專利名稱：一種單相永磁同步電機(jī)變頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單相永磁同步電機(jī)的變頻控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，電力電子及變頻驅(qū)動技術(shù)日漸成熟，在三相永磁電機(jī)(PMSM)變頻驅(qū)動的基礎(chǔ)上，催生了一種結(jié)構(gòu)更簡單實(shí)用的單相永磁同步電機(jī)(SPMSM)，其結(jié)構(gòu)原理如圖1，是一種4極單相結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子。
理論和實(shí)踐證明，這是一種易于調(diào)速控制的電機(jī)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速對目標(biāo)轉(zhuǎn)速的誤差，實(shí)時調(diào)節(jié)定子電壓PWM輸出占空比，從而控制定子電流，即可對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使實(shí)際轉(zhuǎn)速趨近于目標(biāo)轉(zhuǎn)速。以上原理根據(jù)電機(jī)基本理論很容易得出，推導(dǎo)從略。
根據(jù)單相永磁電機(jī)的特點(diǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子從一個平衡位置以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到另一個平衡位置的過程中(電角度分別設(shè)為0°和180° )，其繞組反電動勢波形為半周期的正弦波。
為了使電機(jī)達(dá)到最大的轉(zhuǎn)矩電流比以及最大的功率因數(shù)，應(yīng)使通過繞組的電流也為正弦波，且與反電勢相位反向。那么外部施加的驅(qū)動電壓也應(yīng)是正弦波，但因繞組電感的影響，應(yīng)比電流相位稍提前。推導(dǎo)從略。
為了獲得正弦的驅(qū)動電壓，目前通常的做法是SPWM調(diào)制(正弦脈寬調(diào)制)在母線電壓恒定的條件下，通過用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形(即SPWM 波形)，去控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)時間區(qū)間內(nèi)的面積相等，從而得到宏觀上的正弦波電壓。
以上做法理論上沒有任何問題，但所要求的條件比較苛刻，為了獲得良好的性能及穩(wěn)定性，要求母線電壓必須恒定，這樣就必須使用余量很大的電源整流濾波器件。但是采用大余量的電源整流濾波器件會使材料成本大幅上升。
因此需要對現(xiàn)有的單相永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動方式進(jìn)行改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種低成本的單相永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動方法。
采用以下技術(shù)方案
一種單相永磁同步電機(jī)變頻控制方法，包括以下步驟
5)構(gòu)建直流母線電壓采樣電路，將直流母線電壓采樣電路接入到驅(qū)動電路MCU 上；
6)將轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器接入到驅(qū)動電路主控MCU上；
7)通過驅(qū)動電路主控MCU上的PWM信號生成軟件模塊生成PWM信號；所述PWM信號生成軟件模塊采用下式計算生成PWM信號
PW=T · Vo * · sin (ω t) /Vbus ；
式中
Pff :所生成的脈沖寬度，即在每個PWM周期中開關(guān)管導(dǎo)通的時間寬度；
T :開關(guān)管一次導(dǎo)通和截止的時間之和；
Vo%目標(biāo)驅(qū)動電壓，來自速度調(diào)節(jié)環(huán)，取目標(biāo)輸出正弦波電壓的最大值；
cot :轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及位置值，對轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器的信號進(jìn)行軟件估算后得出；
Vbus :直流母線電壓值，對直流母線電壓采樣電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得出；
8)利用所生成的PWM信號對逆變電路進(jìn)行驅(qū)動。
本發(fā)明通過主控MCU對直流母線電壓實(shí)時采樣，由軟件對PWM脈沖寬度實(shí)時調(diào)整， 使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波電壓在相應(yīng)時間區(qū)間內(nèi)的面積相等，從而得到宏觀上穩(wěn)定的正弦波電壓。
因克服了直流母線電壓的波動導(dǎo)致的輸出正弦波電壓的變形，因此本驅(qū)動方法允許使用紋波較大的直流電源供電，對電源整流濾波的要求降低，于是大幅節(jié)省了材料成本。


圖1是現(xiàn)有單相永磁同步電機(jī)的工作原理圖2是實(shí)施例的硬件平臺原理圖3是實(shí)施例的PWM信號生成軟件模塊的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明。
如圖2所示，是本發(fā)明方法所能應(yīng)用的其中一種硬件平臺。
該硬件平臺包括直流母線電壓采樣電路、主控MCU、逆變電路和單相永磁同步電機(jī)。直流母線電壓采樣電路、主控MCU、逆變電路依次連通。單相永磁同步電機(jī)上帶有轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器，轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器與主控MCU連通。在該硬件平臺上，主控MCU能獲得直流母線電壓Vbus、轉(zhuǎn)子當(dāng)前轉(zhuǎn)速及位置值ω t、以及目標(biāo)驅(qū)動電壓Vo '于是主控MCU通過其內(nèi)部的PWM信號生成軟件模塊可計算生成特定的實(shí)時的PWM信號，從而對逆變電路進(jìn)行驅(qū)動控制，進(jìn)而驅(qū)動單相永磁同步電機(jī)良好運(yùn)轉(zhuǎn)。
如圖2所示，本實(shí)施例中直流母線電壓Vbus是經(jīng)過電阻Rl和電阻R2進(jìn)行分壓采樣的，然而這只是其中一個電壓采樣電路的示例，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同，可以有其它形式的直流母線電壓采樣電路。
主控MCU上的PWM信號生成軟件模塊用于生成上述的特定的實(shí)時的PWM信號。如圖3所示，本實(shí)施例中PWM信號生成軟件模塊包括目標(biāo)正弦波生成模塊、脈寬計算模塊和 PWM驅(qū)動波形生成模塊。
目標(biāo)正弦波生成模塊利用目標(biāo)驅(qū)動電壓Vo*和轉(zhuǎn)子當(dāng)前轉(zhuǎn)速及位置值計算得出 Vo * · sin (ω t)。
脈寬計算模塊利用所得出的Vo* · Sin(Ot)值結(jié)合直流母線電壓Vbus和開關(guān)管一次導(dǎo)通和截止的時間之和T，進(jìn)行下式的脈寬計算
Pff=T · Vo * · sin (cot)/Vbus ；
其中，PW :所生成的脈沖寬度，即在每個PWM周期中開關(guān)管導(dǎo)通的時間寬度；
T :開關(guān)管一次導(dǎo)通和截止的時間之和；
Vo%目標(biāo)驅(qū)動電壓，來自速度調(diào)節(jié)環(huán)，取目標(biāo)輸出正弦波電壓的最大值；
cot :轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及位置值，對轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器的信號進(jìn)行軟件估算后得出；
Vbus :直流母線電壓值，對直流母線電壓采樣電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得出。
PWM驅(qū)動波形生成模塊根據(jù)脈寬計算模塊的結(jié)果生成相應(yīng)的PWM波形。
從圖2、圖3可看出，主控MCU輸出到逆變電路的PWM脈寬與直流母線電壓Vbus的 瞬時值相關(guān)。本驅(qū)動方法所生成的PWM信號，其某時間區(qū)間的占空比會根據(jù)直流母線電壓 Vbus的瞬時值做出調(diào)整。使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波電壓在相應(yīng)時 間區(qū)間內(nèi)的面積相等，從而得到宏觀上穩(wěn)定的正弦波電壓。從而消除直流母線電壓波動的 影響，得到比較完美的正弦波電流。于是即使使用余量較少的直流電源供電，也可保證單相 永磁同步電機(jī)良好運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的驅(qū)動方法中，由于直流母線電壓Vbus是存在波動的，于是主控MCU所輸 出的PWM脈沖寬度看起來可能不是按正弦規(guī)律變化，但直流母線電壓的實(shí)時值與相應(yīng)時間 區(qū)間脈寬的乘積卻是按正弦規(guī)律變化的。
本說明書列舉的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，凡在本發(fā)明的工作原理和思路下所 做的等同技術(shù)變換，均視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種單相永磁同步電機(jī)變頻控制方法，其特征是包括以下步驟O構(gòu)建直流母線電壓采樣電路，將直流母線電壓采樣電路接入到驅(qū)動電路MCU上；2)將轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器接入到驅(qū)動電路主控MCU上；3)通過驅(qū)動電路主控MCU上的PWM信號生成軟件模塊生成PWM信號；所述PWM信號生成軟件模塊采用下式計算生成PWM信號Pff=T · Vo * · sin (ω t) /Vbus ；式中PW :所生成的脈沖寬度，即在每個PWM周期中開關(guān)管導(dǎo)通的時間寬度；T :開關(guān)管一次導(dǎo)通和截止的時間之和；Vo %目標(biāo)驅(qū)動電壓，來自速度調(diào)節(jié)環(huán)，取目標(biāo)輸出正弦波電壓的最大值； t :轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及位置值，對轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器的信號進(jìn)行軟件估算后得出；Vbus :直流母線電壓值，對直流母線電壓采樣電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得出；4)利用所生成的PWM信號對逆變電路進(jìn)行驅(qū)動。
2.一種單相永磁同步電機(jī)變頻控制方法，其特征是所述PWM信號生成軟件模塊包括 目標(biāo)正弦波生成模塊、脈寬計算模塊和PWM驅(qū)動波形生成模塊；目標(biāo)正弦波生成模塊利用目標(biāo)驅(qū)動電壓Vo*和轉(zhuǎn)子當(dāng)前轉(zhuǎn)速及位置值on計算得出Vo * · sin (ω t)；脈寬計算模塊利用所得出的Vo* · Sin(Ot)值結(jié)合直流母線電壓Vbus和開關(guān)管一次導(dǎo)通和截止的時間之和T，進(jìn)行下式的脈寬計算Pff=T · Vo * · sin (ω t) /Vbus ；其中，PW :所生成的脈沖寬度，即在每個PWM周期中開關(guān)管導(dǎo)通的時間寬度；T :開關(guān)管一次導(dǎo)通和截止的時間之和；Vo %目標(biāo)驅(qū)動電壓，來自速度調(diào)節(jié)環(huán)，取目標(biāo)輸出正弦波電壓的最大值； t :轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及位置值，對轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器的信號進(jìn)行軟件估算后得出；Vbus :直流母線電壓值，對直流母線電壓采樣電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得出；PWM驅(qū)動波形生成模塊根據(jù)脈寬計算模塊的結(jié)果生成相應(yīng)的PWM波形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低成本的單相永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動方法。包括以下步驟1)構(gòu)建直流母線電壓采樣電路，將直流母線電壓采樣電路接入到驅(qū)動電路MCU上；2)將轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器接入到驅(qū)動電路主控MCU上；3)通過驅(qū)動電路主控MCU上的PWM信號生成軟件模塊生成PWM信號；所述PWM信號生成軟件模塊采用下式計算生成PWM信號PW=T·Vo＊·sin(ωt)/Vbus；4)利用所生成的PWM信號對逆變電路進(jìn)行驅(qū)動。本驅(qū)動方法允許使用紋波較大的直流電源供電，對電源整流濾波的要求降低，于是大幅節(jié)省了材料成本。
文檔編號H02P6/08GK103036491SQ201210508918
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者李先虎, 孫冬晨 申請人:佛山市順德區(qū)和而泰電子科技有限公司