CN102969970A - 电机效率跟踪驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机效率跟踪驱动系统及其驱动方法，所述系统包括交流电源输入模块、电压采样模块、电机功率驱动模块、电平转换驱动模块、光电隔离模块、电流采样模块、微处理器模块、直流稳压电源模块、霍尔传感器，所述驱动系统以微处理器为核心组成，微处理器的AD转换模块实时检测电机的输入电压和输入电流。所述驱动方法通过检测工作电机当前的状态，确认电机是否工作在最佳效率区，适当调整，使电机工作在效率较高的区域。本发明电机效率跟踪驱动系统及其驱动方法使电机始终工作在最佳效率区域，达到节能的效果，实现效率跟踪功能的同时不需要增加任何电路成本。所述驱动方法能保证电机始终工作在效率较高的区域。

Description

电机效率跟踪驱动系统及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种永磁交流电机驱动系统及其驱动方法，尤其是涉及一种具有实时自动跟踪电机效率并进行实时调整使电机始终工作在效率较高点的电机驱动系统及其驱动方法，属于电机技术领域。
背景技术
交流永磁电机具有高效节能的特点是目前发展最快的电机，有逐渐取替传统电的
趋势。
现有技术中的电机均有工作效率最大值，电机工作在这个最大值附近时效率最高；
电机能否工作在这个效率高的区域，与电机的转速、电机的负载（阻转矩）有关。现有技术中的永磁交流电机的运转需要驱动器的驱动，不能直接接入交直流电源运行，目前使用的驱动器有固定速度驱动和调速驱动两种情况。
现有驱动器的缺陷在于负载变化时，电机不能工作在效率较高的区域，电机效率不能充分利用。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中电机驱动系统的上述缺陷，提供一种电机效率跟踪驱动系统及其驱动方法。
   本发明的技术方案是：
一种电机效率跟踪驱动系统，包括：交流电源输入模块、电压采样模块、电机功率驱动模块、电平转换驱动模块、光电隔离模块、电流采样模块、微处理器模块、直流稳压电源模块、霍尔传感器，所述驱动系统以微处理器为核心组成，微处理器的AD转换模块实时检测电机的输入电压和输入电流，驱动器内部搭载管理程序，包括电机启动，运转控制程序，电压、电流采样程序，运行管理控制程序。
一种权利要求1所述电机效率跟踪驱动系统的驱动方法，其特征在于：通过检测工作电机当前的状态，确认电机是否工作在最佳效率区，适当调整，使电机工作在效率较高的区域，具体包括以下步骤：
（1）所述电机运行管理控制程序记录下被控制电机的必要参数，包括输入电压范围、转速范围、输入功率或额定功率、最大功率，作为电机保护和控制依据；
（2）通过人工预置被驱动电机的“功率-效率-转速”曲线，跟踪程序依据该曲线保持电机工作在最佳效率点，微处理器通过自身的AD模块实时检测输入电压与电流，换算出输入功率，通过定时器和数驱动脉冲的个数换算出电机转速，然后与“功率-效率-转速”曲线比对，在速度允许的范围内调整到效率最高点；
（3）如果系统没有预置“功率-效率-转速”曲线，启动自适应跟踪程序；
（4）当程序检测到负载发生变化时，将新数据与曲线数据比对，进行调整，寻找最佳效率点实时跟踪。
作为本发明的进一步改进，步骤（3）中的自适应跟踪程序步骤为：检测一组转速n和功率P1，将n/P1作为基准值，改变转速⊿n，得到新的一组n′/P1′与基准值比较，求出⊿η = k(n/P1 – n′/P1′)；如果⊿η＞0，n/P1 优于 n′/P1′，还用n/P1做基准值，反向增速，得到新的一组n′/P1′与基准值比较，求出⊿η = k(n/P1 – n′/P1′) ；如果⊿η＜0， n′/P1′优于n/P1，用n′/P1′取代n/P1做基准值（n′/P1′→n/P1），同向增速，得到新的一组n′/P1′与基准值比较求出⊿η；重复第三步骤的过程，直至得到⊿η=0；此时这组数据效率最高，电机锁住当前速度运行；微处理器每隔一个时间间隔测一组n′，P1′，判断P1′是否变化，如果变化，重复上述第二、三步骤。
本发明根据交流永磁电机在电机转矩变化时，它的最高效率点将发生变化的特点，提供一种电机效率跟踪驱动系统及其驱动方法，使电机始终工作在最佳效率区域，达到节能的效果，实现效率跟踪功能的同时不需要增加任何电路成本。所述驱动方法能保证电机始终工作在效率较高的区域。
附图说明
图1是本发明电机效率跟踪驱动系统驱动方法的控制方法流程图；
图2是57BL04直流无刷电机的效率-转数曲线图；
图3是57BL01直流无刷电机的效率-转数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明电机效率跟踪驱动系统的系统原理为：该电机效率跟踪驱动系统包括：交流电源输入模块、电压采样模块、电机功率驱动模块、电平转换驱动模块、光电隔离模块、电流采样模块、微处理器模块、直流稳压电源模块、霍尔传感器，所述驱动系统以微处理器为核心组成，微处理器的AD转换模块实时检测电机的输入电压和输入电流，驱动器内部搭载管理程序，包括电机启动，运转控制程序，电压、电流采样程序，运行管理控制程序。
本发明电机效率跟踪驱动系统驱动方法的控制方法流程图如图1所示，该方法采用智能跟踪技术，通过检测工作电机当前的状态，确认电机是否工作在最佳效率区，通过适当的调整使电机工作在效率较高的区域，达到节能的效果。
下面通过一种能够实时跟踪电机工作效率的智能电机驱动器示例，说明这种驱动器的一般结构。
本发明驱动器硬件电路采用了微处理器技术，以微处理器为核心组成电机驱动器系统；通过微处理器的AD转换模块可以实时检测到电机的输入电压和输入电流。（其实普通驱动器为了提供过栽保护也要检测输入电压电流）；
本发明驱动器内部搭载了电机驱动器常规的管理程序：电机启动，运转控制程序，电压、电流采样程序，运行管理控制程序；
除必要的电机运行管理程序外，程序还记录了被控制电机的必要参数，输入电压范围，转速范围，输入功率或额定功率，最大功率，作为电机保护和控制依据；
可以通过人工预置被驱动电机的“功率-效率-转速”曲线，跟踪程序依据该曲线保持电机工作在最佳效率点；当程序检测到负载发生变化时，将新数据与曲线数据比对，进行调整，寻找最佳效率点实时跟踪；
没有电机特性曲线的跟踪原理：如果系统没有预置“功率-效率-转速”曲线，启动本发明特有的“自适应跟踪程序”，其原理叙述如下：
∵ 电机效率 η=P2/P1               (1)
又∵电机的转矩T=9550(P2/n)；        (2)
P2= nT/9550；         (3)                                               
Figure 201210530463X100002DEST_PATH_IMAGE002
   ∴ η =  nT/9550P1                 (4)
P1为电机的输入功率，P2为输出功率；n为电机转速。
⊿η = η – η′ = nT/9550P – n′/9550P1′= T/9550(nn/Pn – n′/P1′)     (5)
设：η和P1是当前测得的电机效率和功率， η′,P1′是前一次测得电机效率和功率，要知道⊿η是否大于零，只要求出(n/P1 – n′/P1′)；避开了转矩测量。
程序设计说明：
① 检测一组转速n和功率P1,将n/P1作为基准值；改变转速⊿n，得到新的一组n′/P1′与基准值比较，求出⊿η = k(n/P1 – n′/P1′) 。
② 如果⊿η＞0，n/P1 优于 n′/P1′，还用n/P1做基准值，反向增速，得到新的一组n′/P1′与基准值比较，求出⊿η = k(n/P1 – n′/P1′) 。
③ 如果⊿η＜0， n′/P1′优于n/P1，用n′/P1′取代n/P1做基准值（n′/P1′→n/P1），同向增速，得到新的一组n′/P1′与基准值比较求出⊿η；重复③的过程，直至得到⊿η=0；说明：当前这组数据效率最高；电机锁住当前速度运行；
④ 微处理器每隔一个时间间隔测一组n′，P1′，判断P1′是否变化，如果变化重复②③的过程。
有已知电机特性曲线的跟踪原理：微处理器通过自身的AD模块实时检测输入电压与电流，换算出输入功率，通过定时器和数驱动脉冲的个数换算出电机转速，然后与“功率-效率-转速”曲线比对，在速度允许的范围内调整到效率最高点；
这种方法能保证电机始终工作在效率较高的区域；此方法适于对电机转速要求不高的永磁交流电机的驱动系统。
图2是57BL04直流无刷电机的效率-转数曲线图；图3是57BL01直流无刷电机的效率-转数曲线图，不同的电机工作在不同转速和转矩下，最大效率点不同。

Claims (3)

1.电机效率跟踪驱动系统，包括：交流电源输入模块、电压采样模块、电机功率驱动模块、电平转换驱动模块、光电隔离模块、电流采样模块、微处理器模块、直流稳压电源模块、霍尔传感器，所述驱动系统以微处理器为核心组成，微处理器的AD转换模块实时检测电机的输入电压和输入电流，驱动器内部搭载管理程序，包括电机启动，运转控制程序，电压、电流采样程序，运行管理控制程序。
2.权利要求1所述电机效率跟踪驱动系统的驱动方法，其特征在于：通过检测工作电机当前的状态，确认电机是否工作在最佳效率区，适当调整，使电机工作在效率较高的区域，具体包括以下步骤：
（1）所述电机运行管理控制程序记录下被控制电机的必要参数，包括输入电压范围、转速范围、输入功率或额定功率、最大功率，作为电机保护和控制依据；
（2）通过人工预置被驱动电机的“功率-效率-转速”曲线，跟踪程序依据该曲线保持电机工作在最佳效率点，微处理器通过自身的AD模块实时检测输入电压与电流，换算出输入功率，通过定时器和数驱动脉冲的个数换算出电机转速，然后与“功率-效率-转速”曲线比对，在速度允许的范围内调整到效率最高点；
（3）如果系统没有预置“功率-效率-转速”曲线，启动自适应跟踪程序；
（4）当程序检测到负载发生变化时，将新数据与曲线数据比对，进行调整，寻找最佳效率点实时跟踪。
3.根据权利要求2所述的驱动方法，其特征在于：步骤（3）中的自适应跟踪程序步骤为：检测一组转速n和功率P1，将n/P1作为基准值，改变转速⊿n，得到新的一组n′/P1′与基准值比较，求出⊿η = k(n/P1 – n′/P1′)；如果⊿η＞0，n/P1 优于 n′/P1′，还用n/P1做基准值，反向增速，得到新的一组n′/P1′与基准值比较，求出⊿η = k(n/P1 – n′/P1′) ；如果⊿η＜0， n′/P1′优于n/P1，用n′/P1′取代n/P1做基准值（n′/P1′→n/P1），同向增速，得到新的一组n′/P1′与基准值比较求出⊿η；重复第三步骤的过程，直至得到⊿η=0；此时这组数据效率最高，电机锁住当前速度运行；微处理器每隔一个时间间隔测一组n′，P1′，判断P1′是否变化，如果变化，重复上述第二、三步骤。
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