CN109510525B - 一种永磁同步电机初始状态检测方法 - Google Patents

一种永磁同步电机初始状态检测方法 Download PDF

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    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机初始状态检测方法，该方法包括由微控制器输出固定PWM信号100，通过采样电路实时采样U相电流Ia，记录Ia最大值Ia_max，分别记录Ia达到相邻两个Ia_max的时间T1、T2，算出时间差ΔT＝T2‑T1；算出ΔT平均值ΔT_p，若实时采样得到的Ia一直是固定值，不呈正弦波变化，则说明风机处于静止状态；再由微控制器输出固定PWM信号010，记录改变PWM信号的时刻T_U，通过采样电路实时采样V相电路Ib，记录Ib达到Ib_max的时间T_V，计算出时间差ΔT’＝T_V‑T_U；通过比较ΔT’和ΔT_p的大小判断出马达转子的转向，本本发明通过上层软件算法结合现有采样电路即可实现顺逆风的状态检测，无需额外添加电路，且不受到采样电路的限制，适用于多种采样电路，为控制系统大大节约了成本。

Description

一种永磁同步电机初始状态检测方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机检测技术领域，具体为一种永磁同步电机初始状态检测方法。
背景技术
由于永磁同步电机(PMSM)结构简单、功率密度大、效率高、功率因数高等因素，目前其多用于家电行业中，其中在风机类应用中最为广泛使用。对于风机启动而言，相较于其它转子初始状态是静止下的应用，在启动时风机电机转子的初始状态是无法确定的。风机存在顺风状态、逆风状态和静止状态，初始状态判断不准确极易导致风机启动失败，风机初始位置状态的确定是目前电机控制技术的难点所在。
在传统的PMSM风机应用中，常用霍尔检测电路或反向电动势检测电路检测电机的初始状态，但也相应的增加了硬件电路控制成本。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种永磁同步电机初始状态检测方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种永磁同步电机初始状态检测方法，包括以下步骤：
由微控制器输出固定的PWM信号，得到固定方向的定子磁场；
利用定子磁场和转子磁场同向时和反向时产生的电流判断该转子的初始状态。
作为本发明一种优选的技术方案，微控制器输出固定PWM信号100，通过采样电路实时采样U相电流Ia，记录Ia的最大值Ia_max，分别记录Ia达到相邻两个Ia_max的时间T1、T2，算出时间差ΔT＝T2-T1；
多次记录数据，算出ΔT的平均值ΔT_p，根据公式：1/(P*ΔT_p)算出转速，若实时采样得到的Ia一直是固定值，不呈正弦波变化，则说明电机处于静止状态，上述公式中的P为电机极对数。
作为本发明一种优选的技术方案，微控制器输出固定PWM信号010，记录改变PWM信号的时刻T_U，通过采样电路实时采样V相电路Ib，记录Ib达到Ib_max的时间T_V，计算出时间差ΔT’＝T_V-T_U；
通过比较ΔT’和ΔT_p的大小判断出电机转子的转向，若ΔT’＝2ΔT_p/3，则说明电机处于逆风状态；若ΔT’＝ΔT_p/3，则说明电机处于顺风状态。
作为本发明一种优选的技术方案，所述采样电路采用桥式电路与电机绕组构成的电路。
作为本发明一种优选的技术方案，当电机处于静止状态，直接进入FOC控制，当电机处于顺逆风状态，分别进入相应状态下的启动控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过上层软件算法结合现有采样电路即可实现顺逆风的状态检测，无需额外添加电路，且不受到采样电路的限制，适用于多种采样电路，为控制系统大大节约了成本。
附图说明
图1为本发明中三电阻采样电路示意图；
图2为本发明中单电阻采样电路示意图；
图3为本发明中U相定子磁场和转子磁场反向示意图；
图4为本发明中U相定子磁场和转子磁场同向示意图；
图5为本发明中U相定子磁场和转子磁场同向示意图；
图6为本发明中电机三相电流示意图；
图7为本发明中电机正转三相电流示意图；
图8为本发明中电机反转三相电流示意图；
图9为本发明提供一种永磁同步电机初始状态检测方法流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图9，本发明提供一种永磁同步电机初始状态检测方法，该方法包括由微控制器输出PWM信号，实现输出固定的定子磁场，利用定子磁场和转子磁场同向时和反向时产生的电流判断转子的初始状态的技术。
当风机叶轮受到外部风力的作用，转子处于转动状态，根据电磁感应现象，定子绕组切割转子永磁体的磁场，产生感应电动势。此时若是打开上下桥的功率器件，桥式电路和电机绕组构成电路回路，电路中会产生感应电流，在三电阻采样应用电路中(如图1所示)，可通过关闭下三桥和电机定子绕组构成回路，再通过采样电路得到感应电流，进而得到反向电动势进而计算出转子的位置；然而对于单电阻采样应用电路中(如图2所示)，关闭下三桥后，下三桥和定子绕组构成回路，感应电流不通过采样回路，无法采样得到感应电流。
当转子受到外部风力的作用转动时，转子磁场方向和定子磁场方向同向时(如图4所示)，产生最大电流，转子磁场和定子磁场反向时(如图3所示)，产生最小电流，通过控制一个固定的PWM信号，得到固定的定子磁场，而由于转子的转动转子磁场不断变化，电流也不断变化。通过测得采样电流，实时反映出风机转子的位置。因此该方法不受采样电路的限制，适用于各种采样电路。对于永磁同步电机而言，其反向电动势为正弦波，因此其感应电流也是正弦波。输出控制固定PWM信号，其产生的电流方向大小恒定不变，因外力产生的感应电流为正弦波，两者叠加后仍为正弦波(如图6所示)。
分别用u、v、w表示上桥功率器件开关，用x、y、z表示下桥功率器件开关，1个PWM信号周期内，上相(u、v、w)、下相(x、y、z)的on-off组合有8种，除去0矢量(000)、(111)之外的6种电压矢量((100)(110)(010)(011)(001)(101))都会导致磁场发生。这里(uvw)中数字1时表示上桥功率器件u为on、下桥功率器件x为off，(uvw)中数字0则表示上桥功率器件u为off、下桥功率器件x为on，同理v、w也一样。
电机转速的确定：选择开启6种电压矢量中的一种，输出固定PWM，产生固定的定子磁场，如选择输出PWM信号100，定子磁场方向固定不变，当转子受到外力转动时，转子转动到和定子磁场方向同向的位置，通过采样电路测得Ia_max，转子不断转动，转动360°电角度后再次测得Ia_max，分别记录相邻两次得到Ia_max的时刻T1、T2，得到时间差ΔT，ΔT即为转动360°电角度所需的时间；为求的更为精准的转速，记录多组ΔT，计算平均值ΔT_p。
电角度＝P*机械角度(P：电机极对数)，即360°＝P*机械角度，机械角度＝360°/P,(X)转＝360°/P/360°，即ΔT_p时间内转过1/(P)转，则转速＝1/(P*ΔT_p)，若实时采样得到的Ia一直是固定值，不呈正弦波变化，则说明电机处于静止状态。
电机转向的确定：固定一个PWM信号100，在转子转速确定之后，在T_U时刻转换输出另一个固定PWM信号010，此时定子磁场的方向已从U相改为V相。实时采样电流得到Ib，记录得到Ib最大值Ib_max的时刻T_V，算出时间差ΔT’。
若电机转子转向为正向即U-V-W，则只需转过120°电角度即可得到Ib_max，即ΔT＝ΔT_p/3(如图7所示)，此时这说明电机处于顺风状态；若转子转向为反向即U-W-V，则需转过240°电角度得到Ib_max，即ΔT＝2ΔT_p/3(如图8所示)，则说明电机处于逆风状态。
当电机处于静止状态，直接进入FOC控制，当电机处于顺逆风状态，分别进入相应状态下的启动控制。
基于上述，本发明具有的优点在于：本本发明通过上层软件算法结合现有采样电路即可实现顺逆风的状态检测，无需额外添加电路，且不受到采样电路的限制，适用于多种采样电路，为控制系统大大节约了成本。
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。

Claims (3)

1.一种永磁同步电机初始状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：微控制器输出固定PWM信号100，通过采样电路实时采样U相电流Ia，记录Ia的最大值Ia_max，分别记录Ia达到相邻两个Ia_max的时间T1、T2，算出时间差ΔT＝T2-T1；
多次记录数据，算出ΔT的平均值ΔT_p，根据公式：1/(P*ΔT_p)算出转速，若实时采样得到的Ia一直是固定值，不呈正弦波变化，则说明电机处于静止状态；所述P为电机极对数；
微控制器输出固定PWM信号010，记录改变PWM信号的时刻T_U，通过采样电路实时采样V相电流Ib，记录Ib的最大值Ib_max的时间T_V，计算出时间差ΔT’＝T_V-T_U；
通过比较ΔT’和ΔT_p的大小判断出电机转子的转向，若ΔT’＝2ΔT_p/3，则说明电机处于逆风状态；若ΔT’＝ΔT_p/3，则说明电机处于顺风状态。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机初始状态检测方法，其特征在于：所述采样电路采用桥式电路与电机绕组构成的电路。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机初始状态检测方法，其特征在于：当电机处于静止状态，直接进入FOC控制，当电机处于顺逆风状态，分别进入相应状态下的启动控制。
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