CN108599657B - 一种空气压缩机、空气压缩机电机控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于空气压缩机技术领域，尤其涉及一种空气压缩机、空气压缩机电机控制方法及装置。
背景技术
现有的空气压缩机存在如下技术问题：1.当空气压缩机气缸内气压较高时，启动较困难；2.当提供电源的市电电压较低，或者连接的电线较长造成线路上的电压降较大时启动也较困难；3.使用时间长了，空气压缩机中的单向阀磨损后，造成单向阀漏气，也难以启动。为解决上述技术问题，可以增大启动电流，但增大启动电流需增加电力电子器件的额定电流值或电机的额定电流值，这需要增加很大的成本，而且效果不理想。
发明内容
本发明实施例提供一种空气压缩机电机控制方法，旨在解决空气压缩机难以启动的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种空气压缩机电机控制方法，所述方法包括如下步骤：
以设定的相电流的波形与电机转子位置信号的启动夹角值，控制电机启动；
在电机成功启动后，调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值；
所述启动夹角值用于控制电机的启动力矩；
所述运行夹角值用于控制电机的运行效率。
进一步地，在所述以设定的相电流的波形与电机转子位置信号的启动夹角值控制电机启动的步骤之前，或者电机未成功启动时，所述方法还包括如下步骤：
控制电机转子运动到预定位置。
进一步地，所述预定位置通过如下步骤确定：
检测电机转子的当前位置信号；
根据所述当前位置信号确定电机转子所在的位置区间；
将电机转子转到所述位置区间内的预定位置。
进一步地，所述相电流波形为正弦波或者方波。
进一步地，所述电机转子的当前位置信号通过电机位置检测传感器检测。
进一步地，所述电机位置检测传感器为开关霍尔。
进一步地，所述调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值时采用渐进式方式。
进一步地，所述电机启动成功通过电机转子的转速判断，当电机转子的转速高于预定速度时，判断电机启动成功。
进一步地，所述电机启动成功根据所述电机转子的转动角度判断，当所述转动角度大于预定角度时，判断电机启动成功。
本发明实施例还提供一种空气压缩机电机控制装置，旨在解决空气压缩机难以启动的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种空气压缩机电机控制装置，所述装置包括：
电机启动模块，用于以设定的相电流的波形与电机转子位置信号的启动夹角值，控制电机启动；
相电流和位置信号的夹角调整模块，用于在电机成功启动后，调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值；
所述电机启动模块包括：
相电流输出子模块，用于根据提供的转子位置信息以及设定的相电流和位置信号的夹角输出预期的电流波形；
电机转子位置检测子模块，用于检测电机转子的位置信息，并向相电流输出模块提供准确的转子位置信号；
启动成功判断子模块，用于判断电机是否已经启动成功；
相电流和位置信号的夹角控制子模块，用于设定启动时相电流和位置信号的夹角大小。
进一步地，所述装置还包括：
转子预定位模块，用于控制电机转子运动到预定位置。
进一步地，所述装置用于一种电机控制器，所述电机控制器还包括：
PFC模块，用于功率因数矫正；
辅助电源，用于提供稳定的低压电压。
本发明实施例还提供一种空气压缩机，旨在解决空气压缩机难以启动的问题。
本发明实施例是这样实现的，所述空气压缩机包括上述的电机控制器。
本发明实施例具有如下有益效果：本发明通过电机启动模块以设定的相电流的波形与电机转子位置信号的启动夹角值控制电机启动，再通过相电流和位置信号的夹角调整模块，在电机成功启动后，调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值，从而能够在硬件参数不变的前提下，特别是在电机难于启动时，使电机启动更加有力且有效。
附图说明
图1是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的流程示意图。
图2是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的步骤S1的流程示意图。
图3是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个可选实施例提供的流程示意图。
图4是本发明一种空气压缩机电机控制方法的另一个可选实施例提供的流程示意图。
图5是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个可选实施例提供的步骤S0的流程示意图。
图6是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的正弦波的相电流启动时的一相电流与位置信号的波形示意图。
图7是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的正弦波的相电流稳定时的一相电流与位置信号的波形示意图。
图8是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的方波的相电流启动时的一相电流与位置信号的波形示意图。
图9是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的方波的相电流稳定时的一相电流与位置信号的波形示意图。
图10是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的正弦波的相电流启动时的三相电流与位置信号的波形示意图。
图11是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的正弦波的相电流稳定时的三相电流与位置信号的波形示意图。
图12是本发明一种空气压缩机电机控制方法的一个实施例提供的系统框架图。
图13是本发明一种空气压缩机电机控制装置的一个实施例提供的结构示意图。
图14是本发明一种空气压缩机电机控制装置的一个实施例提供的电机启动模块的结构示意图。
图15是本发明一种空气压缩机电机控制装置的另一个实施例提供的结构示意图。
图16是本发明一种空气压缩机电机控制装置的一个实施例提供的电机控制器的结构示意图。
图17是本发明一种空气压缩机电机控制装置的一个实施例提供的空气压缩机的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种空气压缩机电机控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、以设定的相电流的波形与电机转子位置信号的启动夹角值控制电机启动；
步骤S2、在电机成功启动后，调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值；
所述启动夹角值用于控制电机的启动力矩；
所述运行夹角值用于控制电机的运行效率。
如图2所示，步骤S1具体如下：
步骤S11、启动前根据电机转子位置信号确定转子所在的区间；
步骤S12、取该区间的某一点作为转子初始位置θ；
步骤S13、设定相电流与位置传信号的启动夹角β，并以θ+β角度进行FOC运算，启动电机，夹角β的值用于控制电机的启动力矩；
步骤S14、启动电机后判断启动是否成功；
步骤S15、如果启动尚未成功，则保持夹角β值不变，继续判断是否启动成功；
如果启动成功，则实施步骤S2，优选用渐变地调整夹角β的大小，以达到最优的运行效率。
步骤S11中，本发明实施例使用的电机一般有3个位置检测器件，位置检测器件一般是开关霍尔，每一个电周期每个开关霍尔开关一次，如图10所示的HA、HB、HC，把一个电周期平分成6等份，一个电周期为360度的电角度，每一等份是60度的电角度。我们根据HA、HB、HC的高低电平关系可以确定电机转子在哪个60度电角度区间内。
步骤S12中，本发明实施例取60度区间的某一点作为初始角θ。优选地，本发明实施例选取60度的中间点作为初始角θ。
本发明的一个可选实施例中，如图3所示的在步骤S1之前，或者如图4所示的电机未成功启动时，所述方法还包括如下步骤：
步骤S0、控制电机转子运动到预定位置。
所述预定位置包含了360度范围内的一个或者多个位置，更为优化的方案是根据霍尔确定6个区间，每个区间内设定一个位置，使电机转子转动更为简便和稳定。
本发明实施例在每个区间内设定位置时，优选的方案是选取60度电角度的中间点为预定位位置，这样电机转子转动到预定位的距离最大只有30度电角度，距离更近，定位更快更方便。
本发明实施例在每个区间内设定位置时，另一个优选的方案是根据电机转动方向，选取60度电角度的最远端为预定位位置，这样电机转子转动到预定位都是沿着电机的转动方向移动，不会出现电机反转的情况。
图4所示的实施例中，该方法的特点在于第一次启动时没有使用预定位功能，启动失败后再次启动时才启用预定位功能。
如图5所示，本发明的一个可选实施例中，所述预定位置通过如下步骤确定：
步骤S01、检测电机转子的当前位置信号；
步骤S02、根据所述当前位置信号确定电机转子所在的位置区间；
步骤S03、将电机转子转到所述位置区间内的预定位置。
如图6-11所示，本发明的一个可选实施例中，所述相电流波形为正弦波或者方波。图中1为电机位置信号波形，2为电机相电流波形，β为电机位置信号波形与电机相电流波形的相位差。
一相或三相电流与位置信号的波形图具体控制如下：
a、启动时，设定相电流与位置信号之间的夹角β的大小，以控制合适的扭矩输出。
b、判断电机是否成功启动；
c、如果启动成功，则调整夹角β的大小，以使电机运行在最优效率下；
d、如果启动尚未成功则保持夹角β的大小不变直到启动成功。
本发明的一个可选实施例中，所述电机转子的当前位置信号通过电机位置检测传感器检测。
本发明的一个可选实施例中，所述电机位置检测传感器为开关霍尔。
本发明的一个可选实施例中，所述调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值时采用渐进式方式。采用渐进式方式防止电机相电流畸变或者过冲，导致控制器出现过流保护而停机。
本发明的一个可选实施例中，所述电机启动成功通过电机转子的转速判断，当电机转子的转速高于预定速度时，判断电机启动成功。
本发明的一个可选实施例中，所述电机启动成功根据所述电机转子的转动角度判断，当所述转动角度大于预定角度时，判断电机启动成功。
在电机启动时，电机转子本来是正向转动的，由于压缩缸的阻力，电机转子可能会被反弹回来，这样电机的电机转子有可能出现正传或反转，产生反复抖动现象，且抖动的速度很大，可能会导致电机未启动时被误判为启动成功。为解决此问题，我们可以选用电机转子的转动角度判断，启动时设定一角度变量X，并对X清零，电机转子按我们设定的方向转动时，X增加，当电机转子按反方向转动时X减小，当X达到我们预定的角度时，评定电机启动成功。
本发明的实现方法如图11、图12所示，通过FOC驱动系统的Clark、Park变换，将原本处于三相平衡坐标系下的Ia、Ib、Ic，转换到与转子同步旋转的d-q坐标轴上，形成Id、Iq，以达到对三相交流解耦的目的。解耦后的电流，Iq与转矩相关，Id与磁场相关。图中位置信号提供的角度θ与设定的相电流与位置信号的夹角β，共同组成Park变换所需要的角度，影响Id、Iq的大小，从而影响着电机运行的效率和输出力矩。现有的技术方案中，电流与位置信号的夹角不变，控制在较佳的效率运行，但存在启动力矩较小的问题，为了输出更大力矩，需要更改此夹角，若更改到较大力矩点的夹角时，运行效率降低，为了兼顾效率和启动力矩较大的问题，提出了本发明所述方法，如图12所示，具体实现如下：
a、检测转子的位置信号，获取转子当前的位置θ；
b、设定相电流与位置信号的夹角β*的大小，以获得更大的输出转矩；
c、以β*+θ作为转子当前角度进行启动；
d、根据电机当前转速或者累计转过的角度判断是否成功启动；
e、如果启动成功，调整β*为β，以获得最优的运行效率；
f、如果尚未启动成功则保持β*大小不变。
如图13所示，本发明实施例还公开了一种空气压缩机电机控制装置10，所述装置包括：
电机启动模块3，用于以设定的相电流的波形与电机转子位置信号的启动夹角值控制电机启动；
相电流和位置信号的夹角调整模块4，用于在电机成功启动后，调整电机相电流的波形与电机转子位置信号的夹角至电机的运行夹角值。
如图14所示，所述电机启动模块3包括：
相电流输出子模块31，用于根据提供的转子位置信息以及设定的相电流和位置信号的夹角输出预期的电流波形，该模块主要包含FOC运算相关的模块，可以根据提供的转子位置信息以及设定的相电流和位置信号的夹角输出预期的电流波形；
电机转子位置检测子模块32，用于检测电机转子的位置信息，并向相电流输出模块提供准确的转子位置信号，用于启动和运行，同时也为启动成功判断模块提供速度、角度等判断依据；
启动成功判断子模块33，用于判断电机是否已经启动成功，为相电流的输出模块提供准确的转子初始位置信息，该子模块接收电机转子位置检测子模块32传来的速度或者角度信息，判断电机是否已经启动成功，并将判断结果输出给相电流和位置信号的夹角调整模块4；
相电流和位置信号的夹角控制子模块34，用于设定启动时相电流和位置信号的夹角大小。
所述相电流和位置信号的夹角调整模块4，用于接收启动成功判断模块33传来的信息以及相电流的输出模块反馈信号，判断是否要改变相电流与位置信号的夹角大小。
如图15所示，本发明的一个可选实施例中，所述装置还包括：
转子预定位模块5，用于控制电机转子运动到预定位置。该模块在启动前或者启动失败后再启动时，为相电流的输出模块提供准确的转子初始位置信息。
如图16所示，本发明的一个可选实施例中，所述空气压缩机电机控制装置10用于一种电机控制器100，所述电机控制器100还包括：
PFC模块20，用于功率因数矫正；
辅助电源30，用于提供稳定的低压电压；
气压检测模块40，检测气缸内的气压，并将气压值反馈给空气压缩机电机控制装置10。
如图17所示，本发明的一个可选实施例中，所述空气压缩机包括上述的电机控制器100。所述空气压缩机还包括：
Motor模块200，空气压缩机的动力系统，为压缩空气提供动力；
Motor模块200内还设有马达转子位置反馈子模块(图中未示出)，用于检测电机转子的位置信号，并反馈给电机控制器100；
压缩缸300，吸收外围的空气，并将吸收的空气压入气缸中；
气缸400，贮存压缩的气体。
所述电机控制器100用于负责控制电机的运行以及检测气缸内的内气压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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