專利名稱：無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制的平滑切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是一種無刷直流電動機(jī)由外同步加速切換至自同步運(yùn)行狀態(tài) 時的平滑切換方法，是對傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)的改進(jìn)，屬于 電機(jī)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于反電動勢檢測法的無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)，在工業(yè)和商 業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。但由于電動機(jī)繞組中感應(yīng)的反電動勢大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成 正比，電動機(jī)在靜止或低速運(yùn)行時反電動勢為零或很小，致使反電動勢法不再適 用，須采用其他方法控制電機(jī)的運(yùn)行。經(jīng)過多年努力，在這方面已取得了不少成 果，常見的起動方法有預(yù)定位法、升壓升頻同步法和短時檢測脈沖轉(zhuǎn)子定位法等。 但無論采用哪種方法，當(dāng)電機(jī)由外同步運(yùn)行方式切換到基于反電動勢檢測的自同 步運(yùn)行方式時，切換時刻的選擇在很大程度上影響了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不合適 的切換時刻甚至可能導(dǎo)致電機(jī)失步停轉(zhuǎn)。目前還沒有切換方法方面的專利。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對傳統(tǒng)無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制由外同步加速切換至 自同步運(yùn)行方式時存在的問題，本發(fā)明提出一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制 的平滑切換方法，根據(jù)在逆變器關(guān)斷瞬間電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，繞組端電壓波形與導(dǎo)通相 之間的對應(yīng)關(guān)系來確定最佳切換時刻。
技術(shù)方案本發(fā)明的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制的平滑切換方法為在 電機(jī)加速至反電動勢過零點(diǎn)可以被檢測到時，關(guān)斷逆變器功率開關(guān)，電機(jī)依靠慣 性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)三相端電壓波形及其位置關(guān)系確定切換時刻和需要導(dǎo)通的兩個 功率開關(guān)，到達(dá)切換時刻觸發(fā)功率開關(guān)導(dǎo)通；在切換完成后檢測反電動勢過零點(diǎn)， 在反電動勢過零點(diǎn)檢測到后，設(shè)置新的延時時間TNEW等于從換相時刻到出現(xiàn)反電 動勢過零點(diǎn)的時間Tcz加上原來的延時時間Tom的一半；整個過程在不到一個電周期內(nèi)實現(xiàn)電機(jī)由外同步運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)過渡至基于反電動勢法的自同步運(yùn)行狀 態(tài)。
關(guān)斷逆變器功率開關(guān)后，端電壓波形呈現(xiàn)為反電動勢的線電壓波形，根據(jù)三相 端電壓波形及其位置關(guān)系確定切換時刻和需要導(dǎo)通的兩個功率開關(guān)；通過檢測電 機(jī)某一相的端電壓波形，計時得到對應(yīng)120°電角度的時間2T;切換完成后，延 遲對應(yīng)60°電角度的時間T后換相。
有益效果本發(fā)明所提出的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制平滑切換方法，
克服了傳統(tǒng)無位置傳感器控制中由外同步加速切換至自同步運(yùn)行方式時切換時刻 不易選擇的缺點(diǎn)，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，簡化了控制方法。
圖1為電機(jī)驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2為逆變器關(guān)斷后三相端電壓波形示意圖 圖3.逆變器關(guān)斷后的主電路等效電路 圖4.平滑切換方法的流程圖
具體實施例方式
本發(fā)明所提無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制平滑切換方法無需附加任何檢 測電路。硬件電路由MCU (微控制器)、功率逆變器及其驅(qū)動電路組成。三相端
電壓檢測電路如圖l所示，其中Rdcl-RA尸RB尸Rci， RdC2=RA2=RB2=Rc2，由檢測電 阻RT將電流響應(yīng)信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)運(yùn)算放大器對此電壓信號進(jìn)行放大。
當(dāng)電機(jī)由外同步方式加速到一定轉(zhuǎn)速后，關(guān)閉所有功率器件(也即關(guān)閉逆變 器)，電機(jī)轉(zhuǎn)子在慣性作用下繼續(xù)保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組感應(yīng)出反電動 勢，由此時的三相端電壓波形和導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系得到最佳切換時刻。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速到一定轉(zhuǎn)速，可以檢測到反電動勢過零點(diǎn)時，應(yīng)切換至反電 動勢運(yùn)行方式，選擇好合適的切換時刻和與之對應(yīng)的導(dǎo)通相是保證可靠切換的關(guān)
鍵，否則可能導(dǎo)致電機(jī)換相失敗甚至失步停轉(zhuǎn)；另外，切換之后應(yīng)根據(jù)檢測到的
過零點(diǎn)位置調(diào)整換相時間，使電機(jī)盡快進(jìn)入最佳換相邏輯狀態(tài)。
逆變器關(guān)斷瞬間，電機(jī)在轉(zhuǎn)子慣性作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組 感應(yīng)出反電動勢，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。在沒有外施激勵的作用，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將會下降，反電動勢的幅值也會逐漸衰減至零，由于整個切換過程持續(xù)時間很短， 對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響很小，反電動勢的幅值基本沒有衰減。逆變器關(guān)斷后的三相繞 組端電壓波形呈現(xiàn)為反電動勢的線電壓波形，如圖2所示。此時的等效電路如圖3 所示，VD2、 VD4、 VD6是與逆變橋三個下橋臂功率器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管， R^R^Rc是端電壓檢測電阻，ZA、 ZB、 Zc是電機(jī)三相繞組等效阻抗。當(dāng)電機(jī)某 一相繞組的端電壓較其他兩相都小時，與該相繞組連接的下橋臂二極管導(dǎo)通。以 A相繞組端電壓為例，當(dāng)A點(diǎn)的電位較之B、 C兩點(diǎn)的電位都低時(此狀態(tài)對應(yīng) 120。電角度)，VD4導(dǎo)通，A點(diǎn)的電位即為地電位，處于恒"零"狀態(tài)。當(dāng)B點(diǎn)或C 點(diǎn)的電位處于最低時(這兩個狀態(tài)共對應(yīng)240。電角度)，A點(diǎn)的端電壓實際為AB 兩點(diǎn)間的線電壓或AC兩點(diǎn)間的線電壓。其他兩相端電壓的變化規(guī)律相同，只是 相位相差120。電角度。
端電壓波形和導(dǎo)通相之間存在著對應(yīng)關(guān)系。在每相繞組端電壓波形水平部分 (對應(yīng)于120。電角度)應(yīng)使下橋臂導(dǎo)通，在突起部分中間120。電角度范圍應(yīng)使上橋 臂導(dǎo)通，中間凹陷處為換相點(diǎn)位置。
通過以上分析，如圖2所示，從C相繞組端電壓波形計時起點(diǎn)h時刻開始計 時到t2時刻停止計時，經(jīng)過時間2T， T為對應(yīng)于60。電角度的時間。計時結(jié)束時 刻t2即是切換時刻，對應(yīng)的導(dǎo)通相為B+A-，延遲時間T后在t3時刻換相，同時在 延時過程中檢測反電動勢過零點(diǎn)，將檢測到的過零點(diǎn)時刻和延時時間T綜合后得 到新的延時時間。調(diào)整延時時間的目的是為了使過零點(diǎn)始終位于延時時間間隔的 中間位置，相當(dāng)于在過零點(diǎn)之后延時30。電角度換相，這保證了電動機(jī)轉(zhuǎn)子不會 失步，并很快進(jìn)入最佳換相邏輯狀態(tài)。設(shè)從換相時刻至檢測到反電動勢過零點(diǎn)的
時間為Tcz，則新的延時時間TNEW和前一次的延時時間TotD之間的關(guān)系為
T=7 +丄7
檢測電機(jī)A相或B相端電壓均可實現(xiàn)平滑切換，只要相應(yīng)地改變切換后對應(yīng) 的導(dǎo)通相即可。從逆變器關(guān)斷到完成檢測所需的時間不到一個電周期(對于極數(shù) 較多的電機(jī)，檢測所需的時間更短)，檢測完成后馬上進(jìn)行切換，不會影響電機(jī)的 運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制的平滑切換方法，其特征在于，該方法在電機(jī)加速至反電動勢過零點(diǎn)可以被檢測到時，關(guān)斷逆變器功率開關(guān)，電機(jī)依靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)三相端電壓波形及其位置關(guān)系確定切換時刻和需要導(dǎo)通的兩個功率開關(guān)，到達(dá)切換時刻觸發(fā)功率開關(guān)導(dǎo)通；在切換完成后檢測反電動勢過零點(diǎn)，在反電動勢過零點(diǎn)檢測到后，設(shè)置新的延時時間TNEW等于從換相時刻到出現(xiàn)反電動勢過零點(diǎn)的時間TCZ加上原來的延時時間TOLD的一半；整個過程在不到一個電周期內(nèi)實現(xiàn)電機(jī)由外同步運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)過渡至基于反電動勢法的自同步運(yùn)行狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制的平滑切換方法， 其特征在于，關(guān)斷逆變器功率開關(guān)后，端電壓波形呈現(xiàn)為反電動勢的線電壓波形， 根據(jù)三相端電壓波形及其位置關(guān)系確定切換時刻和需要導(dǎo)通的兩個功率開關(guān)；通 過檢測電機(jī)某一相的端電壓波形，計時得到對應(yīng)120。電角度的時間2T;切換完 成后，延遲對應(yīng)60°電角度的時間T后換相。
全文摘要
無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制的平滑切換方法針對傳統(tǒng)無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制在由外同步加速切換至自同步運(yùn)行時存在切換時刻選擇困難、切換過程中轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生振動甚至失步的問題，提出了解決方案。在電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，關(guān)斷逆變器，電機(jī)利用慣性旋轉(zhuǎn)，根據(jù)繞組端電壓波形與導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系來確定最佳切換時刻，在切換完成后通過動態(tài)調(diào)整換相時間使得電動機(jī)盡快進(jìn)入產(chǎn)生最大平均電磁轉(zhuǎn)矩的最佳換相邏輯運(yùn)行狀態(tài)。本方法無需附加專門的硬件電路，原理清晰，實現(xiàn)簡單，運(yùn)行可靠。
文檔編號H02P6/18GK101635548SQ20091018454
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者周谷慶, 張智堯, 林克曼, 林明耀 申請人:東南大學(xué)