸出頻率所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)[3]同步轉(zhuǎn)速時(shí)，能使逆變器[5]停止輸出，以避免裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)[3]的制動(dòng)作用。
文檔編號(hào)B60L15/10GK2125890SQ92215070
公開日1992年12月23日 申請(qǐng)日期1992年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月21日
發(fā)明者梅遠(yuǎn)非 申請(qǐng)人:梅遠(yuǎn)非