CN107370423A - 无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其采用电流突变感知的方式，当检测到电机换相前后通电的绕组的电流发生突变，改变换相后的通电的绕组上电压与电流的输出大小，从而调整电机的转速，可避免电机因为电流或电压过大造成电机损毁；且采用反电动势异常的方式能够解决电机因反电动势异常而引起电机换相大而导致电机突然停机的异常问题；本发明方法结合电流突变感知的方式和反电动势异常的方式可解决电机在运行过程中的力矩突变问题，避免电机在运行过程中发生失步，从而使电机能够平稳运行，保护电机的驱动器的安全。

Description

无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法
技术领域
本发明涉及一种无刷直流电机的运行控制技术，尤其是涉及一种无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法。
背景技术
随着电力电子技术和工业自动化技术的快节奏发展，在工业自动化领域中无刷直流电机(Brushless DC Motor，BLDC)已经逐步取代了有刷直流电机。无刷直流电机已在航空航天、电力推进系统、工业自动化设备、办公自动化设备、电动车、医疗器械和计算机外围设备等方面获得了广泛应用。与此同时，无刷直流电机的应用也深入到了民用领域，其数量和品种都以相当快的速度发展着。因无刷直流电机的优点，随着永磁材料性能的不断提高和价格的不断降低，电力电子技术在日新月异的发展，各应用领域对无刷直流电机的要求越来越高，无刷直流电机的应用领域将不断扩展，这是必然的结果。
无刷直流电机根据有无霍尔传感器分为有霍尔无刷直流电机和无霍尔无刷直流电机。有霍尔无刷直流电机由于存在霍尔传感器，因此，一方面，增加了电机体积以及成本，增多了连线，且使得电机易受干扰，使得电机在高温、高湿、污浊空气等恶劣的工作环境下的工作可靠性降低；另一方面，霍尔传感器的安装精度直接影响着电机的运行性能，特别在高速高平稳性的电机运行要求下，有霍尔无刷直流电机无法胜任。因此，无霍尔无刷直流电机已成为研究热点。
无刷直流电机的A、B、C三相通过由6个绝缘栅双极型晶体管组成的电桥与电源相连接，当无刷直流电机启动后加速到设定的阈值，无刷直流电机的运行速度趋于稳定，然而在外部因素影响下会导致无刷直流电机运行时电流电压发生突变，从而会导致无刷直流电机的力矩发生突变。有霍尔无刷直流电机运行过程中，即使力矩突变对有霍尔无刷直流电机的换相也几乎无影响，但是，无霍尔无刷直流电机运行过程中，力矩突变就会引起悬空绕组的悬空端处的反电动势异常，从而会导致无霍尔无刷直流电机的换相不准确。因此，要使无霍尔无刷直流电机稳定运行，必须解决无霍尔无刷直流电机在运行过程中一些外界因素引起的电流电压的突变以及反电动势异常，要实时控制电路中的电流电压信号，避免无霍尔无刷直流电机停机或毁坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其能够有效避免无霍尔无刷直流电机在运行过程中发生失步，从而能够保证无霍尔无刷直流电机平稳运行。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于包括以下步骤：
①启动后，给无霍尔无刷直流电机的其中一个绕组通电；然后根据反电动势检测方法，检测无霍尔无刷直流电机的悬空绕组的悬空端处的反电动势；
②通过比较检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势和通电的绕组的电压，确定下一个应通电的绕组和换相时间；
③在到达换相时间后进行换相；换相后读取通电的绕组的电流；然后判断换相后读取的通电的绕组的电流是否已发生突变，如果已发生突变，则表示力矩已发生突变，先减少施加于换相后的通电的绕组上的电压，再执行步骤④；如果未发生突变，则直接执行步骤④；
④根据反电动势检测方法，检测悬空绕组的悬空端处的反电动势；然后判断检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势是否异常，如果异常，则延长下一次换相时间，接着通过比较检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势和通电的绕组的电压，确定下一个应通电的绕组，再返回步骤③继续执行；如果正常，则返回步骤②继续执行。
所述的步骤③中若换相后读取的通电的绕组的电流超过换相前读取的通电的绕组的电流的1倍以上，则认为换相后读取的通电的绕组的电流已发生突变。
所述的步骤③中减少施加于换相后的通电的绕组上的电压，具体为：将施加于换相后的通电的绕组上的电压减少至施加于换相前的通电的绕组上的电压的一半。
所述的步骤④中检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势是否异常的判断基准是：根据检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势确定的换相时间低于上一次换相时间的1/2时或超过上一次换相时间的3/2时，认为检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势异常。
所述的步骤④中下一次换相时间确定为上一次换相时间的4/3倍。
所述的步骤②和所述的步骤④中，通电的绕组的电压是指加载于无霍尔无刷直流电机的线圈电压。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
在无霍尔无刷直流电机稳定运行的过程中，为避免外部因素的影响使无霍尔无刷直流电机的力矩发生突变，本发明方法采用电流突变感知的方式，当检测到无霍尔无刷直流电机换相前后通电的绕组的电流发生突变，改变换相后的通电的绕组上电压与电流的输出大小，从而调整无霍尔无刷直流电机的转速，可避免无霍尔无刷直流电机因为电流或电压过大造成无霍尔无刷直流电机损毁；且本发明方法采用反电动势异常的方式能够解决无霍尔无刷直流电机因反电动势异常而引起无霍尔无刷直流电机换相大而导致无霍尔无刷直流电机突然停机的异常问题；本发明方法结合电流突变感知的方式和反电动势异常的方式可解决无霍尔无刷直流电机在运行过程中的力矩突变问题，避免无霍尔无刷直流电机在运行过程中发生失步，从而使无霍尔无刷直流电机能够平稳运行，保护无霍尔无刷直流电机的驱动器的安全。
附图说明
图1为本发明方法的总体实现框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其总体实现框图如图1所示，其包括以下步骤：
①启动后，给无霍尔无刷直流电机的其中一个绕组通电；然后根据现有的反电动势检测方法，检测无霍尔无刷直流电机的悬空绕组的悬空端处的反电动势。
②通过比较检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势和通电的绕组的电压，确定下一个应通电的绕组和换相时间。
在此具体实施例中，步骤②中通电的绕组的电压是指加载于无霍尔无刷直流电机的线圈电压。
③在到达换相时间后进行换相；换相后读取通电的绕组的电流；然后判断换相后读取的通电的绕组的电流是否已发生突变，如果已发生突变，则表示力矩已发生突变，先减少施加于换相后的通电的绕组上的电压，再执行步骤④；如果未发生突变，则直接执行步骤④。
在此具体实施例中，步骤③中若换相后读取的通电的绕组的电流超过换相前读取的通电的绕组的电流的1倍以上，则认为换相后读取的通电的绕组的电流已发生突变。
在此具体实施例中，步骤③中减少施加于换相后的通电的绕组上的电压，具体为：将施加于换相后的通电的绕组上的电压减少至施加于换相前的通电的绕组上的电压的一半。
④根据现有的反电动势检测方法，检测悬空绕组的悬空端处的反电动势；然后判断检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势是否异常，如果异常，则延长下一次换相时间，接着通过比较检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势和通电的绕组的电压，确定下一个应通电的绕组，再返回步骤③继续执行；如果正常，则返回步骤②继续执行。
在此具体实施例中，步骤④中检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势是否异常的判断基准是：根据检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势确定的换相时间低于上一次换相时间的1/2时或超过上一次换相时间的3/2时，认为检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势异常。
在此具体实施例中，步骤④中下一次换相时间确定为上一次换相时间的4/3倍。
在此具体实施例中，步骤④中通电的绕组的电压是指加载于无霍尔无刷直流电机的线圈电压。

Claims (6)

1.一种无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于包括以下步骤：
①启动后，给无霍尔无刷直流电机的其中一个绕组通电；然后根据反电动势检测方法，检测无霍尔无刷直流电机的悬空绕组的悬空端处的反电动势；
②通过比较检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势和通电的绕组的电压，确定下一个应通电的绕组和换相时间；
③在到达换相时间后进行换相；换相后读取通电的绕组的电流；然后判断换相后读取的通电的绕组的电流是否已发生突变，如果已发生突变，则表示力矩已发生突变，先减少施加于换相后的通电的绕组上的电压，再执行步骤④；如果未发生突变，则直接执行步骤④；
④根据反电动势检测方法，检测悬空绕组的悬空端处的反电动势；然后判断检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势是否异常，如果异常，则延长下一次换相时间，接着通过比较检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势和通电的绕组的电压，确定下一个应通电的绕组，再返回步骤③继续执行；如果正常，则返回步骤②继续执行。
2.根据权利要求1所述的无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于所述的步骤③中若换相后读取的通电的绕组的电流超过换相前读取的通电的绕组的电流的1倍以上，则认为换相后读取的通电的绕组的电流已发生突变。
3.根据权利要求1或2所述的无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于所述的步骤③中减少施加于换相后的通电的绕组上的电压，具体为：将施加于换相后的通电的绕组上的电压减少至施加于换相前的通电的绕组上的电压的一半。
4.根据权利要求3所述的无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于所述的步骤④中检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势是否异常的判断基准是：根据检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势确定的换相时间低于上一次换相时间的1/2时或超过上一次换相时间的3/2时，认为检测得到的悬空绕组的悬空端处的反电动势异常。
5.根据权利要求4所述的无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于所述的步骤④中下一次换相时间确定为上一次换相时间的4/3倍。
6.根据权利要求1所述的无霍尔无刷直流电机运行过程中力矩突变的有效控制方法，其特征在于所述的步骤②和所述的步骤④中，通电的绕组的电压是指加载于无霍尔无刷直流电机的线圈电压。
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