專利名稱：馬達變頻設備、驅動裝置及控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻設備，特別是涉及一種馬達變頻設備、驅動裝置及控制電路。
背景技術：
近年來由于工業界的需求，使馬達的轉速快速提升至每分鐘三十萬轉以上。傳統上針對高速馬達，是利用方波形式的開關信號，控制一功率電晶體模組的開關以輸出一驅動電壓。以三相馬達為例，功率電晶體模組具有六個功率電晶體，每一功率電晶體均導通半個周期，使得馬達每一相的電壓呈現六步方波的形式。每一周期在馬達的定子線圈提供了六個不連續的電壓向量，其含有許多諧波成分，若用于驅動馬達，會引起馬達的轉矩脈動(torque pulsation),低速運轉時更為明顯,故不適用于低速運轉的場合
發明內容
本發明的目的在于提供一種抑制諧波的馬達變頻設備。本發明馬達變頻設備包含一馬達及一驅動裝置。該馬達受一驅動電壓驅動以產生一馬達轉速。該驅動裝置適用于驅動該馬達，且包括一驅動電壓產生電路及一控制電路。該驅動電壓產生電路受多個開關信號控制以輸出該呈多相的驅動電壓。該控制電路具有一處理器，電連接于該驅動電壓產生電路，預存一預設速度值，且接收一相關于該馬達轉速的反饋速度值，產生多個控制信號，再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，其中，該處理器比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，當該反饋速度值小于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一梯形波，當該反饋速度值大于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一方波。該梯形波具有一個基頻成分及一個三倍頻成分，該三倍頻成分頻率為該基頻成分的三倍，振幅為該基頻成分的六分之一。該驅動電壓產生電路包括一整流單元、一電壓調整單元及一功率電晶體模組。該整流單元接收一交流電并進行整流以輸出一第一直流電。該電壓調整單元電連接該整流單元以接收該第一直流電，電連接該微處理器且受該微處理器控制以輸出一第二直流電。該功率電晶體模組具有多個互相并聯且電連接該電壓調整單元的開關單元，每個開關單元具有串聯的一第一功率電晶體及一第二功率電晶體，該第一功率電晶體和該第二功率電晶體分別電連接該微處理器并受所述開關信號控制而導通或不導通，使得該第一功率電晶體和該第二功率電晶體之間輸出或不輸出該第二直流電，以驅動該馬達旋轉。該預設速度值在每分鐘十一萬轉到十四萬轉之間。本發明的另一目的在于提供一種抑制諧波的驅動裝置。本發明驅動裝置適用于驅動一馬達，且包括一驅動電壓產生電路及一控制電路。該驅動電壓產生電路受多個開關信號控制以輸出一驅動該馬達的呈多相的驅動電壓。該控制電路具有一處理器，電連接于該驅動電壓產生電路，預存一預設速度值，且接收一相關于該馬達轉速的反饋速度值，產生多個控制信號，再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，其中，該處理器比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，當該反饋速度值小于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一梯形波，當該反饋速度值大于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一方波。該梯形波具有一個基頻成分及一個三倍頻成分，該三倍頻成分頻率為該基頻成分的三倍，振幅為該基頻成分的六分之一。該驅動電壓產生電路包括一整流單元、一電壓調整單元及一功率電晶體模組。該整流單元接收一交流電并進行整流以輸出一第一直流電。該電壓調整單元電連接該整流單元以接收該第一直流電，電連接該微處理器且受該微處理器控制以輸出一第二直流電。 該功率電晶體模組具有多個互相并聯且電連接該電壓調整單元的開關單元，每個開關單元具有串聯的一第一功率電晶體及一第二功率電晶體，該第一功率電晶體和該第二功率電晶體分別電連接該微處理器并受所述開關信號控制而導通或不導通，使得該第一功率電晶體和該第二功率電晶體之間輸出或不輸出該第二直流電，以驅動該馬達旋轉。該預設速度值在每分鐘十一萬轉到十四萬轉之間。本發明的又一目的在于提供一種抑制諧波的控制電路。本發明控制電路適用于一驅動電壓產生電路，該驅動電壓產生電路受多個開關信號控制以輸出一呈多相的驅動電壓，該驅動電壓用于驅動一馬達。該控制電路包含一偵測器及一處理器。該偵測器電連接該馬達以取得所述驅動電壓，依驅動電壓頻率推算馬達速度，以產生并輸出相關于該馬達轉速的一反饋速度值。該處理器電連接于該驅動電壓產生電路，預存一預設速度值，且電連接于該偵測器以接收該反饋速度值，產生多個控制信號，再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，其中，該處理器比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，當該反饋速度值小于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一梯形波，當該反饋速度值大于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一方波。該預設速度值在每分鐘十一萬轉到十四萬轉之間。本發明的有益效果在于利用梯形波減少驅動電壓的諧波，使馬達能高速且穩定運轉。


圖I是本發明馬達變頻設備的較佳實施例的電路圖；圖2是本較佳實施例的六個方波形式的控制信號時序圖；圖3是本較佳實施例的六個梯形波形式的控制信號時序圖；圖4是本較佳實施例的一梯形波、一類梯形波及一正弦波的波形圖；圖5是本較佳實施例的一個梯形波控制信號、一個三角載波和一開關信號的波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。參閱圖1，本發明馬達變頻設備的較佳實施例包含一馬達3及一驅動裝置4。在本較佳實施例中，該馬達3為一三相感應馬達，受一呈多相的驅動電壓驅動以產生一馬達轉速。在本實施例，該驅動電壓為呈三相，包含三個相電壓Va、Vb及Vc。該驅動裝置4適用于驅動該馬達3，且包括一驅動電壓產生電路2及一控制電路
Io該控制電路I具有一處理器18及一偵測器17。該偵測器17電連接馬達3的三相輸入端以取得所述相電壓Va、Vb及Vc，依驅動電壓頻率推算馬達速度，以產生并輸出一反·饋速度值。該反饋速度值也可利用設于馬達3轉軸上的速度感測裝置(圖未示)產生，該速度感測裝置電連接該控制電路I以輸出該反饋速度值。該處理器18接收一輸入速度指令并電連接該偵測器17以接收該反饋速度值，根據控制法則進行運算后，產生六個控制信號VI、V2、V3、V4、V5及V6 (圖未示)，再將所述控制信號Vl V6以脈波寬度調變，產生六個開關信號11、12、13、14、15及16。該驅動電壓產生電路2電連接該處理器18以接收所述開關信號11 16，受所述開關信號11 16控制以輸出所述相電壓Va、Vb及Vc,用于驅動該高速馬達3。該驅動電壓產生電路2包括一整流單元22、一電壓調整單元23及一功率電晶體模組24。該整流單元22電連接一交流的電源21以接收一交流電并將其整流后輸出一第一直流電。該電壓調整單元23電連接該整流單元22以接收該第一直流電，電連接該處理器18且受該處理器18控制以輸出具有一預設電壓值的一第二直流電。該電壓調整單元可采用降壓式轉換器(Buck converter),利用脈波寬度調變的方式,將高電壓的第一直流電轉換成較低壓的第二直流電。該功率電晶體模組24具有多個互相并聯且電連接該電壓調整單元23的開關單元241,每個開關單兀241具有串聯的一第一功率電晶體及一第_■功率電晶體。該_■功率電晶體分別電連接該處理器18并受所述開關信號11 16控制而導通或不導通，使得該二功率電晶體之間輸出或不輸出該第二直流電，作為所述相電壓Va、Vb及Vc，以驅動該高速馬達3旋轉。在本較佳實施例中，利用電壓調整單元23調整所述相電壓Va、Vb及Vc的振幅，功率電晶體模組24調整所述相電壓Va、Vb及Vc的頻率。然而亦可省略電壓調整單元23，直接以功率電晶體模組24的切換調整所述相電壓Va、Vb及Vc的振幅及頻率。脈波寬度調變的方式為將每一控制信號與一三角載波比較，利用兩者間的差異，當控制信號大于三角載波時，產生“導通”的開關信號；當控制信號小于三角載波時，產生“不導通”的開關信號。限于目前功率晶體特性與馬達磁性材料的損失，一般載波頻率至多為10 15kHz。然而為維持驅動裝置輸出電壓的品質，其載波頻率至少需為弦波控制信號頻率的19倍，因此傳統的驅動裝置多用于輸出頻率較低的系統如DC :600Hz。若要驅動每分鐘三十萬轉的高速馬達，弦波控制信號頻率需為5kHz，載波頻率將高至95KHz，目前功率晶體無法支援，且所造成的開關切換功率損失太大。因此，在高轉速時，該馬達3以六步方波法驅動，所述控制信號為責任導通比為二分之一的方波，經脈波寬度調變后，所述開關信號11 16的波形和所述控制信號Vl V6相同，其時序如圖2所示。為了解決方波產生的諧波問題，在低速時，該控制電路I產生的所述控制信號Vl V6是以周期性弦波組成，其時序如圖3所示。于本較佳實施例中，該周期性弦波具有一個基頻成分及一個三倍頻成分。該三倍頻成分的頻率為該基頻成分的三倍，振幅為該基頻成分的六分之一。其中三個控制信號VI、V2、V3的電壓相位各相差三分之一周期,表不式如下
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權利要求
1.一種馬達變頻設備，其特征在于其包含 一個馬達，受一個驅動電壓驅動以產生一個馬達轉速 '及 一個驅動裝置，適用于驅動該馬達，該驅動裝置包括 一個驅動電壓產生電路，受多個開關信號控制以輸出該呈多相的驅動電壓；及 一個控制電路，該控制電路具有 一個處理器，電連接于該驅動電壓產生電路，預存一預設速度值，且接收一個相關于該馬達轉速的反饋速度值，產生多個控制信號，再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，其中，該處理器比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，當該反饋速度值小于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一個梯形波，當該反饋速度值大于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一個方波。
2.根據權利要求I所述的馬達變頻設備，其特征在于該梯形波具有 一個基頻成分 '及 一個三倍頻成分，頻率為該基頻成分的三倍，振幅為該基頻成分的六分之一。
3.根據權利要求I所述的馬達變頻設備，其特征在于該驅動電壓產生電路包括 一個整流單元，接收一交流電并進行整流以輸出一個第一直流電； 一個電壓調整單元，電連接該整流單元以接收該第一直流電，電連接該微處理器且受該微處理器控制以輸出一個第二直流電；及 一個功率電晶體模組，具有多個互相并聯且電連接該電壓調整單元的開關單元，每個開關單元具有串聯的一個第一功率電晶體及一個第二功率電晶體，該第一功率電晶體和該第二功率電晶體分別電連接該微處理器并受所述開關信號控制而導通或不導通，使得該第一功率電晶體和該第二功率電晶體之間輸出或不輸出該第二直流電，以驅動該馬達旋轉。
4.根據權利要求I所述的馬達變頻設備，其特征在于；該預設速度值在每分鐘十一萬轉到十四萬轉之間。
5.一種驅動裝置，用于驅動一個馬達，其特征在于其包含 一個驅動電壓產生電路，受多個開關信號控制以輸出一個呈多相的驅動電壓；及 一個控制電路，該控制電路具有 一個處理器，電連接于該驅動電壓產生電路，預存一個預設速度值，且接收一個相關于該馬達轉速的反饋速度值，產生多個控制信號，再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，其中，該處理器比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，當該反饋速度值小于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一個梯形波，當該反饋速度值大于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一個方波。
6.根據權利要求5所述的驅動裝置，其特征在于該梯形波具有 一個基頻成分 '及 一個三倍頻成分，頻率為該基頻成分的三倍，振幅為該基頻成分的六分之一。
7.根據權利要求5所述的驅動裝置，其特征在于該驅動電壓產生電路包括 一個整流單元，接收一交流電并進行整流以輸出一個第一直流電； 一個電壓調整單元，電連接該整流單元以接收該第一直流電，電連接該微處理器且受該微處理器控制以輸出一個第二直流電；及 一個功率電晶體模組，具有多個互相并聯且電連接該電壓調整單元的開關單元，每個開關單元具有串聯的一個第一功率電晶體及一個第二功率電晶體，該第一功率電晶體和該第二功率電晶體分別電連接該微處理器并受所述開關信號控制而導通或不導通，使得該第一功率電晶體和該第二功率電晶體之間輸出或不輸出該第二直流電，以驅動該馬達旋轉。
8.根據權利要求5所述的驅動裝置，其特征在于該預設速度值在每分鐘十一萬轉到十四萬轉之間。
9.一種控制電路，適用于一個驅動電壓產生電路，該驅動電壓產生電路受多個開關信號控制以輸出一個呈多相的驅動電壓，該驅動電壓用于驅動一個馬達，該控制電路的特征在于其包含 一個偵測器，電連接該馬達以取得所述驅動電壓，依驅動電壓頻率推算馬達速度，以產生并輸出相關于該馬達轉速的一個反饋速度值；及 一個處理器，電連接于該驅動電壓產生電路，預存一個預設速度值，且電連接于該偵測器以接收該反饋速度值，產生多個控制信號，再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，其中，該處理器比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，當該反饋速度值小于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一個梯形波，當該反饋速度值大于該預設速度值時，將所述控制信號分別設定為一個方波。
10.根據權利要求9所述的控制電路，其特征在于；該預設速度值在每分鐘十一萬轉到十四萬轉之間。
全文摘要
一種馬達變頻設備、驅動裝置及控制電路，該馬達變頻設備包含一馬達及一驅動裝置。該驅動裝置適用于驅動該馬達，且包括一驅動電壓產生電路及一控制電路。該驅動電壓產生電路受多個開關信號控制以輸出一驅動該馬達的呈多相的驅動電壓。該控制電路具有一處理器，該處理器電連接于該驅動電壓產生電路，預存一預設速度值，且接收一相關于該馬達轉速的反饋速度值，產生多個控制信號。再將所述控制信號以脈波寬度調變，產生所述開關信號，并比較該反饋速度值是否低于該預設速度值，以決定是否將該多個控制信號分別設定為一梯形波。該梯形波用于減少驅動電壓的諧波，使馬達能高速且穩定運轉。
文檔編號H02P27/08GK102882468SQ20121036403
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者洪崇文, 涂毅銘, 李軒峰, 郭有德 申請人:達航工業股份有限公司