CN101409524A - 无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法，属特种电机领域。本发明所述方法采用三段式起动方法：定位阶段、离线加速阶段、无位置运行阶段。其中定位阶段：对电励磁双凸极电机任意两相通入电流，一相通入正向电流、一相通入负向电流，即可把转子定位到一定位置角。离线加速阶段：根据换相导通逻辑，离线给出换相信号，频率由低至高，使电机加速起动。无位置运行阶段：经过短暂的离线加速过程以后，即可通过对电机中点电压波动检测实现换相点的判断。本发明电机系统结构更加坚固，运行可靠、高效，成本低廉，实现了电励磁双凸极电机无位置传感器运行。

Description

无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种特种电机控制方法，尤其涉及一种无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法。

背景技术

对于电励磁双凸极电机驱动系统而言，实时而准确的转子位置信息是其可靠运行的必要前提。通过采用轴位置传感器或者其它类型的探测式位置检测器来获得位置信息会增大电机体积，提高系统成本和复杂程度，影响整个系统的可靠运行。因此如何去掉位置检测器，直接利用电机信息间接确定转子位置，从而提高系统运行可靠性，降低系统成本，无疑是一个很有潜力的研究方向，在航空航天、风力发电领域都具有重要价值。迄今为止，国内外对这一领域的研究尚属起步阶段，研究对象多集中于电机结构相类似的开关磁阻电机无位置传感器，以及无刷直流电机无位置传感器。研究的思路有两种：(1)脉冲注入定位法--脉冲注入法的算法尽管相对比较简单，但基于高频脉冲的输入使其不免有着内在固有的速度限制，而且测试电流可能带来负转矩，其对整个系统出力和效率的影响也是很大的不足；(2)反电势法--这种方法需要辅助起动设施，需要进行相位补偿，还存在计数值转速电流限幅的匹配问题。如何实时精确获得转子位置角度信息一直是双凸极电机无位置传感器技术的难题。国内外目前尚没有双凸极电机无位置传感器控制的有效方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法。

本发明无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法，采用电源通过逆变器分别给所述双凸极电机的三相绕组即A相绕组、B相绕组、C相绕组提供电流，包括如下步骤：

a.)初始定位：采用主控制器输出的开关信号经过逆变器给所述双凸极电机的任意两相绕组通入开关电流使双凸极电机的转子转动相应的角度，所述两相绕组中：一相绕组通入正向电流、另一相绕组通入负向电流；

b.)加速启动：将给定的离线换相脉冲信号经过主控制器输出离线换相逻辑信号，将离线换相逻辑信号经过逆变器给步骤a所述的转动相应的角度后的双凸极电机的三相绕组提供两相驱动电流驱动双凸极电机运行：

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为A相绕组和B相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组…；

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为B相绕组和C相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组…；

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为A相绕组和C相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组…；

c.)采用中点电压采样电路采样步骤b所述的启动后的双凸极电机的中点电压；

d.)将步骤c所述的中点电压经过调理电路得到在线换相脉冲信号；

e.)将步骤d所述的在线换相脉冲信号经过主控制器得到在线换相逻辑信号，将在线换相逻辑信号经过逆变器给步骤b所述的双凸极电机的三相绕组提供三相电流，并返回步骤c采集双凸极电机的中点电压。

本发明无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法，去掉了传统的位置传感器，从而使电励磁双凸极电机系统结构更加坚固，运行可靠、高效，成本低廉，实现了电励磁双凸极电机无位置传感器运行。

附图说明

图1：本发明控制原理图；

图2：电励磁双凸极电机三相互感与电机中点电压波形图；

图3：电励磁双凸极电机中点电压调理电路图；

图4：电励磁双凸极电机中点电压与换相信号波形图；

图5：电励磁双凸极电机换相信号与A相电流波形图。

具体实施方式

如图1所示。本发明无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法，采用电源通过逆变器分别给所述双凸极电机的三相绕组即A相绕组、B相绕组、C相绕组提供电流，包括如下步骤：

a.)初始定位：采用主控制器输出的开关信号经过逆变器给所述双凸极电机的任意两相绕组通入开关电流使双凸极电机的转子转动相应的角度，所述两相绕组中：一相绕组通入正向电流、另一相绕组通入负向电流；

b.)加速启动：将给定的离线换相脉冲信号经过主控制器输出离线换相逻辑信号，将离线换相逻辑信号经过逆变器给步骤a所述的转动相应的角度后的双凸极电机的三相绕组提供两相驱动电流驱动双凸极电机运行：

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为A相绕组和B相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组…；

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为B相绕组和C相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组…；

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为A相绕组和C相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组…；

c.)采用中点电压采样电路采样步骤b所述的启动后的双凸极电机的中点电压；

d.)将步骤c所述的中点电压经过调理电路得到在线换相脉冲信号；

e.)将步骤d所述的在线换相脉冲信号经过主控制器得到在线换相逻辑信号，将在线换相逻辑信号经过逆变器给步骤b所述的双凸极电机的三相绕组提供三相电流，并返回步骤c采集双凸极电机的中点电压。

本发明采用三段式起动方法：定位阶段、离线加速阶段、无位置运行阶段。对电励磁双凸极电机任意两相通入电流，一相通入正向电流、一相通入负向电流，即可把转子定位到一定位置角。根据换相导通逻辑，离线给出换相信号，频率由低至高，使电机加速起动。经过短暂的离线加速过程以后，即可通过对电机中点电压波动检测实现换相点的判断。通过电压传感器对无位置传感器电励磁双凸极电机中点电压进行采样；设计调理电路对中点电压进行滤波、微分、反向、比较处理，利用滤波器消除高频信号干扰，利用微分器、反向器、和过零比较器得到无位置传感器电励磁双凸极电机的脉冲换相信号；利用数字信号处理器(DSP)对脉冲信号进行逻辑处理，得到电励磁双凸极电机的换相逻辑信号；根据换相逻辑信号控制逆变器对无位置传感器电励磁双凸极电机三相绕组进行供电，即在电感上升区通入正向电流、在电感下降区通入负向电流，从而实现无位置传感器电励磁双凸极电机的正常运行。

如图2所示，中点电位经过一定的滤波、求导等调理电路，以及简单的逻辑判断，即可实现换相位置的判断。在任意一个导通周期中，由于电励磁双凸极电机两相绕组的电感随转子位置做非线性变化，在转子滑入定转子重合区时电感值增大，转子滑出定转子重合区时电感值减小。电感值的变化使得两相电压也随转子位置变化，从而引起中点电位波动，在换相时刻出现电压尖峰。由图可见，中点电位变化的周期与电机三相电感周期相对应，在电感上升区来临时，中点电位均会出现峰值，因此通过分析中点电位的变化即可获取换相信息。

如图3所示，中点电压采样调理电路由电流传感器、低通滤波器、微分器、反向器、过零比较器和单触发器构成。电压传感器采样得到的电机中点电压，经过第一级低通滤波器进行滤波，消除高频毛刺；再分别经过微分器、反向器、第二级低通滤波器、过零比较器和单触发器得到脉冲位置信号。

如图4所示，中点电位经过如图3所示的调理电路，即可获得正确的换相信号。

如图5所示，采用所述脉冲位置信号，通过图1所示控制系统后得到的A相电流波形。由图可见，利用所述脉冲位置信号可实现无位置传感器电励磁双凸极电机相电流正确换向，即在电感上升区相绕组通入正电流，在电感下降区相绕组通入负电流。

Claims (1)

1.一种无位置传感器电励磁双凸极电机的控制方法，采用电源通过逆变器分别给所述双凸极电机的三相绕组即A相绕组、B相绕组、C相绕组提供电流，其特征在于包括如下步骤：

a.)初始定位：采用主控制器输出的开关信号经过逆变器给所述双凸极电机的任意两相绕组通入开关电流使双凸极电机的转子转动相应的角度，所述两相绕组中：一相绕组通入正向电流、另一相绕组通入负向电流；

b.)加速启动：将给定的离线换相脉冲信号经过主控制器输出离线换相逻辑信号，将离线换相逻辑信号经过逆变器给步骤a所述的转动相应的角度后的双凸极电机的三相绕组提供两相驱动电流驱动双凸极电机运行：

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为A相绕组和B相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组…；

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为B相绕组和C相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组…；

当步骤a所述的通入开关电流的两相绕组为A相绕组和C相绕组，则所述三相绕组的导通顺序为A相绕组和B相绕组---B相绕组和C相绕组---C相绕组和A相绕组---A相绕组和B相绕组…；

c.)采用中点电压采样电路采样步骤b所述的启动后的双凸极电机的中点电压；

d.)将步骤c所述的中点电压经过调理电路得到在线换相脉冲信号；

e.)将步骤d所述的在线换相脉冲信号经过主控制器得到在线换相逻辑信号，将在线换相逻辑信号经过逆变器给步骤b所述的双凸极电机的三相绕组提供三相电流，并返回步骤c采集双凸极电机的中点电压。

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