专利名称：电动车感应电动机调速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动机调速装置，尤其是供电动车使用的电动机调速装置。
电动车通常用直流电动机来提供动力，由于直流电动机在效率、寿命等方面均不够理想，使这类电动车能源利用率低，蓄电池寿命短。近年来，出现了采用脉宽调制技术的电动机变频调速装置。它可以用性能较为优越的感应电动机代替直流电动机。《电世界》1989年第9期“异步电动机静止变频转动”一文对上述的变频调速装置作了较详细的介绍。
目前，该类装置一般都应用于生产现场，使用电压固定的交流电源，其工作过程是先通过整流将交流电转变为直流电，再逆变成所需要的交流电以驱动电动机。而且已有装置对电动机的控制方式以满足生产现场要求为主，如要在电动车中使用已有的装置，除了存在电源方式及电压不同的问题以外，还应考虑以下三个问题第一个问题是已有装置一般不考虑电动机过载时电源的超负荷能力，并允许电动机有一定程度或一定时间的过电流。对电动车来说，如果蓄电池经常处于过负荷放电状态会使蓄电池效率降低并损害蓄电池，特别是在起步、加速或上坡时这一点更为突出。过电流工作状态还使电动机效率降低。而电动车由于电能有限，希望电能利用率尽可能高，并尽量延长蓄电池寿命。
第二个问题是当电动机严重过电流时，已有装置一般采用停止输出的保护方式来处理。而对电动车来说在不要求减速时停止对电动机供电甚至可能发生危险。
第三个问题是当要求电动机减速或由负载带动电机旋转时，已有装置的逆变输出频率所对应的电动机同步转速一旦低于电动机的实际转速，电能将消耗在对电动机的制动上。而电动车则希望在减速时充分利用惯性行驶而节能。
本实用新型的目的是提供一种适合电动车要求的感应电机变频调速装置，它能解决上述的问题，在满足电动车对动力性能要求的前提下保持较高的电能利用率和可靠地保护蓄电池。
本实用新型的解决方案是变频调速装置直接将蓄电池提供的直流电逆变成三相交流电，以避免在蓄电池和逆变装置之间使用直流电压变换环节而损失电能。逆变产生的三相交流电额定电压可以根据蓄电池额定电压来确定，并且低于蓄电池额定电压；该装置能够通过自动降低输出频率和输出电压来防止电动机过电流，使之保持高效率运转和保护蓄电池；能够在发生对电动机制动现象时快速地自动停止逆变输出。
该调速装置由逆变器、逆变器控制电路、可变时钟、监控电路、测速及判断电路以及电动机转速传感器组成。其中，逆变器用于产生三相交流电；可变时钟用于产生时钟信号使整个电路装置协调运行，该时钟信号的频率决定了逆变器的输出频率和输出电压；逆变器控制电路用于对逆变器进行相序控制和脉宽调制以完成逆变，它受到可变时钟控制。
监控电路的作用是限制输出电流并保持电动机高效率运行。它分别与可变时钟及逆变器相连接，连同逆变器控制电路构成一个闭合控制环路。由该监控电路检测流过逆变器直流回路的电流，当电流超过某预定值时，发出控制信号使逆变器输出频率和输出电压降低，从而使逆变器输出电流被限制在预定的范围内。
测速和比较电路的作用是消除电路装置对电动机的制动作用，它与电动机转速传感器及逆变器控制电路相连接，分别对电动机转速和逆变器输出频率进行检测。当电动机转速高于逆变器输出频率所对应的电动机同步转速时，向逆变器控制电路发出控制信号使逆变器停止输出。
上述的可变时钟可以由一个可控振荡构成。监控电路可以由串联在逆变器直流回路中的电流取样元件和一个比较器组成。比较器将由取样元件送出的电流取样信号与一个预定值比较，当电流取样信号大于该预定值时，比较器发出控制信号使可控振荡器的振荡频率下降。
可以由上述的电动机转速传感器发出频率与电动机转速成正比的脉冲信号。测速和判断电路可以由两个频率／电压转换器和一个电压比较器组成。这两个转换器分别输出与电动机转速或逆变器输出频率相对应的电压信号，由电压比较器对两个电压信号的大小进行比较，当前者大于后者时，电压比较器向逆变器控制电路发出停止输出的控制信号。
可以采用大功率场效应晶体管作为逆变器输出级晶体管，该类元件具有开关速度快，所需激励功率小等优点，用来构成的逆变器效率较高。由于蓄电池的电压相对电网来说一般比较低，也比已有装置中的直流环节的电压稳定得多，因此可以在满足耐压要求的前题下，尽量采用漏源击穿电压比较低的该类晶体管，使漏源通态电阻引起的损耗尽可能小。
由以上解决方案所构成的电动车调速装置，由于避免在蓄电池和逆变装置之间使用直流电压变换环节，以及能够限制输出电流和使电动机保持高效率运转，并且能够消除对电动机的制动作用，使电能得到充分利用。与直流电动机驱动方式相比，有效地延长了电动车的一次充电续驶里程，还可靠地保护了蓄电池。
以下结合附图和一个实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型一个实施例的电路框图。
图2是
图1实施例调速装置中逆变器一个相的电路原理图。
图3是
图1实施例调速装置中可变时钟电路原理图。
图4是
图1实施例调速装置中监控电路原理图。
图5是
图1实施例调速装置中测速及判断电路原理图。
该实施例调速装置用于一种微型电动车。它由
图1所示电路框图中的转速传感器〔4〕、三相逆变器〔5〕、逆变器控制电路〔6〕、监控电路〔7〕、可变时钟〔8〕、测速及判断电路〔9〕、操作单元〔10〕、开关电源〔11〕组成。蓄电池〔1〕经电源开关〔2〕向调速装置提供直流电，该装置输出三相交流电驱动电动机〔3〕。驾驶员〔21〕通过操作单元〔10〕来控制电动机〔3〕起动、停止、加减速。
调速装置输出交流电的额定电压以及电动机〔3〕的额定工作电压均为蓄电池〔1〕额定电压的60％。电动机〔3〕是普通的三相异步感应电动机。
三相逆变器〔5〕的电路原理如图2所示。因三个相的电路完全一致，图2只示出其中一相。由于蓄电池〔1〕电压比较低，其中输出级晶体管〔12〕、〔13〕采用低漏源击穿电压的VMOS大功率场效应管，管压降导致的损耗很小。
逆变器控制电路〔6〕向逆变器〔5〕的每一相提供二路控制信号并保持各相控制信号之间相位差等于120°。该信号使每一相中的P沟道输出管〔12〕或N沟道输出管〔13〕轮流导通并对输出管〔12〕、〔13〕进行脉宽调制。该控制电路〔6〕主要由一个变频调速专用大规模集成电路及脉冲放大器和专用附加电路组成。该专用集成电路有一个FCT输入控制端，用来输入可变时钟〔8〕产生的时钟信号以控制输出频率。专用附加电路产生一个频率与时钟频率成反比的电压时钟信号并输入专用集成电路的VCT输入控制端，以控制输出交流电的电压。该控制电路〔6〕使逆变器〔5〕所输出的三相交流电压波形近似正弦波，并可以使输出电压与输出频率之比等于常数，保持电动机〔3〕恒转矩运转。还可以在一个低频范围内适当提高输出电压与输出频率的比值，以增加电动机〔3〕的转矩。上述专用集成电路还有一个L控制端，用于停止逆变输出。另外，控制电路〔6〕还发出一个与逆变输出频率对应的频率信号。
监控电路〔7〕的电路原理如图4所示，它由三个串联在逆变器〔5〕直流回路中的电流取样电阻〔14〕及一个电压比较器〔17〕和一个RC环节组成。每个取样电阻〔14〕两端的电压变化直接地表示出逆变器〔5〕一相输出电流波形的半个周期。三个相的取样电压都加到比较器〔17〕的同相输入端，在该输入端得到直流回路的总电流波形。当比较器〔17〕同相输入端的信号电压大于其反相输入端预置的电压时，比较器〔17〕置1，所输出的电压经过RC环节和二极管加到可变时钟〔8〕的压控输入端，使时钟频率降低。
操作单元〔10〕由一个受驾驶员〔21〕控制的手动变阻器〔16〕和一个开关组成。可变时钟〔8〕的电路原理如图3所示由一个集成压控振荡器构成，其振荡频率与压控输入端所加电压成反比。该压控输入端的电压除受上述监控电路〔7〕控制以外，还受到上述手动变阻器〔16〕的控制，此外，驾驶员能够用操作单元〔10〕中的开关控制上述控制电路〔6〕中专用集成电路L控制端，停止逆变输出。
电动机转速传感器〔4〕由一个被电动机带动旋转并均匀地开有一些缺口的挡光盘及一个光电探头组成。光电探头对准缺口经过的位置，每出现一个缺口，光电探头就输出一个脉冲信号。所以光电探头输出脉冲信号的频率与电动机转速成正比。
测速及判断电路(9)的电路原理如图5所示，它由二个相同的线性频率／电压转换器〔18〕、〔19〕及一个电压比较器〔20〕组成。其中一个转换器〔18〕接受来自电动机转速传感器〔4〕的脉冲信号，另一个转换器〔19〕接受来自逆变器控制电路〔6〕的与逆变输出频率对应的频率信号。电动机〔3〕的转速与逆变输出频率所对应的电动机同步转速相等时，这二个转换器〔18〕、〔19〕所输出的电压也相等。当电动机〔3〕转速相对偏高时，转换器〔18〕输出电压大于转换器〔19〕输出电压，使比较器〔20〕翻转，其输出信号也送到上述控制电路〔6〕中专用集成电路L控制端，立即使逆变器〔5〕停止输出。
开关电源〔11〕向整个电路装置提供低压直流电源，特点是效率较高。
权利要求1.一种电动车感应电动机变频调速装置，用于将蓄电池[1]提供的直流电转变为三相交流电以驱动感应电动机[3]，该装置包括逆变器[5]，它处于直流电源[1]和电动机[3]之间，用于产生三相交流电；可变时钟[8]，用于产生使整个装置协调运行的时钟信号，该时钟信号的频率决定了逆变器[5]输出频率；逆变器控制电路[6]，它处于可变时钟[8]和逆变器[5]之间，用于对逆变器[5]进行相序控制和脉宽调制；监控电路[7]，用于对运行中的一些参数实行监控，其特征在于逆变器[5]直接将蓄电池[1]提供的直流电逆变成三相交流电，它的额定输出电压低于蓄电池[1]额定电压；监控电路[7]与可变时钟[8]及逆变器[5]相连接，连同逆变器控制电路[6]构成闭合控制环路，当流过逆变器[5]直流回路的电流超过预定值时，监控电路[7]发出信号使逆变器[5]输出频率和输出电压降低，以保证逆变器[5]输出的电流被限制的预定的范围内；该装置中还包括电动机转速传感器[4]和测速及判断电路[9]，该电路[9]与传感器[4]及逆变器控制电路[6]相连接，分别对电动机[3]转速和逆变器[5]输出频率检测，当电动机[3]实际转速高于逆变器[5]输出频率所对应的电动机[3]同步转速时，发出信号快速地停止逆变器[5]输出。
2.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于可变时钟〔8〕由可控振荡器〔15〕构成，监控电路〔7〕包括串联在逆变器〔5〕直流回路中的电流取样元件〔14〕和一个比较器〔17〕，比较器〔17〕将电流取样信号与一个预定值比较，当电流取样信号大于该预定值时比较器〔17〕发出控制信号使可控振荡器〔15〕的振荡频率下降。
3.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于该可控振荡器〔15〕是压控振荡器。
4.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于电动机转速转感器〔4〕发出的脉冲信号频率与电动机〔3〕转速成正比，测速和判断电路〔9〕由两个频率／电压转换器〔18〕、〔19〕和一个电压比较器〔20〕组成，这两个转换器〔18〕、〔19〕分别输出与电动机〔3〕转速或逆变器〔5〕输出频率相对应的电压信号，由比较器〔20〕对这两个电压信号的大小进行比较，当前者大于后者时，向逆变器控制电路〔6〕发出停止逆变器〔5〕输出的信号。
5.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于当蓄电池〔1〕额定电压较低时，逆变器〔5〕输出级晶体管〔12〕、〔13〕相应采用漏源击穿电压较低的大功率场效应晶体管。
专利摘要本实用新型公开了一种电动车感应电动机变频调速装置。它直接将蓄电池[1]提供的直流电转变为三相交流电以驱动电动机[3]。它还包括监控电路[7]，能通过自动降低输出频率使逆变器[5]输出电流被限制在预定范围内，并包括电动机转速传感器[4]和测速及判断电路[9]。当电动机[3]的实际转速高于逆变输出频率所对应的电动机[3]同步转速时，能使逆变器[5]停止输出，以避免装置对电动机[3]的制动作用。
文档编号B60L15/10GK2125890SQ92215070
公开日1992年12月23日 申请日期1992年1月21日 优先权日1992年1月21日
发明者梅远非 申请人:梅远非