CN110768585B - 永磁无刷直流电机逆风启动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法，采用锁相环估算算法，快速跟随电机的状态；通过给定电流为0的方式，估算当前电机转速；当电机处于静止或正转情况下，启动容易处理，本发明重点解决逆风运行的情况；根据反向转动的转速，利用Iq=k1*ω，Id=0公式，产生让电机快速停机的转矩。此时直流母线电压会明显提高，需要对母线电压进行实时监控，当直流母线电压高于限定值时，适当降低电流输出或关闭输出，禁止母线电压继续上升；当电机在反向转矩的作用下，会快速停机，当电机反向转动的速度由高速降低到0时，切换到正向启动。当电机正向转速达到一定值时，结束启动过程，切入到正常的控制环路中，如速度环或其他环路控制。

Description

永磁无刷直流电机逆风启动的方法

技术领域

本发明涉及逆风启动系统，尤其涉及一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法。

背景技术

在大部分家电应用中，永磁无刷直流控制器由于成本和霍尔传感器安装等原因，都采用无传感器的位置估算算法。无位置估算算法需要知道电机的模型，如电阻、电感、反电动势常数等。该算法在电机静止或者正向转动时，启动容易处理。实际应用中，针对风机存在逆风启动的情况，这就对无位置估算算法要求越来越高。

很多无位置传感器算法在解决电机启动问题上，采用的方法是，通过硬件电路采集与反电动势相关的信息，根据其来判断电机的转动的方向。当电机处于逆风状态时，要逆风启动，常见的方法是采用下桥臂导通的方式刹车或安装刹车电路。下桥臂同时导通的方式，无需额外的电路，缺点是利用电机内阻来消耗能量，刹车电流容易过大，当一直存在外界大风力或电机磁场强度较弱时，未必能彻底制动。采用刹车电路，可快速止动，但需要增加额外器件，提高了成本。刹停电机后，无法知道电机的具体位置，启动的难度也会增大，容易出现启动失败导致频繁启动，这样存在电机磨损严重，降低电机寿命等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法，一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法，操控步骤如下所示：

步骤一：采用锁相环估算算法，快速跟随电机的状态；通过给定电流为0的方式，估算当前电机转速；

步骤二：当电机处于反转情况下，根据反向转动的转速，利用Iq=k1*ω，Id=0公式，产生让电机快速停机的转矩。此时直流母线电压会明显提高，需要对母线电压进行实时监控，当直流母线电压高于限定值时，适当降低电流输出或关闭输出，禁止母线电压继续上升；当电机在反向转矩的作用下，会快速停机，

步骤三：当电机反向转动的速度由高速降低到0时，估算器一直在工作，可跟随出电机实时角度，为逆风启动提供了角度的实时性；当转速接近0时，采用启动电流Iq=k2*|ω|、 Id=0的方式启动电机，不同逆风转速下采用不同的启动电流，提高电机逆风启动的成功率。

步骤四：当电机正向转速达到一定值时，结束启动过程，切入到正常的控制环路中，如速度环或其他环路控制。

本发明的有益效果在于：

1、此方法解决了需要硬件电路来检测电机反电动势的，并根据反电动势的比较或过零点来判断电机方向和转速的问题。

2、本发明根据不同的转速来设置不同的刹车转矩，刹车时间快、效果好，可解决外界风力大、逆风高转速时，采用下桥臂导通的刹车方式下无法刹车或无法刹停的情况。

3、采用启动电流Iq=k2*|ω|、 Id=0的方式启动电机，不同逆风转速下采用不同的启动电流，提高电机逆风启动的成功率。

附图说明

图1为本发明永磁无刷直流电机逆风启动的方法的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实例仅用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。

参见图1：步骤一：采用锁相环(PLL)估算算法，快速跟随电机的状态。通过给定电流为0的方式，估算当前电机转速，不会给电机带来制动效果。因为PLL估算跟随效果好，若电机转动情况下，一两个电周期就可以判断好电机的转速和方向，很大程度避免了母线电压上升的情况。若电压上升明显，可适当关闭输出。

此方法解决了需要硬件电路来检测电机反电动势的，根据反电动势的比较或过零点来判断电机方向和转速的问题。

步骤二：当电机处于静止或正转情况下，启动相对简单，重点解决逆风运行的情况。根据反向转动的转速，利用Iq=k1*ω，Id=0公式(ω指电机的转速)，产生让电机快速停机的转矩。此时直流母线电压会明显提高，需要对母线电压进行实时监控，当直流母线电压高于限定值时，适当降低电流输出或关闭输出，禁止母线电压继续上升。当电机在反向转矩的作用下，会快速停机，

根据不同的转速来设置不同的刹车转矩，刹车时间快、效果好，可解决外界风力大、逆风高转速时，采用下桥臂导通的刹车方式下无法刹车或无法刹停的情况。

步骤三：当电机反向转动的速度由高速降低到0时，切换到正向启动。此时的优势是，估算器一直在工作，可跟随出电机实时角度，为逆风启动提供了角度的实时性。同时，采用启动电流Iq=k2*|ω|、 Id=0的方式启动电机，不同逆风转速下采用不同的启动电流，提高电机逆风启动的成功率。

步骤四：当电机正向转速达到一定值时，结束启动过程，切入到正常的控制环路中，如速度环或其他环路控制。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本行业的技术人员，在不脱离本发明的技术原理前提下，所做出的改进与变型，应视为本发明的保护范围。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法，其特征在于：操控步骤如下所示：

步骤一：采用锁相环估算算法，快速跟随电机的状态；通过给定电流为0的方式，估算当前电机转速；

步骤二：当电机处于反转情况下；根据反向转动的转速，利用Iq=k1*ω，Id=0公式，产生让电机快速停机的转矩；此时直流母线电压会明显提高，需要对母线电压进行实时监控，当直流母线电压高于限定值时，适当降低电流输出或关闭输出，禁止母线电压继续上升；当电机在反向转矩的作用下，会快速停机；k1的值根据电机和负载的情况调试决定；

步骤三：当电机反向转动的速度由高速降低到0时，切换到正向启动；采用正向启动电流为Iq=k2*|ω|、Id=0的方式启动电机，不同逆风转速下采用不同的启动电流，提高电机逆风启动的成功率；k2的值根据电机和负载的情况调试决定；

步骤四：当电机正向转速达到一定值时，结束启动过程，切入到正常的控制环路中。

2.根据权利要求1所述的一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法，其特征在于：锁相环估算算法跟随效果好，若电机转动情况下，一两个电周期就可以判断好电机的转速和方向，很大程度避免了母线电压上升的情况；若电压上升明显，可适当关闭输出。

3.根据权利要求1所述的一种永磁无刷直流电机逆风启动的方法，其特征在于：锁相环估算算法的估算器一直在工作，可跟随出电机实时角度，为逆风启动提供了角度的实时性；采用启动电流Iq=k2*|ω|、Id=0的方式启动电机，不同逆风转速下采用不同的启动电流，提高电机逆风启动的成功率。

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