CN104917429A - 一种无刷电机恒流起动系统和方法 - Google Patents

一种无刷电机恒流起动系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无刷电机恒流起动系统和方法，与三相无刷电机相连接，包括：三相功率控制单元、三相反电动势检测单元、总电流检测Y单元，其中，所述三相功率控制单元用于控制电机的电压和电流，驱使电机正常运转；所述三相反电动势检测单元用于检测电机的零点；所述总电流检测Y单元，用于完成电机的驱动电流检测；还设有六路PWM控制器、MCU控制单元、电流对比值X单元，其中，所述六路PWM控制器连接电源供电电路，所述三相反电动势检测单元连接所述MCU控制单元，所述总电流检测Y单元连接所述电流对比值X单元。

Description

一种无刷电机恒流起动系统和方法
技术领域
本发明属于一种无刷电机恒流起动系统和方法，适用于电机领域。
背景技术
随着节能排减的市场发展，电机节能控制也快速进入成熟发展阶段，由最开始的无刷有感电机的控制到无刷无位置传感器的控制方式。无刷无位置传感器的控制方式电机使用寿命更长，降低电机的成本和安装生产成本，所以无刷无位置传感器控制更容易让消费者接受，而无刷无位置传感器的控制多采用“三段式”起动方式。
目前无位置传感器无刷电机多采用“三段式”起动方式,是指电机起动过程经过转子预定位、电机外加速同步信号、电机反电动势检测同步换相运行三种方式，其中转子预定位是使无刷电机任意两相通电产生磁拉力，迫使转子回到初始位置，此方法要求在短时间内向电机线圈通入一个较大的电流，如果电流设定小了，会出现定位转矩不够，定位起动失败；电流设定大了，控制单元成本上升，而且定位完成后，电机电流不能再转换为动能，此时线圈进入磁饱和状态，控制单元的开关管容易烧毁，同时产生了相当大的电能消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无刷电机恒流起动系统。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
   一种无刷电机恒流起动系统，与三相无刷电机相连接，包括：三相功率控制单元、三相反电动势检测单元、总电流检测Y单元，其中，所述三相功率控制单元用于控制电机的电压和电流，驱使电机正常运转；所述三相反电动势检测单元用于检测电机的零点；所述总电流检测Y单元，用于完成电机的驱动电流检测；还设有六路PWM控制器、MCU控制单元、电流对比值X单元，其中，所述六路PWM控制器连接电源供电电路，所述三相反电动势检测单元连接所述MCU控制单元，所述总电流检测Y单元连接所述电流对比值X单元。
进一步地，优选的是，所述MCU控制单元连接到电机操作面板，该操作面板上连接显示指示器。
一种无刷电机恒流起动方法，基于以上无刷电机恒流起动系统，包括：
当电机起动时，单片机6路PWM单元的U相输出一个30%的输出占空比U相电压，此时U相给电机提供一个起动电压，电机会转动至U相位置，当电机在转动过程中，U相的电能量会转化为大部分的动能源和一小部分的热能，此时电机正常转换能量，电能与动能的转换；
当电机已经到达U相的位置时，U相电流闭环控制，控制波形图，X点设定为此电机最大电流的80%，保持一个正常加速时间后电机控制器自动转换到V相工作，然后是W相，加速U、V、W三相的转换时间，直到反电动势电路检测到反电动势后电机控制进入反电动势闭环控制。
进一步地，优选的是，该方法中，输出PWM频率没有改变，在电流过大时关断当前输出，不影响系统的稳定性能和电机的控制频率。
本发明采取了以上方案以后，采用恒电流直接换相起动法，去除传统的“三段式”起动方式，解决了起动失败，起动困难、起动反转、起动力矩小、起动不稳定等困数。另电机启动时占正常运行的能耗2倍以上，特别是频繁起动的设备。由于本系统采取恒电流起动方式，整个起动过程不会产生较大的冲击电流，不但提升了系统的稳定性也有明显的节能效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1为本发明基本框架图；
图2为基本的无刷电机输出波型图；
图3为本发明的电机起动调整前调整后的输出波型图；
图4为本发明的电机起动曲线图表。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
具体来说，本专利提供了一种无刷无感电机的恒电流同步起动方式，不需要传统的预定位方式，直接恒定电流加速起动无刷无感电机、反电动势检测同步换相运行，两步完成。恒定电流指的是如果电机的最大工作电流是1A，此时在起动的时候我们设定一个80%的起动电流，控制器会限定起动时的最大电流在0.8A。此方案不但很好地保护电机和控制器的安全，而且起动力矩大，非常适合起动要求比较高，控制性能稳定的场所。
    如图1， 一种无刷电机恒流起动系统，与三相无刷电机相连接，包括：三相功率控制单元、三相反电动势检测单元、总电流检测Y单元，其中，所述三相功率控制单元用于控制电机的电压和电流，驱使电机正常运转；所述三相反电动势检测单元用于检测电机的零点；所述总电流检测Y单元，用于完成电机的驱动电流检测；还设有六路PWM控制器、MCU控制单元、电流对比值X单元，其中，所述六路PWM控制器连接电源供电电路，所述三相反电动势检测单元连接所述MCU控制单元，所述总电流检测Y单元连接所述电流对比值X单元。
进一步地，优选的是，所述MCU控制单元连接到电机操作面板，该操作面板上连接显示指示器。
其中，该无刷恒流起动方法，必须与以上系统相配合实用，具体来说，其主要包括如下：三相功率控制单元主要负责电机的电压和电流，驱使电机正常运转，如图2的基本的无刷电机输出波型图；三相反电动势检测单元主要是检测电机的零点（换相点）总电流检测Y单元主要是完成电机的驱动电流检测，也是本专利主要的反馈控制单元，如图3，本发明电机起动调整前调整后的输出波型图，当电机起动时，单片机6路PWM  U相输出一个30%的输出占空比，如图2的U相电压，此时U相给电机提供一个起动电压，电机会转动至U相位置，当电机在转动过程中，U相的电能量会转化为大部分的动能源和一小部分的热能，此时电机正常转换能量，电能与动能的转换。当电机已经到达U相的位置时，为保证起动时的力矩和可靠性，将U相电流闭环控制，如图3的控制波形图，X点设定为此电机最大电流的80%，比如此电机最大的工作电流在1A，X值设为0.8A。保持一个正常加速时间后电机控制器自动转换到V相工作，然后是W相，如图4加速U、V、W三相的转换时间，直到反电动势电路检测到反电动势后电机控制进入反电动势闭环控制。
本发明是无刷无感应器电机的起动，输出PWM频率没有改变，在电流过大时关断当前输出，不影响系统的稳定性能和电机的控制频率。
其中，此方法可以使用软件（MCU、PC）或纯硬件和软硬兼施等方式实现。
本发明结合恒电流起动控制原理，使电机起动过程中的最大电流所限，对电机和控制器都能起到一个很好的保护，系统稳定性能提升，同时对起动频繁的系统当中有着明显的节能效果，整个起动过程不会产生较大的冲击电流，同时起动力矩提升明显对带载起动的电机有较好的改善。
需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无刷电机恒流起动系统，与三相无刷电机相连接，其特征在于，包括：三相功率控制单元、三相反电动势检测单元、总电流检测Y单元，其中，所述三相功率控制单元用于控制电机的电压和电流，驱使电机正常运转；所述三相反电动势检测单元用于检测电机的零点；所述总电流检测Y单元，用于完成电机的驱动电流检测；还设有六路PWM控制器，用于无刷电机的三相输出电压电流控制、MCU控制单元，用于整个系统的谐调步骤运行包括显示和人机操作面板、电流对比值X单元，用于无刷电机的最大电流比对值，其中，所述六路PWM控制器连接电源供电电路，所述三相反电动势检测单元连接所述MCU控制单元，所述总电流检测Y单元连接所述电流对比值X单元。
2.根据权利要求1所述的无刷电机恒流起动系统，其特征在于，所述MCU控制单元连接到电机操作面板，该操作面板上连接显示指示器。
3.一种无刷电机恒流起动方法，基于权利要求1所述的无刷电机恒流起动系统，其特征在于，所述MUC单元六路PWM控制器输出电机驱动号U、V、W通过三相功率控制单元转换为电机的驱动电压和电流驱使电机转动，三相反电动势检测单元检测电机转动中的反电动势零点的位置，用于MCU单元迫使换相工作，总电流检测Y单元用于电机电流的检测然后与设定电流对比值X单元比对，如果实际电流大于X值，MCU单元对应的六路PWM会关闭当前的输出。
4.根据权利要求3所述的无刷电机恒流起动方法，其特征在于，该方法中，输出PWM频率没有改变，在电流过大时关断当前输出，不影响系统的稳定性能和电机的控制频率。
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