CN105974214B - 一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置，包括直流电源、三相桥式逆变器、两个电流传感器和PWM控制器；并基于该装置提供一种判断方法，选定连接有电流传感器的两相分别作为A相、V相绕组，剩余一相为W相绕组；设定A相电流为给定值，测量A相电流实际值，二者作差后进行PID调节，使得A相电流实际值跟随给定值，转子定位到A相绕组位置；再以同样方式使得V相电流实际值跟随给定值，此时转子会发生转动，如果顺时针偏转，则V相对应B相绕组，如果转子发生逆时针偏转，则V相对应C相绕组。此种装置及方法可在不知晓无刷直流电机三相绕组接线相序，无刷直流电机无法正常运转的情况下，科学简单地判断出三相绕组的接线的相序。

Description

一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置及方法
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，特别涉及一种判断无刷直流电机三相绕组接线相序的装置及方法。
背景技术
无刷直流电机采用电子换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置，又具有与直流电机类似的机械特性，其磁钢置于转子上，通过不断地变换定子绕组通电方式产生旋转磁场驱动转子转动。由于转子采用了永磁体结构，无刷直流电机具有体积小、重量轻、结构简单的特点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。无刷直流电机三相接线相序是无刷直流电机无法正常运转的关键。然而，无刷直流电机早期生产厂家对电机三相绕组接线标识标准不统一，以及无刷直流电机长期运行过程中三相接线的磨损老化等诸多因素，都会导致无刷直流电机三相绕组接线无法识别的问题。工程应用中则直接淘汰原有的无刷直流电机，重新购置与新控制器相配套的电机，造成了极大的浪费。因此，设计一种合理、简便且可靠的判别无刷直流电机三相绕组相序方法及装置具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置及方法，其可在不知晓无刷直流电机三相绕组接线相序，无刷直流电机无法正常运转的情况下，科学简单地判断出三相绕组的接线相序。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
所述装置包括直流电源、三相桥式逆变器、两个电流传感器和PWM控制器，其中，三相桥式逆变器主要由六个功率管组成，所述六个功率管构成三条相互并联的支路：第一支路包含顺序串联的第一上功率管和第一下功率管，第二支路包含顺序串联的第二上功率管和第二下功率管，第三支路包含顺序串联的第三上功率管和第三下功率管，每一条支路的上、下功率管之间作为三相桥式逆变器的输出端；直流电源与所述三相桥式逆变器的三条支路并联，三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组任意对应连接；所述两个电流传感器的输入端分别连接在无刷直流电机的任意两相绕组中，输出端则分别连接PWM控制器；所述PWM控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的六个功率管的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断。
进一步的，所述三相桥式逆变器中的功率管为三极管或MOS管，所述功率管用于实现所述顺序串接的两个端子之间还并联有二极管。
进一步的，所述PWM控制器包含有顺序连接的减法器和PID调节器，所述减法器的输入端分别连接所述两个电流传感器的输出端，而所述PID调节器的输出端分别连接所述三相桥式逆变器的六个功率管的输入端。
一种基于如前所述无刷直流电机三相绕组相序的检测装置的方法，包括如下步骤：
(1)选定无刷直流电机中连接有电流传感器的一相绕组作为A相绕组，另一相连接有电流传感器的绕组设为V相绕组，未连接电流传感器的绕组为W相绕组；
(2)设定无刷直流电机的A相电流为给定值，测量A相电流实际值，并将给定值与实际值作差，得到差值进行PID调节，控制三相桥式逆变器中相应的三个功率管的导通时间，使得A相电流实际值跟随给定值，无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下定位到A相绕组位置；
(3)再设定无刷直流电机的V相电流为给定值，测量V相电流实际值，并将给定值与实际值作差，得到差值进行PID调节，控制三相桥式逆变器中相应的两个功率管的导通时间，使得V相电流实际值跟随给定值，此时无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下会发生转动，根据转动情况判断V相、W相绕组情况。
进一步的，所述步骤(2)中，所述三个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的三条不同的并联支路上。
进一步的，所述步骤(2)中，控制三相桥式逆变器中的第一上功率管、第二下功率管以及第三下功率管的导通时间，使得A相电流实际值跟随给定值。
进一步的，所述步骤(3)中，所述两个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的两条不同的并联支路上，且不同于所述步骤(2)中的三个功率管。
进一步的，所述步骤(3)中，控制三相桥式逆变器中的第二上功率管和第一下功率管的导通时间，使得V相电流实际值跟随给定值。
进一步的，所述步骤(3)中，如果转子发生顺时针偏转，则V相对应B相绕组，W相对应C相绕组；如果转子发生逆时针偏转，则V相对应C相绕组，W相对应B相绕组。
采用上述方案后，本发明步骤简单，整个过程无需改变任何接线。通过引入电流闭环控制，采用给定额定电流值的方法，既可防止无刷直流电机在接有负载时实际电流值不足、转子力矩不够无法定位的情况，又可防止实际电流值过大定子绝缘层被烧坏，大大提高了装置的可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施例的无刷直流电机三相绕组相序的检测装置的结构图；
图2是本发明具体实施例的无刷直流电机三相绕组相序的检测方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置，用于判断无刷直流电机中三相绕组的接线相序，包括直流电源、三相桥式逆变器、2个电流传感器和PWM控制器，其中，直流电源与三相桥式逆变器并联，三相桥式逆变器的3个输出端与无刷直流电机的三相绕组任意对应连接；2个电流传感器的输入端分别连接在无刷直流电机的任意两相绕组中，2个电流传感器的输出端则分别连接PWM控制器的输入端，所述PWM控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的六个功率管的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断，构成电流闭环系统。其中，所述PWM控制器包含有减法器和PID调节器，减法器用于作差，而PID调节器的输出端分别连接三相桥式逆变器的六个功率管的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断。
其中，三相桥式逆变器包含有3条相互并联的支路，每一条支路均包括顺序串联的上功率管和下功率管，上、下功率管之间的串联节点作为三相桥式逆变器的输出端，与无刷直流电机的绕组对应连接，且每个上、下功率管均连接且并联二极管，结合图1所示，第一支路包含第一上功率管VT1和第一下功率管VT4，第二支路包含第二上功率管VT3和第二下功率管VT6，第三支路包含第三上功率管VT5和第三下功率管VT2，无刷直流电机三相绕组的A相输出线接到三相桥式逆变器的第一上功率管VT1和第一下功率管VT4之间，V相输出线接到三相桥式逆变器2的第二上功率管VT3和第二下个功率管VT6之间，W相输出线接到三相桥式逆变器2的第三上功率管VT5和第三下功率管VT2之间。功率管VTI～VT6可以是三极管，也可以是MOS管。当VTI～VT6均为三极管时，各个功率管的基极为其输入端，其发射极和集电极用于实现顺序串联，且其发射极和集电极之间并联有二极管。当VTI～VT6均为MOS管时，各个功率管的栅极为其输入端，其源极和漏极用于实现顺序串联，且其源极和漏极之间并联有二极管。
基于图1所示的装置，本发明还提供一种判断无刷直流电机三相绕组相序的方法，配合图2所示，包括如下步骤：
(1)选定无刷直流电机中连接有电流传感器的一相绕组作为A相绕组，另一相连接有电流传感器的绕组设为V相绕组，未连接电流传感器的绕组为W相绕组；在本实施例中，选定连接在第一支路上功率管VT1和下功率管VT4之间的绕组为A相绕组，连接在第二支路上功率管VT3和下功率管VT6之间的绕组为V相绕组，连接在第三支路上功率管VT5和下功率管VT2之间的绕组为W相绕组；
(2)设定无刷直流电机的A相电流为给定值IA，利用连接在A相绕组中的电流传感器测得A相电流实际值iA，并将其反馈到PWM控制器，PWM控制器将给定值IA与实际值iA作差，得到差值ΔiA进行PID调节，控制送入三相桥式逆变器相应功率管输入端的PWM占空比，进而控制VT1、VT6、VT2的导通时间，使得A相电流实际值iA跟随给定值IA，无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下定位到A相绕组位置；
(3)设定无刷直流电机的V相电流为给定值IV，利用连接在V相绕组中的电流传感器测得V相电流实际值iV，并将其反馈到PWM控制器，PWM控制器将给定值IV与实际值iV作差，得到差值ΔiV进行PID调节，控制送入三相桥式逆变器相应功率管输入端的PWM占空比，进而控制VT3、VT4的导通时间，使得V相电流实际值iV跟随给定值IV，此时无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下会发生转动，根据无刷直流电机的工作原理分析可知，如果转子发生顺时针偏转，则V相对应B相绕组，W相对应C相绕组；如果转子发生逆时针偏转，则V相对应C相绕组，W相对应B相绕组。
本实施例中，所述步骤(2)中，VT1、VT6、VT2三个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的三条不同的并联支路上；所述步骤(3)中，VT3、VT4两个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的两条不同的并联支路上，且不同于所述步骤(2)中的三个功率管。而在本发明的其他实施例中，所述步骤(2)中，所述步骤(2)中的三个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的三条不同的并联支路上时，可以均为上功率管，也可以均为下功率管；在步骤(2)中，也可以控制两条不同的并联支路上的三个功率管的导通时间，来使得A相电流实际值iA跟随给定值IA，无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下定位到A相绕组位置；所述步骤(3)中的两个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的两条不同的并联支路上时，可以均为上功率管，也可以均为下功率管；所述步骤(3)中，也可以控制一条并联支路上的两个功率管的导通时间，来使得V相电流实际值iV跟随给定值IV，且步骤(3)中的这两个功率管可以与步骤(2)中的三个功率管完全不同，也可至少有一个是步骤(2)中所述的三个功率管中一个。
综合上述，本发明一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置及方法，原理简单，操作简便快速并且有效，整个过程无需改变任何接线。引入电流闭环控制，采用设定电流给定值的方法，既可防止无刷直流电机在接有负载时实际电流值不足、转子力矩不够无法定位的情况，又可防止实际电流值过大定子绝缘层被烧坏，大大提高了装置的可靠性。成本低廉，方法可靠。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无刷直流电机三相绕组相序的检测装置的相序检测方法，基于的检测装置包括直流电源、三相桥式逆变器、两个电流传感器和PWM控制器，其中，三相桥式逆变器主要由六个功率管组成，所述六个功率管构成三条相互并联的支路：第一支路包含顺序串联的第一上功率管和第一下功率管，第二支路包含顺序串联的第二上功率管和第二下功率管，第三支路包含顺序串联的第三上功率管和第三下功率管，每一条支路的上功率管和下功率管之间作为三相桥式逆变器的输出端；直流电源与所述三相桥式逆变器的三条支路并联，三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组任意对应连接；所述两个电流传感器的输入端分别连接在无刷直流电机的任意两相绕组中，输出端则分别连接PWM控制器；所述PWM控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的六个功率管的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断；其特征在于，所述相序检测方法包括如下步骤：
(1)选定无刷直流电机中连接有电流传感器的一相绕组作为A相绕组，另一相连接有电流传感器的绕组设为V相绕组，未连接电流传感器的绕组为W相绕组；
(2)设定无刷直流电机的A相电流为给定值，测量A相电流实际值，并将给定值与实际值作差，得到差值进行PID调节，控制三相桥式逆变器中相应的三个功率管的导通时间，使得A相电流实际值跟随给定值，无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下定位到A相绕组位置；
(3)再设定无刷直流电机的V相电流为给定值，测量V相电流实际值，并将给定值与实际值作差，得到差值进行PID调节，控制三相桥式逆变器中相应的两个功率管的导通时间，使得V相电流实际值跟随给定值，此时无刷直流电机的转子在相应磁场力作用下会发生转动，根据转动情况判断V相、W相绕组情况；如果转子发生顺时针偏转，则V相对应B相绕组，W相对应C相绕组；如果转子发生逆时针偏转，则V相对应C相绕组，W相对应B相绕组。
2.如权利要求1所述的相序检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述三个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的三条不同的并联支路上。
3.如权利要求1所述的相序检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，控制三相桥式逆变器中的第一上功率管、第二下功率管以及第三下功率管的导通时间，使得A相电流实际值跟随给定值。
4.如权利要求1所述的相序检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述两个功率管分别位于所述三相桥式逆变器中的两条不同的并联支路上，且不同于所述步骤(2)中的三个功率管。
5.如权利要求1所述的相序检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，控制三相桥式逆变器中的第二上功率管和第一下功率管的导通时间，使得V相电流实际值跟随给定值。
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