CN101272124A - 交流异步电动机调速方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流异步电动机调速方法，包括：首先，设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；存储所述控制参数和异步电动机转速的对应关系信息；然后，根据所述对应关系信息对所述异步电动机进行调速控制。本发明还提供一种交流异步电动机调速装置，本发明采用不反馈控制，节省了一个中断口，节约了芯片端口资源，采用无反馈的交流异步电动机，无需反馈信号，降低了电机成本。

Description

交流异步电动机调速方法和装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其指一种基于芯片控制的无反馈交流异步电动机调速方法和装置。

背景技术

在风机控制领域中，交流电机得到大量应用，主要包括：交流异步电机和永磁同步电动机，永磁同步电动机又称为直流无刷电动机。永磁同步电机与交流异步电机相比，其工作效率虽然较高，但是存在控制复杂、成本较高、在有较大电流冲击的时候容易烧坏等众多缺陷，而且电机的通用性也相对较差，所以交流异步电动机依然大量应用于风机的控制。

在风机实际控制中，由于调速的需要，一般都会采用PG电机和抽头电机。抽头电机控制简单、成本较低，但是效率较低，应用于环境相对稳定而转速控制要求不是很严格的情况；PG电机是一种带有霍尔元件的电机，P表示密封的意思，G表示电机具有脉冲输出功能，霍尔元件被安装在电机的内部，正常时风机每转一周，霍尔元件输出一个或几个脉冲信号。当风扇电机转速高时，其输出脉冲信号频率高；当风扇电机转速低时，其输出脉冲信号频率低。输出的脉冲信号被单片机采集，然后通过调整可控硅的导通角从而调整PG电机的工作电压，进行风速的自动控制。PG电机采用闭环控制，其风速稳定，转速不受环境的影响，但控制复杂，特别是使用价格较高的霍尔元件，致使控制成本高，一般应用于风速控制要求严格的情况下。

在实际应用中，由于PG电机采用闭环控制，所以其反馈端需要占用一个中断口，在布板的时候需要考虑反馈信号线的布置情况，增加了布板所需的空间和难度；在芯片资源紧张的情况，特别是中断口应用紧张的情况下，可能需要更换管脚更多的芯片，导致芯片资源浪费和成本的上升。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种交流异步电动机调速方法和装置，以解决现有技术中有反馈交流异步电动机的控制芯片端口资源紧张和电动机成本高的问题。

为达上述目的，本发明一种交流异步电动机调速方法，包括以下步骤：

设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；

根据所述对应关系信息对所述异步电动机进行调速控制。

所述设置控制参数和异步电动机转速的对应关系，具体包括：

根据不同的控制参数对所述异步电动机的转速进行测试，并记录与所述控制参数相对应的测试结果；

根据所述测试结果，设置所述控制参数和所述异步电动机转速的对应关系。

所述根据对应关系信息对异步电动机进行调速控制，具体包括：

根据控制参数的变化，改变交流异步电动机两端的有效电压；

根据所述有效电压的变化，对异步电动机转速进行调整。

所述异步电动机为无反馈的异步电动机。

所述控制参数为可控硅的导通时间和/或可控硅的导通角。

本发明还提供了一种交流异步电动机调速装置，包括：对应关系设置单元和调速控制单元，

所述对应关系设置单元，设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；

所述调速控制单元，与所述对应关系设置单元连接，根据所述对应关系信息对所述异步电动机进行调速控制。

还包括：存储单元，与所述对应关系设置单元连接，存储所述控制参数和异步电动机转速的对应关系信息。

还包括：信息调用单元，连接所述存储单元和所述调速控制单元，根据转速需求从存储单元中调用与所述转速对应的控制参数，以供所述调速控制单元进行调速控制。

所述信息调用单元，还包括：信息获取子单元和信息转发子单元，

所述信息获取子单元，获取来自所述存储单元的控制参数信息和/或来自所述调速控制单元的转速需求信息；

所述信息转发子单元，连接所述信息获取子单元，将获取的所述控制参数信息转发给所述调速控制单元和/或将获取的所述转速需求信息转发给所述存储单元。

所述调速控制单元，包括电压调整子单元，根据控制参数调整交流异步电动机两端的有效电压，从而调整所述异步电动机的转速。

所述对应关系设置单元，包括：控制参数设置子单元、转速测试子单元和记录子单元，

所述控制参数设置子单元，设置不同的控制参数；

所述转速测试子单元，连接所述控制参数设置子单元，根据设置的不同控制参数，对所述交流异步电动机的转速进行测试；

所述记录子单元，连接所述控制参数设置子单元和所述转速测试子单元，记录与所述控制参数相对应的转速测试结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明一种交流异步电动机调速方法和装置，节约了芯片端口，采用普通无反馈的交流异步电动机，无需反馈信号，使电机的成本大大降低。

附图说明

图1是本发明实施例一种交流异步电动机调速方法的流程图；

图2是本发明实施例一的电路原理图；

图3是本发明实施例二的电路原理图；

图4是本发明实施例三的电动机两端电压波形图；

图5是本发明实施例四的电动机两端电压波形图；

图6是本发明实施例五的电动机两端电压波形图；

图7是本发明实施例一种交流异步电动机调速装置的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例一种交流异步电动机调速方法和装置，用于对交流异步电动机进行调速，而交流异步电动机又应用于很多领域，如风机的应用领域，但本发明的实施例并不仅限于在风机领域的应用，还包括其他应用到本发明的技术领域。本发明的实施例主要介绍交流异步电动机调速方法和装置，应用于空调风机的情况。

如图1所示，为本发明实施例一种交流异步电动机调速方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S101，设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；具体包括：

首先，根据不同的控制参数对异步电动机的转速进行测试，并记录与控制参数相对应的测试结果；

然后，根据测试的结果，总结并设置控制参数和异步电动机转速的对应关系。

步骤S102，存储控制参数和异步电动机转速的对应关系信息；将步骤S101中设置的控制参数和异步电动机转速的对应关系存储在控制芯片中。

步骤S103，根据对应关系信息对异步电动机进行调速控制；具体包括：

首先，根据控制参数的变化，改变交流异步电动机两端的有效电压；

然后，根据交流异步电动机两端有效电压的改变，控制异步电动机转速进行调整。

在以上的实施例中，交流异步电动机为无反馈的交流异步电动机，该电动机的工作状态信息不反馈给控制芯片，而是直接根据之前设置在控制芯片内的控制参数和异步电动机转速的对应关系，控制芯片对电动机进行单向控制。控制芯片收到转速需求信息后，根据接收到的转速需求信息，查找对应关系中与该转速相对应的控制参数，然后将该控制参数施加给交流异步电动机，从而控制交流异步电动机进行转速调整，至于该异步电动机执行该转速调整命令后的工作状态如何，该异步电动机不向控制芯片反馈其工作状态的信息。

以上提到的控制参数可以为可控硅的导通时间和/或导通角，也包括其他可以使异步电动机转速发生改变的参数。

以通过控制可控硅的导通时间来调整空调风机的转速为例，如图2所示，为本发明实施例一的电路原理图，I/O(In/Out，输入/输出)接控制芯片的输出端口，Q1是一个NPN型的三极管，TLP3526是光藕可控硅，其驱动电压为12V直流电，L1为一电感，CN1接交流电220V的L，CN2接交流电220V的N，CN3是交流异步电动机的接插件以及R1、R2、C1、C2组成。R1主要是限制通过光藕可控硅控制端电流的作用，防止电流过大将光藕击穿；由R2和C1组成RC滤波电路，滤去光藕可控硅受控端开启或者关闭时候产生的瞬间冲击电压，起到保护电机的作用；电感L1是通过EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容性)时起到很大的作用；C2为启动电容。

当控制芯片从I/O口输出为高电平时，NPN型的三极管Q1导通，同时导致光藕可控硅的控制端导通，这时光藕可控硅受控端开启，交流异步电动机内将有电流通过，驱动电机运转。

若Q1为PNP型的三极管，也可实现与图2中同样的驱动电机运转目的。其电路原理图如图3所示，I/O接控制芯片的输出端口，Q1是一个PNP型的三极管，TLP3526是光藕可控硅，其驱动电压为12V直流电，L1为一电感，CN1接交流电220V的L，CN2接交流电220V的N，CN3是交流异步电动机的接插件以及R1、R2、C1、C2组成。R1主要是限制通过光藕可控硅控制端电流的作用，防止电流过大将光藕击穿；由R2和C1组成RC滤波电路，滤去光藕可控硅受控端开启或者关闭时候产生的瞬间冲击电压，起到保护电机的作用；电感L1是通过EMC时起到很大的作用；C2为启动电容。

当控制芯片I/O口的输出为低电平时，PNP型的三极管Q1导通，同时导致光藕可控硅的控制端导通，这时光藕可控硅受控端开启，交流异步电动机内将有电流通过，驱动电机运转。

由于我们所用的市电是220V、50Hz的交流电，所以一个电压周期为20ms，一个电压周期内将有两个过零点。以NPN型的三极管为例，当有过零点出现时，芯片可以检测到过零点，此时芯片开始计时，芯片检测到过零点以后，输出低电平，此时光藕可控硅的控制端和受控端都是不导通的，经过一定的时间t(两个过零点时间间隔时10ms，所以t＜10ms，t的长短是由程序控制的)以后，芯片的控制端口I/O的电平变为高电平，从此刻开始光藕可控硅变为导通，电机开始通电。

由于时间t的不同，加载到电机两端的电压时间长短就不同，相当于加载到电机的两端的有效电压不同，所以电机的转速是不同的；由于时间t时可以随意调节的，在理论上调速范围是从零到达电机的最高转速；但是风机启动时候有一个最小的启动力矩以及风叶的阻力矩，所以电机的调速范围不是从零开始的，经测试一般从200转/分开始时，电机能够稳定在一个转速；在空调的实际应用中，最低转速一般要求在500转/分以上，通过适当调节时间t，可以达到调节任意风速的需求。

以下为设置可控硅导通时间和电机转速对应关系的实施例，通过测定不同斩波时间t下的空调风机转速，设置斩波时间t和风机转速的对应关系。以NPN型三极管为例，当斩波时间t为7.4ms时(半个电压周期10ms内有7.4ms是不通电的)，也就是说芯片控制端口在半个电压周期10ms内，先是保持7.4ms的低电平，然后将此端口电压置高到5V电压2.6ms，此时风速能很好的稳定在550转/分左右，此时交流异步电动机两端电压波形如图4所示。此时风速偏低，在空调控制中是不能满足需求的，空调控制中风机转速一般要求都在800转/分以上。

当t控制到6.2ms时，芯片控制端口在半个电压周期10ms内，先是保持6.2ms的低电平，然后将此端口电压置高到5V电压3.8ms，此时风速能很好的稳定在800转/分左右，此时交流异步电动机两端电压波形如图5所示；当t控制到5.6ms时，芯片控制端口在半个电压周期10ms内，先是保持5.6ms的低电平，然后将此端口电压置高到5V电压4.4ms，此时风速能很好的稳定在1000转/分左右，此时交流异步电动机两端电压波形如图6所示。另外，当t控制到5.4ms时，风速能很好的稳定在1150转/分左右；当t控制到5.2ms时，风速能很好的稳定在1300转/分左右；当t控制到3.4ms时，风速能很好的稳定在1700转/分左右。当然，还有很多种情况，由此即可建立可控硅的导通时间和风机转速的对应关系。

对于只需要高、中、低三个风速的空调来讲，当芯片控制端口的低电平时间t分别控制到5.6ms、5.4ms、5.2ms时，风速能较稳定地控制在1000转/分、1150转/分、1300转/分，这三个风速就能很好的满足空调风速控制需求。把此三个导通时间和风机转速的对应关系存储在空调的控制芯片中，在实际应用过程中，需要高档的风速时，芯片控制端口的输出低电平时间t为5.2ms即可；需要中档的风速时，芯片控制端口的输出低电平时间t为5.4ms即可；需要低档的风速时，芯片控制端口的输出低电平时间t为5.6ms即可。此时，芯片只管根据不同档速需要，输出相应的低电平控制时间，而空调风机则根据控制芯片的控制命令调整转速即可，其工作状态信息不反馈给控制芯片，即为芯片对空调风机的单向控制。对于无极风速的空调，其芯片对风机的控制过程与上述相同，不同的是控制芯片中存储的可控硅导通时间和风机转速的对应关系不仅仅为三个不同档的对应关系，而是包括各个不同的可调转速和可控硅导通时间的对应关系。

本发明的实施例还提供了一种交流异步电动机调速装置，如图7所示，包括：对应关系设置单元100、存储单元200、调速控制单元300和信息调用单元400。其中，对应关系设置单元100，设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；存储单元200，连接对应关系设置单元100，存储控制参数和异步电动机转速的对应关系信息；调速控制单元300，连接存储单元200，根据存储单元200中的对应关系信息对异步电动机进行调速控制；信息调用单元400，连接存储单元200和调速控制单元300，根据转速需求从存储单元200中调用与转速对应的控制参数，以供调速控制单元300进行调速控制。

对应关系设置单元100，包括：控制参数设置子单元101和转速测试子单元102，控制参数设置子单元101，设置不同的控制参数；转速测试子单元102，连接控制参数设置子单元101，根据设置的不同控制参数，对交流异步电动机的转速进行测试；记录子单元103，连接控制参数设置子单元101和转速测试子单元102，记录与控制参数相对应的转速测试结果。

调速控制单元300，包括电压调整子单元301，根据控制参数调整交流异步电动机两端的有效电压，从而调整异步电动机的转速。

信息调用单元400，还包括：信息获取子单元401和信息转发子单元402，信息获取子单元401，获取来自存储单元200的控制参数信息和/或来自调速控制单元300的转速需求信息；信息转发子单元402，连接信息获取子单元402，将获取的控制参数信息转发给调速控制单元300和/或将获取的转速需求信息转发给存储单元200。

本发明的实施例基于芯片控制无反馈的交流异步电动机的方法和装置，很好的节约了芯片端口，并且采用普通无反馈的交流异步电动机，无需反馈信号，其电机的成本大大降低。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1. 一种交流异步电动机调速方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；

根据所述对应关系信息对所述异步电动机进行调速控制。

2. 如权利要求1所述交流异步电动机调速方法，其特征在于，所述设置控制参数和异步电动机转速的对应关系，具体包括：

根据不同的控制参数对所述异步电动机的转速进行测试，并记录与所述控制参数相对应的测试结果；

根据所述测试结果，设置所述控制参数和所述异步电动机转速的对应关系。

3. 如权利要求1所述交流异步电动机调速方法，其特征在于，所述根据对应关系信息对异步电动机进行调速控制，具体包括：

根据控制参数的变化，改变交流异步电动机两端的有效电压；

根据所述有效电压的变化，对异步电动机转速进行调整。

4. 如权利要求1所述交流异步电动机调速方法，其特征在于，所述异步电动机为无反馈的异步电动机。

5. 如权利要求1所述交流异步电动机调速方法，其特征在于，所述控制参数为可控硅的导通时间和/或可控硅的导通角。

6. 一种交流异步电动机调速装置，其特征在于，包括：对应关系设置单元和调速控制单元，

所述对应关系设置单元，设置控制参数和异步电动机转速的对应关系；

所述调速控制单元，与所述对应关系设置单元连接，根据所述对应关系信息对所述异步电动机进行调速控制。

7. 如权利要求6所述交流异步电动机调速装置，其特征在于，还包括：存储单元，与所述对应关系设置单元连接，存储所述控制参数和异步电动机转速的对应关系信息。

8. 如权利要求6或7所述交流异步电动机调速装置，其特征在于，还包括：信息调用单元，连接所述存储单元和所述调速控制单元，根据转速需求从存储单元中调用与所述转速对应的控制参数，以供所述调速控制单元进行调速控制。

9. 如权利要求8所述交流异步电动机调速装置，其特征在于，所述信息调用单元，还包括：信息获取子单元和信息转发子单元，

所述信息获取子单元，获取来自所述存储单元的控制参数信息和/或来自所述调速控制单元的转速需求信息；

所述信息转发子单元，连接所述信息获取子单元，将获取的所述控制参数信息转发给所述调速控制单元和/或将获取的所述转速需求信息转发给所述存储单元。

10. 如权利要求6所述交流异步电动机调速装置，其特征在于，所述调速控制单元，包括电压调整子单元，根据控制参数调整交流异步电动机两端的有效电压，从而调整所述异步电动机的转速。

11. 如权利要求6所述交流异步电动机调速装置，其特征在于，所述对应关系设置单元，包括：控制参数设置子单元、转速测试子单元和记录子单元，

所述控制参数设置子单元，设置不同的控制参数；

所述转速测试子单元，连接所述控制参数设置子单元，根据设置的不同控制参数，对所述交流异步电动机的转速进行测试；

所述记录子单元，连接所述控制参数设置子单元和所述转速测试子单元，记录与所述控制参数相对应的转速测试结果。

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