專利名稱：無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械工程領(lǐng)域，涉及ー種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法。
背景技術(shù)：
無刷直流電機采用高磁能稀土永磁材料，具有體積小、質(zhì)量輕、效率高、損耗小等特點，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、機械、汽車等エ業(yè)領(lǐng)域。通常， 無刷直流電機一般采用位置傳感器確定電機轉(zhuǎn)子位置，但安裝位置傳感器提高了系統(tǒng)成本、増加了系統(tǒng)復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力，這些問題將直接増加生產(chǎn)エ藝的復(fù)雜度，有的甚至嚴重影響系統(tǒng)的使用壽命，因此無位置傳感器無刷直流電機控制技術(shù)已成為當(dāng)今研究的ー個熱點。目前，對無位置傳感器無刷直流電機的研究主要有反電動勢過零點檢測法、續(xù)流ニ極管導(dǎo)通檢測法、磁鏈法、反電動勢三次諧波檢測法等方法。其中，反電勢過零檢測法由于其成本低，性能穩(wěn)定，已成為無位置傳感器無刷直流電機控制技術(shù)中最為成熟的ー種方法。但是，當(dāng)電機處于靜止或低速狀態(tài)時，電機反電勢為零或無法有效檢測，這樣就無法保證電機正常啟動與運行。常用的基于反電勢啟動方法主要有三段式啟動法、升頻升壓啟動法、多脈沖檢測法等方法。在此基礎(chǔ)上國內(nèi)外專家對無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法做了大量深入的研究與探索，Behzad Asaei、Alireza Rostami等人相關(guān)文獻:A novel startingmethod for BLDC motors without the position sensors[J]. Energy しonversion andManagement, 2009 (50) :337_343提出了ー種無位置傳感器無刷直流電機無反轉(zhuǎn)起動方法，通過在直流母線上增加ー個電流傳感器，然后通過交替給電機繞組輸入直流電流，通過等效電路計算定子電感來確定轉(zhuǎn)子位置；史婷娜、吳曙光等在中國電機工程學(xué)報的《無位置傳感器永磁無刷直流電機的起動控制研究》中，根據(jù)無刷直流電機的起動換相時刻與直流母線電壓直接相關(guān)的特點，提出ー種插值起動方法，另ー文獻[王迎發(fā)，夏長亮，陳煒.基于模糊規(guī)則的無刷直流電機起動策略[J].中國電機工程學(xué)報，2009]提出一種基于模糊規(guī)則的無刷直流電機起動策略，通過模糊規(guī)則對換相指令進行在線調(diào)整，也可以避免電機起動過程中失步現(xiàn)象，但都沒有考慮變負載轉(zhuǎn)矩的影響；文獻[劉玉慶，王冉冉.基于DSP的永磁無刷直流電動機起動策略[J].山東大學(xué)學(xué)報，2004，34 (I) 47-50]采用端電壓過零檢測法和預(yù)定位起動方法實現(xiàn)電機啟動控制，但啟動過程中電流偏大；文獻[林瀟，潘雙夏，胡曉杭.ー種無位置傳感器BLDC零啟動的純硬件實現(xiàn)方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報，2008，42(9) =1591-1596]提出了ー種可完全替換3路霍爾傳感器的無刷無位置傳感電機零啟動的純硬件方法，彌補了傳統(tǒng)無傳感控制策略運算要求高、成本大、可靠性不高、30°軟件時延的缺點；文獻[鄒繼斌，江善林，張洪亮.ー種新型的無位置傳感器無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置檢測方法[J].電エ技術(shù)學(xué)報，2009，24(4) :48-53]提出ー種新型的無位置傳感器無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置檢測方法，設(shè)計了通過定子繞組的三相端電壓提取反電勢的基波信號的新型電路，研究了一種與電機轉(zhuǎn)速無關(guān)的固定相位滯后的開關(guān)電容低通濾波器，在電機轉(zhuǎn)速變化的情況下，相位滯后90°電角度不變，得到無需相位補償?shù)霓D(zhuǎn)子位置信號；文獻[茅正沖.無傳感器無刷直流電動機起動過程分析[J].微電機，2008，41 (I) 82-84]通過仿真確定定位和起動過程中控制器的相關(guān)參數(shù)，解決了定位過程中初始角位于死角時無法定位和起動中失步的問題，但未能給出實驗證明；文獻[孟光偉，李槐樹.無位置傳感器雙繞組永磁BLDCM起動控制系統(tǒng)[J].電カ自動化設(shè)備，2011,31(3) :40-45]提出了具有SVPWM控制和電流調(diào)節(jié)控制的無位置傳感器雙繞組無刷直流電機的起動控制，但起動過程存在較大轉(zhuǎn)速波動；文獻[李鳳祥，朱偉進.一種新無刷直流電機無位置傳感器零起動方法[J].電カ電子技術(shù)，2011，45(2) =100-102]改進了反電勢過零檢測電路，提高了反電動勢檢測靈敏性和可靠性，但加速過程中性能難以保證。以上啟動方法普遍存在軟件算法比較復(fù)雜，成本較高，電機參數(shù)及環(huán)境變化對系統(tǒng)啟動性能影響較大等缺點，因此有必要設(shè)計ー種成本低、可靠性較高、環(huán)境變化影響較小的啟動方法。為保證電機正常啟動，并獲得有效反電勢過零檢測信號，三段式啟動法是ー種常用手段。傳統(tǒng)的三段式啟動法是在電機靜止?fàn)顟B(tài)下完成轉(zhuǎn)子位置定位后，采用外同步啟動方式，通過按設(shè)定順序依次給電機繞組通電，這時電機轉(zhuǎn)子在繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場中被拖 動起來，一般情況下轉(zhuǎn)子的位置都處于滯后狀態(tài)，在電機空載的情況下滯后位置小，啟動成功率高，但在電機負載較大的情況下，轉(zhuǎn)子的滯后位置増大，容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)子無法被拖動，或者嚴重失步的情況。這兩種情況均是由于在啟動初期反電勢過零檢測無法有效檢測，造成轉(zhuǎn)子位置無法預(yù)知，系統(tǒng)完全工作在開環(huán)狀態(tài)下。在開環(huán)狀態(tài)下，系統(tǒng)經(jīng)常無法在準確的時間給準確的繞組通電，無法保證電機轉(zhuǎn)子獲得有效轉(zhuǎn)矩，從而導(dǎo)致電機啟動失敗。因此，有必要設(shè)計ー種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，該無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法基于閉合控制保證電機轉(zhuǎn)子在加速過程中準確換相，避免出現(xiàn)失步與啟動失敗。發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，電源經(jīng)過由6個開關(guān)管Q1-Qdi成的三相逆變橋接無位置傳感器無刷直流電機的定子三相繞組，其中Ql和Q4分別為A相的上下橋臂兩個開關(guān)管；Q3和Q6分別為B相的上下橋臂兩個開關(guān)管，Q5和Q2分別為C相的上下橋臂兩個開關(guān)管；包括以下步驟步驟I :轉(zhuǎn)子初步預(yù)定位過程當(dāng)電機處于靜止?fàn)顟B(tài)時，在電機繞組中施加短時脈沖電壓矢量，通過檢測直流母線電流將轉(zhuǎn)子位置鎖定在60°電度角范圍內(nèi)；步驟2 :轉(zhuǎn)子二次預(yù)定位過程通過向繞組通電矯正轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子二次預(yù)定位；步驟3 :轉(zhuǎn)子加速過程加速過程中，將電流差值在電流閾值范圍內(nèi)作為換相條件，保證轉(zhuǎn)子在加速過程中準確換相，在加速過程中，當(dāng)反電勢過零信號產(chǎn)生時系統(tǒng)切換到反電勢運行狀態(tài)直到完成電機的啟動。
步驟I中，在360°電度角空間范圍內(nèi)將開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)用Vci-V7八組電壓矢量來表示，其中V。，V7為零矢量，Ta, Tb，Tc三個變量來描述開關(guān)管狀態(tài)(其中Ta，Tb，Tc分別對應(yīng)ABC三相上橋臂的開關(guān)管狀態(tài)),電壓矢量與開關(guān)管對應(yīng)關(guān)系如表I所不表I:
權(quán)利要求
1.ー種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，電源經(jīng)過由6個開關(guān)管Q1-Q6組成的三相逆變橋接無位置傳感器無刷直流電機的定子三相繞組，其中Ql和Q4分別為A相的上下橋臂兩個開關(guān)管；Q3和Q6分別為B相的上下橋臂兩個開關(guān)管，Q5和Q2分別為C相的上下橋臂兩個開關(guān)管； 其特征在于，包括以下步驟 步驟I :轉(zhuǎn)子初步預(yù)定位過程 當(dāng)電機處于靜止?fàn)顟B(tài)時，在電機繞組中施加短時脈沖電壓矢量，通過檢測直流母線電流將轉(zhuǎn)子位置鎖定在60°電度角范圍內(nèi)； 步驟2 :轉(zhuǎn)子二次預(yù)定位過程 通過向繞組通電矯正轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子二次預(yù)定位； 步驟3 :轉(zhuǎn)子加速過程 加速過程中，將電流差值在電流閾值范圍內(nèi)作為換相條件，保證轉(zhuǎn)子在加速過程中準確換相，在加速過程中，當(dāng)反電勢過零信號產(chǎn)生時系統(tǒng)切換到反電勢運行狀態(tài)直到完成電機的啟動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，其特征在干， 步驟I中，在360°電度角空間范圍內(nèi)將開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)用Vtl-V7八組電壓矢量來表示，其中V。，V7為零矢量，Ta, Tb，Tc三個變量來描述開關(guān)管狀態(tài)(其中Ta，Tb，Tc分別對應(yīng)ABC三相上橋臂的開關(guān)管狀態(tài))，電壓矢量與開關(guān)管對應(yīng)關(guān)系如表I所示 表I :
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，其特征在干，步驟2中，二次預(yù)定位按下表方式進行，轉(zhuǎn)子粗定位「矯正開關(guān)檢測電壓矢矯正到位「矯正后位置
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任ー項所述的無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，其特征在干， 表7校正后位置在355° -5°區(qū)間電機優(yōu)化定位加速過程
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法，也即轉(zhuǎn)子初始位置精準預(yù)定位與加速過程中優(yōu)化定位相結(jié)合的準閉環(huán)三段式啟動方法。在電機繞組中施加短時間脈沖電壓矢量，通過檢測直流母線電流可以將轉(zhuǎn)子位置鎖定在60°電度角范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上通過向指定繞組通電與檢測電流并比較電流從而完成轉(zhuǎn)子精準預(yù)定位。預(yù)定位后進入優(yōu)化定位與加速階段，此時以電流差值在閾值范圍內(nèi)作為換相條件，保證轉(zhuǎn)子在加速過程中準確換相，再將系統(tǒng)切換到反電勢運行狀態(tài)。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提出的三段式準閉環(huán)啟動方法，成本低，可靠性高，能保證系統(tǒng)在整個啟動過程中均處于準閉環(huán)工作狀態(tài)，不會出現(xiàn)失步與啟動失敗現(xiàn)象。
文檔編號H02P21/00GK102868350SQ201210378510
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者朱俊杰 申請人:中南林業(yè)科技大學(xué)