CN100446407C - 控制马达驱动速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制运行在过载状态的马达驱动速度的方法。该方法包括以下步骤：以预定的参考速度驱动该马达；检测施加到该马达的相位电压和相位电流；基于该检测的相位电压和相位电流确定该马达是否运行在过载状态；以及根据该马达是否运行在过载状态来控制该马达。因此，本发明能够防止由于该马达瞬间加速到预定的初始速度而出现的过流。

Description

控制马达驱动速度的方法

本申请要求在2004年12月8日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.2004-103177的优先权，在此通过参考援引该申请公开的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种马达控制方法，特别涉及一种控制运行在过载状态的马达的驱动速度的方法。

背景技术

一般的，在作为空气处理设备的实例的空调上配备有压缩机马达。基于马达驱动算法来控制马达，使得在过载状态下降低马达的驱动速度，而在过载状态消失之后返回到正常速度。

使用这种算法的系统，例如空调系统，包括合并在电源中的电流互感器(下面称之为“CT”)。当压缩机运行时，系统通过CT检测电源中的电流，并基于检测的电流控制压缩机马达的驱动速度。

现在将参照图1给出其详细的描述。首先，当以预定的初始速度W驱动压缩机马达时(步骤S1)，如果CT检测到的电流大于第一设置电流(步骤S3)，则马达驱动速度控制器使驱动速度减速一级(步骤S5)。如果该电流不大于第一设置电流，则马达驱动速度控制器继续以初始速度W驱动马达。

在减速一级之后，马达驱动速度控制器继续监控检测到的电流。如果检测的电流仍保持大于第一设置电流而超过了时间长度T1(步骤S6)，则马达驱动速度控制器使驱动速度再次减速一级(步骤S7)。否则马达驱动速度控制器以减速一级的速度驱动马达(步骤S9)。

在再次减速一级之后，如果检测到的电流保持小于第一设置电流而超过了时间长度T2(步骤S8)，则马达驱动速度控制器将驱动速度设回初始速度W。否则，马达驱动速度控制器以减速后的速度驱动马达。

如果检测到的电流大于第二设置电流(步骤S4)，则马达驱动速度控制器使马达停止(步骤S10)，然后增加马达停止的次数值(n)(步骤S11)。如果在时间长度T4内次数值(n)达到了预定的门限值(步骤12)，则配备马达的装置应该完全停止，然后在显示器上示出错误标志(步骤S13)。否则，当马达仍然停止时(步骤S14)，确定是否已经经过了时间长度T3(步骤S15)。如果确定已经经过了时间长度T3，则再次以初始速度W驱动马达(步骤S1)。否则，马达保持在停止状态(步骤S14)。

根据上述控制压缩机马达的典型方法，基于CT检测到的电流，通过提高/降低马达的驱动速度来控制马达。

因此，存在如果CT出现故障则不能运行空调压缩机的问题。

此外，如果用于空调压缩机的马达在通过上述两个步骤S5和S7而已经减速或已经停止之后瞬间加速回初始速度，则构成空调的其它相邻部件可能由于瞬间产生的过流而出现故障，从而导致空调停止运行。

发明内容

本发明提供一种控制压缩机马达的方法，其能够以逐级的方式将由于过载而被减速的马达的驱动速度加速到初始的参考速度，从而能够防止由于马达的瞬间加速引起的过流的发生。

根据本发明的一个方案，本发明提供一种用于控制压缩机马达的方法，该方法包括以下步骤：a)以预定的参考速度驱动该马达；b)检测施加到该马达的相位电压和相位电流；c)基于该检测的相位电压和相位电流确定该马达是否运行在过载状态；以及d)根据该马达是否运行在过载状态控制该马达。

根据本发明的另一方案，本发明提供一种控制压缩机马达的方法，该方法包括以下步骤：a)利用整流器将交流(AC)电压整流为直流(DC)电压；b)利用逆变器(inverter)将从该整流器输入的该直流电压变换为三相交流电压；c)以从该逆变器输入的该三相交流电压驱动该马达；d)利用电流/电压检测器检测从该逆变器输出的该交流电压，并检测直流链路电流，以及输出该检测的交流电压和直流链路电流；e)利用驱动速度控制器根据从该电流/电压检测器输入的该检测到的交流电压和直流链路电流，输出控制该马达驱动速度的驱动速度控制信号；以及f)利用逆变器，通过根据从该驱动速度控制器输入的该驱动速度控制信号控制该三相交流电压来控制该马达。

本发明提供一种控制压缩机马达的方法，该方法包括以下步骤：a)以预定的参考速度驱动该马达；b)检测施加到该马达的相位电压和相位电流；c)基于该检测的相位电压和相位电流确定该马达是否运行在过载状态；以及d)根据该马达是否运行在过载状态控制该马达，包括如果确定消除了该马达的过载状态，则以逐级的方式提高该马达的驱动速度的步骤。

根据本发明，能够以逐级的方式将由于过载而被减速的马达的驱动速度加速到初始的参考速度(也叫指令速度(instruction speed))，从而能够防止由于马达的瞬间加速引起的过流的发生。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性的实施例，本发明上述的和其它的特征和优点将变得更清楚，其中：

图1示出控制用于驱动典型的空调压缩机的马达的方法流程图；

图2示出根据本发明实施例的用于驱动压缩机的无传感器BLDC(无刷直流)马达控制器的结构框图；

图3示出根据本发明实施例的控制运行在过载状态下的马达驱动速度的方法流程图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述根据本发明的示例性的实施例。在以下的描述中，当对本发明中包含的公知的功能和结构的描述可能使本发明的主题不清楚时，将省略其详细描述。虽然将参照用于驱动压缩机的BLDC马达来描述以下本发明的实施例，但是本发明也能够提供对洗衣机马达的控制和对同步磁阻电动机的控制。

图2示出根据本发明实施例的用于驱动压缩机的无传感器BLDC马达控制器的结构框图。

参照图2，整流器100，其为一种电源转换器，将交流电压(AC)整流为直流(DC)电压，该直流电压被充入后面的电容器C。接着，在由6个电源模块(power module)  (也叫做开关模块)构成的逆变器200中DC电压变换为三相AC电压，然后三相AC电压被施加到BLDC马达300。BLDC马达300由逆变器200中的产生的三相AC电压驱动。根据从驱动速度控制器500输出的马达驱动速度控制信号来调节三相AC电压。

电流/电压检测器400检测逆变器200的输出端中的每个相位(a、b或c)电压，并且也检测流经DC链路阻抗(DC link resistence)R_dc的DC链路电流(DC link current)。电流/电压检测器400输出对应于检测到的电压和电流的电流和电压检测信号。这叫做无传感器方法(sensorless scheme)，在该无传感器方法中，无需额外的传感器而仅通过检测直流链路电流就能够得到关于马达相位电流的信息。无传感器方法在本领域是公知的，因而此处略去其详细描述。

驱动速度控制器500基于根据本发明的控制方法控制用于驱动压缩机的BLDC马达300的驱动速度。驱动速度控制器500包括：计算器，其根据从电流/电压检测器400输出的电流/电压检测信号估算转子的位置和速度；比较器，其将计算器得到的估算速度与参考速度(也叫做初始指令速度)相比较；速度控制器，其基于从比较器得到的比较结果输出用于控制马达驱动速度的速度控制信号；以及电压指令单元，其通过速度控制信号和估算的转子位置产生电压指令信号。

现在将参照图3描述利用驱动速度控制器500控制BLDC马达300的过程。

图3示出根据本发明实施例的控制运行在过载状态下的马达驱动速度的方法流程图。

该方法包括以下步骤：以预定的参考速度驱动马达；检测施加到马达的相位电压和相位电流；基于检测的相位电压和相位电流确定马达是否运行在过载状态；以及根据马达是否运行在过载状态来控制马达。

更详细的，驱动速度控制器500将输入的指令速度设置为初始参考速度(步骤600)，然后以该设置的参考速度驱动马达(步骤610)。在驱动速度控制器500中产生用于以参考速度驱动马达的电压指令信号，并施加到逆变器200中的开关模块。逆变器200根据电压指令信号将DC链路电压V_dc变换为三相AC电压。接着，以逆变器200中产生的三相AC电压来驱动BLDC马达300。

一旦马达被驱动，电流/电压检测器400就检测从逆变器200的输出端输出的马达的每个相位电压和每个相位电流(步骤620)。将基于检测的相位电压和相位电流而得到的电流/电压检测信号施加到驱动速度控制器500。

于是，驱动速度控制器500接收电流/电压检测信号，并基于下面的方程1估算马达转子的位置和速度(步骤630)。在方程1中，R表示阻抗，θ_e表示转子的位置，ω_e表示转子的速度，L_s表示定子的电感，V_a、V_b和V_c表示相位电压，i_a、i_b和i_c表示相位电流，以及K_E表示反电动势常数。

[方程1]

$K_E{\mathrm{\ω}}_e{\sin \mathrm{\θ}}_e=V_a-{\mathrm{Ri}}_a-\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}\left(L_s{i}_a\right)$

$K_E{\mathrm{\ω}}_e\sin ({\mathrm{\θ}}_e+120)=V_b-{\mathrm{Ri}}_b-\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}\left(L_s{i}_b\right)$

$K_E{\mathrm{\ω}}_e\sin ({\mathrm{\θ}}_e+240)=V_c-{\mathrm{Ri}}_c-\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}\left(L_s{i}_c\right)$

由方程1估算的转子的位置和速度用于以设定的参考速度继续驱动马达。

另一方面，当由于压缩机中压力的增加而引起运行中的BLDC马达300出现过载状态时(步骤640)，驱动速度控制器500将比当前设置的参考速度低一级的速度设置为新的参考速度(步骤650)。

根据过载确定方法，当利用方程1估算的速度低于当前设置的参考速度时，以及当估算速度与参考速度之间的差异不小于W2时，确定为过载。这时，W2对应于门限值，该门限值超出了参考速度与估算速度之间的误差补偿范围，并且根据马达的驱动速度可以具有不同的值。此外，如果由电流/电压检测器400检测的电流超出限速电流，则可确定为过载状态。

如上所述，在由于出现过载状态而将参考速度改变为新设置的参考速度之后，驱动速度控制器500确定是否已经以新设置的参考速度驱动马达达到了预定的时间长度(步骤660)。该预定的时间长度可通过参考压缩机的压力释放时间而设置。如果没有以新设置的参考速度驱动马达达到预定的时间长度，则重复步骤610到660。也就是，继续监控马达的驱动状态直到以新设置的参考速度消除了过载状态为止。如果确定马达运行在过载状态，则以逐级的方式降低马达的驱动速度。

如果已经以新设置的参考速度驱动马达达到了预定的时间长度，则表示已经以新设置的参考速度消除了过载状态。因此，驱动速度控制器500将参考速度设置为高一级的速度(步骤670)。在确定电源是否关闭之后，驱动速度控制器500以步骤670中设置的参考速度驱动马达300，然后重复步骤620到680。每当以新设置的参考速度没有任何中断地驱动马达达到了预定的时间长度，则通过重复地执行步骤670而以逐级的方式提高由于过载而被减速的马达的驱动速度。

因此，通过重复地执行步骤670，驱动速度控制器500能够使由于过载而被减速的驱动速度增加到初始的参考速度。这时，由于以逐级的方式将减速后的驱动速度增加到初始的参考速度，从而能够防止由于瞬间加速引起的过流的出现。

例如，优选地，根据马达的驱动速度来设置不同的马达驱动速度的逐级加速量和逐级减速量。这对于使系统性能的下降最小化和使返回正常状态所需的时间最小化是必需的。进一步地，马达驱动速度的逐级加速量和逐级减速量彼此不同，并且可以根据马达的驱动速度进行不同地设置。这对于使系统性能的下降最小化和使返回到正常状态所需的时间最小化也是必需的。

从以上描述显而易见，本发明能够以逐级的方式将由于过载而被减速的马达的驱动速度加速到初始的参考速度，从而能够防止由于马达的瞬间加速引起的过流的出现。

此外，由于不需要使用额外的电流检测器来检测流经电源的电流，因而本发明在制造成本方面具有优势。

虽然参照用于驱动压缩机的BLDC马达来描述本发明的上述实施例，但是本发明也能够提供对洗衣机马达的控制和对同步磁阻电动机的控制。

虽然已经参照本发明的示例性的实施例而对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离所附的权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明的形式和细节做出各种修改。

Claims (9)

1.一种控制压缩机马达的方法，该方法包括以下步骤：

a)以预定的参考速度驱动该马达；

b)检测施加到该马达的相位电压和相位电流；

c)基于该检测的相位电压和相位电流确定该马达是否运行在过载状态；以及

d)根据该马达是否运行在过载状态控制该马达，包括如果确定消除了该马达的过载状态，则以逐级的方式提高该马达的驱动速度的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括：

基于该检测的相位电压和相位电流估算该马达的速度；以及

通过将该马达的估算速度与该马达的预定的参考速度相比较，确定该马达是否运行在过载状态。

3.如权利要求2所述的方法，其中如果该估算速度低于该参考速度，则在步骤c)中确定该马达运行在过载状态。

4.如权利要求2所述的方法，其中步骤d)包括如果确定该马达运行在过载状态，则降低该马达的驱动速度。

5.如权利要求4所述的方法，其中降低该马达的驱动速度的步骤包括：

根据该马达的估算速度计算该马达驱动速度的减速量；以及

根据该计算的减速量，以逐级的方式降低该马达的驱动速度。

6.如权利要求5所述的方法，其中根据该马达的估算速度设置不同的该马达驱动速度的减速量。

7.如权利要求1所述的方法，其中步骤c)监控以减速后的速度驱动该马达的时间，并且如果以该减速后的速度驱动该马达达到了预定的时间长度，则确定消除了该马达的过载状态。

8.如权利要求1所述的方法，其中提高该马达的驱动速度的步骤包括：

根据该马达的减速后的速度计算该马达的驱动速度的加速量；

根据该计算的加速量，以逐级的方式提高该马达的驱动速度。

9.如权利要求8所述的方法，其中根据该马达的减速后的速度来设置不同的该马达驱动速度的加速量。

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