专利名称：矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿电机车运输领域，具体为一种矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置。
背景技术：
矿用蓄电池电机车是煤矿生产的重要运输工具之一。目前煤矿上所用到的传统蓄电池电机车普遍采用直流串激电动机作为牵引电动机，因为直流串激电动机具有良好的牵引特性，启动转矩大、过载能力强、容易多机并联，其转速随着负载转矩的增加相应地降低，几乎是在恒功率下运行。但是由于矿井下的工作环境极其恶劣，对电机的防尘、防爆和防潮等都有严格的要求。考虑到直流电机结构复杂、造价高、运行成本高、维护工作量大，维修费高，并且在调速过程中会容易出现失控情况，所以并不适宜在井下使用。随着我国煤矿现代化程度的不断提高，从可靠性、维护性和经济性上考虑矿蓄电池电机车的运输系统，必须采用新型的电机车调速系统。与直流电机相比，交流电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、惯量小、运行可靠、维护量小以及可用于恶劣环境等，同时随着电力电子技术的飞速发展以及交流调速技术的日趋完善，交流电机的调速系统不但在性能上能和直接电机的性能一样，而且比直流电机系统费用更低、可靠性更高。目前国内使用交流调速系统的矿用蓄电池机车多数采用的是变频调速技术，在很大程度上改善了系统的机械特性，是无级调速的。目前已生产的实际产品，大多采用的是压变频控制和转差频率控制方式，但是这两种控制方式的精度都不是很高。这里我们采用了国际上先进的直接转矩控制技术，反应速度快、控制精度高，可以为煤矿的安全和高效生产提供保障。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，以实现对永磁同步电机的高效控制。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于包括有作为控制核心的DSP、蓄电池组、接触器、继电器、限流电阻、稳压电容、故障检测模块、智能功率模块(IPM)、直流电流电压检测模块、三相电流检测模块、光电编码器，所述的蓄电池组提供的直流电流过接触器的常开触点、熔断器、限流电阻再并联稳压电容后输入到智能功率模块，所述的蓄电池组与DSP的AD1-2 口之间连接有直流电流电压检测模块，所述的限流电阻两端并联有继电器的常开触点，所述的接触器、继电器均与DSP的I/O 口连接，所述的智能功率模块的三相输出线路连接电机，智能功率模块的三相输出线路与电机之间串有三相电流检测模块，三相电流检测模块还与DSP的AD3-5 口相连，所述的电机连接有光电编码器，光电编码器的数据输出端经调理电路后接入DSP的CAP1-3 口，所述智能功率模块的过流、过压、过热故障信号引脚与DSP的TOPINT引脚之间连接有故障检测模块，智能功率模块的驱动信号引脚与DSP的PWMI-6引脚之间连接有6路光耦信号。所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的智能功率模块为富士公司的7MBP300RA120模块。所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的DSP为TI公司的 TMS320F2812。所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的三相电流检测模块采用霍尔电流检测器HDC-600B。所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的光电编码器为欧姆龙公司的E6B2-CWZ6C。所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的调理电路为位置和速度信号处理电路。本实用新型的工作原理是以TI公司的DSP TMS320F2812为控制核心，由蓄电池组提供电能，直流电经过电容滤波稳压输入到智能功能模块(IPM)中，智能功率模块由DSP控制输出PWM波以控制电机的运行。DSP通过三相电流检测模块实时检测电机的三相电流，通过光电编码器实时测量电机定子的转速和位置，从而采用直接转矩控制技术实现对永磁同步电机的速度和转矩的双闭环高精度控制。故障检测电路可是实时的对系统的过流、过压、过热进行检测，一旦发生故障，可以立刻通过硬件封锁脉冲输出，以达到保护的目的。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在本实用新型采用直接转矩控制技术，反应速度快，控制精度高，极大地提高整个矿区电机车运输系统的运行效率；同时采用具有回馈发电技术，降低了电能损耗，具有很强的实用价值，为煤矿长期安全高效的生产奠定了基础。
图I为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型的三相电流检测电路的电路图。图3为本实用新型的位置和速度信号处理电路的电路图。图4为本实用新型的故障检测电路的电路图。
具体实施方案如图I所示，矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，包括有作为控制核心的DSPl、蓄电池组3、接触器Q1、继电器Q2、限流电阻R1、稳压电容Cl、故障检测模块4、智能功率模块(IPM) 2、直流电流电压检测模块5、三相电流检测模块6、光电编码器7，蓄电池组3提供的直流电流过接触器Ql的常开触点、熔断器FU1、限流电阻Rl再并联稳压电容Cl后输入到智能功率模块2，蓄电池组3与DSPl的AD1-2 口之间连接有直流电流电压检测模块5，限流电阻Rl两端并联有继电器Q2的常开触点，接触器Q1、继电器Q2均与DSPl的I/O 口连接，智能功率模块2的三相输出线路连接电机9，智能功率模块2的三相输出线路与电机9之间串有三相电流检测模块6，三相电流检测模块6还与DSPl的AD3-5 口相连，电机9连接有光电编码器7，光电编码器7的数据输出端经调理电路10后接入DSPl的CAP1-3 口，智能功率模块2的过流、过压、过热故障信号引脚与DSPl的TOPINT引脚之间连接有故障检测模块4，智能功率模块2的驱动信号引脚与DSPl的PWMI-6引脚之间连接有6路光耦信号8。智能功率模块2为富士公司的7MBP300RA120模块。DSPl 为 TI 公司的 TMS320F2812。三相电流检测模块6采用霍尔电流检测器HDC-600B。光电编码器7为欧姆龙公司的E6B2-CWZ6C。调理电路10为位置和速度信号处理电路。系统启动时，输入接触器Ql吸合，两组蓄电池串联构成蓄电池组3供电，通过稳压电容Cl滤波储能等效为恒定的电压源，在蓄电池组和稳压电容Cl之间串有熔断器FUl和 电阻R1，熔断器FUl主要用于过流保护，电阻Rl用来限制刚开始的充电电流，通过直流电流电压检测模块5对稳压电容Cl两端的电压实时检测，并将数值传输至DSPl的AD1-2接口，当稳压电容Cl上电压达到一定值时，通过DSPl的I/O 口控制继电器Q2吸合，切除电阻Rl0系统的正常工作时，充分利用DSPl的快速处理能力来实现永磁同步电机9的双闭环控制。DSPl通过ADO端口读取给定的转速，通过中断实现电流电压的采样，同过对光电编码器7的信号进行捕获处理来确定转子的位置和电机的速度，采用直接转矩控制产生不同脉宽的PWM脉冲信号，经过光耦隔离输入智能功率模块2，进而驱动电机9转动。工作的过程中，如果直流侧出现过流或者欠电压的情况，DSPl可以通过直流电压电流检测电路立刻检测到，会立刻通过I/O 口控制接触器Ql断开，切断系统供电。如果交流侧以及智能功率模块2出现过流、过压、过热等情况，故障检测电路4会立即动作，通过向DSPl的TOPINT脚写入低电平来封锁脉冲输出，以达到保护的目的。如图2所示，本实施例中三相电流检测电路，采用霍尔元件采样，利用磁平衡式霍尔电流检测器(LEM模块)。LEM模块借助“磁场补偿”的思想，保持铁芯磁通为零，实用方便，电流过载能力强，响应速度快，并且和电阻采样相比较，由于不需要在主电路中传入电阻，不会产生额外的损耗。模块输出与电流相对应的电压值，经R1、C1组成的的RC滤波电路滤波后，再经电阻R2、R3分压，通过运放LM324构成的电压跟随电路输出到DSP的A D 3-5接口，以实现DSP对电流的采样。同时把电压信号输入由运放U 2和电阻R 4、R 5构成的比较器的反相端，把产生的高、低电平输入到故障检测电路，进行过电流保护。如图3所不,本实施例中位置和速度信号处理电路,有光电编码器输出的A、B、C三路信号分别经过对应R1、R2、R3、R4、R5、R6、C 1、C2、C3构成的滤波电路滤波后，输入TLP521-4型光耦Ul进行隔离，R9、RIO、Rll对光耦起限流作用。光耦输出的信号经过R7、R8、R12、C4、C5、C6组成的滤波电路滤波和74HC14整形后，最后送入DSP的捕获端口 CAP1、CAP2和CAP3，进行正交编码和捕获中断处理，便可以实现永磁同步电机的转子位置的确定和速度的计算。如图4所示，本实施例中故障检测电路，由智能功率模块2产生的过流、过压、过热信号被送到与非门电路CD4078，可见每当出现任何一种故障状态都会将使CD4078的输出端变为低电平，再经光耦U I隔离后送到DSP的功率驱动保护中断引脚，即I3DPINT引脚也被置为低电平。在这种情况下，DSP内部的定时器就会立刻停止计数，所有PWM输出引脚都呈现高阻态，与此同时也会有中断信号产生，告诉CPU发生了故障，整个检测和保护过程不需要程序，全部是DSP内部的硬件自动实现，因此在故障情况的发生下，可以快速的实现保护。
权利要求1.一种矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于包括有作为控制核心的DSP、蓄电池组、接触器、继电器、限流电阻、稳压电容、故障检测模块、智能功率模块(IPM)、直流电流电压检测模块、三相电流检测模块、光电编码器，所述的蓄电池组提供的直流电流过接触器的常开触点、熔断器、限流电阻再并联稳压电容后输入到智能功率模块，所述的蓄电池组与DSP的AD1-2 ロ之间连接有直流电流电压检测模块，所述的限流电阻两端并联有继电器的常开触点，所述的接触器、继电器均与DSP的I/O ロ连接，所述的智能功率模块的三相输出线路连接电机，智能功率模块的三相输出线路与电机之间串有三相电流检测模块，三相电流检测模块还与DSP的AD3-5 ロ相连，所述的电机连接有光电编码器，光电编码器的数据输出端经调理电路后接入DSP的CAP1-3 ロ，所述智能功率模块的过流、过压、过热故障信号引脚与DSP的Η)ΡΙΝΤ引脚之间连接有故障检测模块，智能功率模块的驱动信号引脚与DSP的PWMI-6引脚之间连接有6路光耦信号。
2.根据权利要求I所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的智能功率模块为富士公司的7MBP300RA120模块。
3.根据权利要求I所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的DSP 为 TI 公司的 TMS320F2812。
4.根据权利要求I所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的三相电流检测模块采用霍尔电流检测器HDC-600B。
5.根据权利要求I所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的光电编码器为欧姆龙公司的E6B2-CWZ6C。
6.根据权利要求I所述的矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，其特征在于所述的调理电路为位置和速度信号处理电路。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用隔爆型永磁同步电动机控制装置，以TI公司的DSPTMS320F2812为控制核心，由蓄电池组提供电能，直流电经过电容滤波稳压输入到智能功能模块(IPM)中，智能功率模块由DSP控制输出PWM波以控制电机的运行。DSP通过三相电流检测模块实时检测电机的三相电流，通过光电编码器实时测量电机定子的转速和位置，从而采用直接转矩控制技术实现对永磁同步电机的速度和转矩的双闭环高精度控制。本实用新型采用直接转矩控制技术，反应速度快，控制精度高，极大地提高整个矿区电机车运输系统的运行效率；同时采用具有回馈发电技术，降低了电能损耗，具有很强的实用价值，为煤矿长期安全高效的生产奠定了基础。
文档编号H02P6/08GK202475348SQ20122002287
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者凌六一, 唐超礼, 徐善永, 曲立国, 黄友锐 申请人:安徽理工大学