CN103956943A - 高效无刷直流电机起动及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效无刷直流电机起动及控制方法，以开环二相导通方式起动，使电流基本上保持不变以产生恒定的转矩；当开环二相导通加速过程结束时，封锁三相的脉冲输出，得到三相反电动势的过零点以及电机的转子速度，此时得到下一时刻的换相时刻；当检测到反电动势过零点后，对电机进行二相闭环电流控制；当转速达到基速时，由二相控制方式切换至三相导通方式；当电压调节器达到饱和时，进行单电流调节模式进行弱磁，在电压矢量空间通过调整电压矢量与磁链的角度来达到弱磁扩速的目标。本发明的高效无刷直流电机起动及控制方法，具有可降低启动振动和噪声、提高能效、电压使用率及转速并避免电压弱磁模式存在的失控风险等优点。

Description

高效无刷直流电机起动及控制方法

技术领域

本发明涉及一种高效无刷直流电机起动及控制方法。

背景技术

在家用电器行业里，无刷直流电机应用非常广泛，在某些无法使用传感器的场合，需要使用无位置传感器控制。传统的BLDC(无刷直流电机)无传感器控制系统中，通常在同一时刻只使用二相导通，这时对无刷直流电机进行无传感器控制的常用方法有反电动势过零检测法、积分法、锁相法。

二相导通模式优点为主要为在低速运行时，可以提供较大的转矩，同时在运行时，可以通过对未导通相进行检测来确定换相时刻，这样算法实现比较可靠，且简单。但是，二相导通模式也存在一些问题：1)其电流产生的空间磁动势矢量为跳跃方式的六个离散状态，这样会产生转矩波动，无法在一个周期内产生平滑的转矩；2)在六个状态间进行切换时存在重叠换相角，也会造成转矩的波动；3)在高速运行时，尤其是当转速达到一点的值使得反电动势的幅值超过母线电压时，随着转速的上升，转矩迅速下降，不利于高速运行，转速区有限。

当前的无刷直流电机控制中大部分开始使用180°变频技术，即任何时刻都有三个开关导通。当使用三相导通方式时，即将变频器当成一个电压源逆变器使用时，每个桥臂开关的导通为180度电角度。这样做的优点有：1)使用SVPWM调制方式时，可以使母线电压的基波利用率大于二相导通时电压达到饱和情况下的电压利用率，能提高大约5％；2)使用180导通方式时，可以在磁链矢量空间中产生圆形的磁链，这时就不存在电流换相时重叠换相的问题，这样可以产生平滑的转矩；3)使用180°导通方式时，在弱磁控制时高速转矩能得到增加，使转速运行区间得到扩展。但是，这种三相导通方式的缺点为：其转子位置的检测比较复杂，需要其反电动势达到一定的值，才可以经由观测器或者直接计算得到，其实现实杂且其精度与电机参数有关。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种高效无刷直流电机起动及控制方法，以降低启动振动和噪声、提高能效、电压使用率及转速并避免电压弱磁模式存在的失控风险。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

高效无刷直流电机起动及控制方法，其特点是，包括如下步骤：

步骤1：以开环二相导通方式起动，针对电机的实际运行工况，使二相导通时的电压占空比与转速成正比的方式起动，使电流基本上保持不变以产生恒定的转矩，即以恒定加速度方式起动，同时对其电流进行调制，不使电流过流；

步骤2：当开环二相导通加速过程结束时，封锁三相的脉冲输出，通过对三相反电动势进行监测，可以得到三相反电动势的过零点以及电机的转子速度，此时可以得到下一时刻的换相时刻；

步骤3：当检测到反电动势过零点后，对电机进行二相闭环电流控制；该方式下通过检测未导通相的反电动势过零时刻提供换相时刻，在该方式可以提供较大的转矩；

步骤4：当转速达到基速时，由二相控制方式切换至三相导通方式；在该方式下可以提供平稳的转速，同时提高母线电压的利用率；

步骤5：当电压调节器达到饱和时，进行单电流调节模式进行弱磁，在电压矢量空间通过调整电压矢量与磁链的角度来达到弱磁扩速的目标。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的高效无刷直流电机起动及控制方法，整个控制运行分为四个区域:分为开环二相导通起动；基速以下时的闭环二相运行方式；基速以上为闭环三相运行方式；电压饱和后为单电流调节器的弱磁方式，这种起动和控制方法具有以下几个优点：

(1)启动降低振动、噪声；低速方波运行提高能效；

(2)高速180°矢量控制运行提高电压使用率及转速；

(3)弱磁运行时为电压相位调节模式的单电流调节器，避免了电压弱磁模式存在的失控风险。

本发明的高效无刷直流电机起动及控制方法，具有可降低启动振动和噪声、提高能效、电压使用率及转速并避免电压弱磁模式存在的失控风险等优点。

以下通过具体实施方式，对本发明作进一步说明。

具体实施方式

无刷直流电机无速度传感器控制中，在无刷直流电机的起动时，由于没有传感器，导致在起动运行过程中无法精确检测其转子位置，容易引起电机振荡。在家用电器行业中，在使用无刷直流电机无速度传感器的场合，提出了如下要求：

1.电机能可靠的启动；

2.在低速时能输出大的转矩且振动噪声较低；

3.其高速区较宽，即拥有较大的弱磁扩速空间。

本发明的高效无刷直流电机起动及控制方法，包括如下步骤：

步骤1：以开环二相导通方式起动，针对电机的实际运行工况，使二相导通时的电压占空比与转速成正比的方式起动，使电流基本上保持不变以产生恒定的转矩，即以恒定加速度方式起动，同时对其电流进行调制，不使电流过流；

步骤2：当开环二相导通加速过程结束时，封锁三相的脉冲输出，通过对三相反电动势进行监测，可以得到三相反电动势的过零点以及电机的转子速度，此时可以得到下一时刻的换相时刻；

步骤3：当检测到反电动势过零点后，对电机进行二相闭环电流控制；该方式下通过检测未导通相的反电动势过零时刻提供换相时刻，在该方式可以提供较大的转矩；

步骤4：当转速达到基速时，由二相控制方式切换至三相导通方式；在该方式下可以提供平稳的转速，同时提高母线电压的利用率；

步骤5：当电压调节器达到饱和时，进行单电流调节模式进行弱磁，在电压矢量空间通过调整电压矢量与磁链的角度来达到弱磁扩速的目标。

本发明的高效无刷直流电机起动及控制方法，整个控制运行分为四个区域:分为开环二相导通起动；基速以下时的闭环二相运行方式；基速以上为闭环三相运行方式；电压饱和后为单电流调节器的弱磁方式，这种起动和控制方法具有以下几个优点：

(1)启动降低振动、噪声；低速方波运行提高能效；

(2)高速180°矢量控制运行提高电压使用率及转速；

(3)弱磁运行时为电压相位调节模式的单电流调节器，避免了电压弱磁模式存在的失控风险。

Claims (1)

1.高效无刷直流电机起动及控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1：以开环二相导通方式起动，使二相导通时的电压占空比与转速成正比的方式起动，使电流基本上保持不变以产生恒定的转矩；

步骤2：当开环二相导通加速过程结束时，封锁三相的脉冲输出，通过对三相反电动势进行监测，可以得到三相反电动势的过零点以及电机的转子速度，此时可以得到下一时刻的换相时刻。

步骤3：当检测到反电动势过零点后，对电机进行二相闭环电流控制；

步骤4：当转速达到基速时，由二相控制方式切换至三相导通方式；

步骤5：当电压调节器达到饱和时，进行单电流调节模式进行弱磁，在电压矢量空间通过调整电压矢量与磁链的角度来达到弱磁扩速的目标。