CN1386219A - 使电机振动最小化的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述用于使电机振动最小化的方法和装置。在本方法的实例中,在微处理器(14)控制下把电力(28)加至电动机(12),使得脉冲调制的电流分布应用于电动机(12),而这又控制了电动机(12)产生的转矩量。通过调整电流波形来控制转矩产生,从而消除振动和噪声。

Description

使电机振动最小化的方法和系统
发明背景
本发明一般涉及电机，更具体地说，涉及用于减小电动机在启动和运行期间振动的处理。
在全世界的各种应用场合中，以不计其数的形式使用着电动机。一般，转子产生的转矩提供转动力，转矩是加在电动机上的电流与由于电压加在电动机的线圈上而产生的电动势的乘积。电动机产生转矩以便做功，即一般是驱动负载。
在一些应用中，取决于电动机固定或其他因素，产生的转矩连同负载可能导致电动机随着电动机开始移动其负载而振动和产生噪声。这种应用的一个实例是其中电动机驱动风扇作为其负载。风扇的不平衡和转矩脉动相结合，产生振动并传到电动机和风扇的固定件，产生令人厌恶的噪声。一般采用阻尼系统使传到电动机和风扇系统的振动能量的影响减至最小。这种阻尼系统价格昂贵，并且由于长期暴露在自然环境下和连续接受振动能量而易于变坏，导致电动机和风扇组装件松动，有可能导致电动机或风扇出现故障。
在一些应用中，该问题在启动时非常普遍。但是，一旦电动机达到一定速度，噪声和振动就减小或消失了。在许多应用场合中，电动机在启动时产生的噪声和振动是不希望有的。在另外一些应用中、如上述的风扇实例中，噪声和振动问题总是存在。需要控制电动机启动和运行，从而消除高转矩振动和噪声问题，同时实现取消阻尼系统的可能，并且降低成本。
发明概要
在示范性的实施例中，电动机控制系统包括按照程序为电动机施加电流的微处理器。微处理器对电流进行脉宽调制，使得峰值电流的减小和基波频率的滤波减小了电动机产生的转矩的大小。转矩减小使电动机的振动和噪声减小，从而可以减少或消除阻尼系统。使电机振动最小化的方法包括在微处理器控制下给电动机提供电力、使得脉宽调制后的电流分布用于电动机的步骤。
附图简介
图1是电机减振系统的示范性实施例；
图2是表示一种已知电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图；
图3是表示按照本发明的一个实施例的电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图；
图4是表示按照本发明的第二实施例的电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图；
图5是表示一种已知电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图；
图6是表示按照本发明的第三实施例的电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图；
图7是表示按照本发明的第四实施例的电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图；以及
图8是表示按照本发明的第五实施例的电动机控制系统的反电动势、电流和转矩波形的曲线图。
发明的详细描述
图1表示按照本发明的一个实施例的电动机控制系统10的框图。系统10包括电动机12、微处理器14、可在微处理器14内部或外部的存储器16、电动机驱动器电路18、电平转换逻辑部分20、霍尔效应传感器22以及选通电路24。至于这里所用的，微处理器14指的是控制器和处理器，包括微控制器、可编程逻辑控制器、输入/输出控制器、精简指令集电路、专用集成电路、逻辑电路以及任何其他电路，处理器或微计算机能够处理这里所描述的实施例。系统10还包括欠压复位电路26、电源电路28和输入电路30。如以下详细描述的，存储器16配置有算法，下文会详细说明，该算法由微处理器14执行时，控制驱动器电路18按照某种电流分布把电流提供给电动机12的时间和持续时间。霍尔效应传感器22和选通电路24向微处理器14提供关于电动机12的转子位置的反馈，以便控制算法。
作为选择，以下这些处理可以例如在按照程序执行每个所述步骤的个人计算机中实施。但是，所述处理可以通过许多不同的方式来实施，不限于在个人计算机中执行和实践。例如，这些处理可在服务器中执行并且经由网络接入、如局域网和/或广域网。
一般，电动机被配置成满足在几个稳态运行点测量的特定性能要求。这些性能要求包括额定运行点转矩、电流、转差率、功率因数和效率、失步(极限)转矩、锁定转子转矩和电流、以及空载电流。
无刷直流(DC)电动机和电子整流电动机的转矩等于电动机电流与反电动势(EMF)之积乘以代表电动机中出现的损耗的常数。图2说明一种已知的使用波形50的电动机控制系统的电动机转矩、电动机电流和反电动势。如图2所示，转矩波形52是电动机电流波形54和反电动势波形56的乘积。随着转矩达到某一特定水平，如图2中转矩波形52中的波峰58所示，产生电动机或固定件的振动，对于每台电动机和每种电动机应用，所述特定水平是不同的。
图3示出在使用配置有算法的电动机控制系统10(图1所示)在反电动势峰值期间限制电动机电流的情况下的波形70。反电动势波形72表示典型的反电动势正弦曲线和相关的峰值74。用系统10产生的电流波形76是受到脉宽调制的，使得在反电动势峰值期间出现电流减小周期78。这里使用的脉宽调制包括重复脉冲控制、漏脉冲波形以及可变宽度脉冲波形。所示的转矩波形80代表反电动势波形72和电流波形76的乘积，作为电流减小78的结果，转矩波形80变得比转矩波形52(图2所示)更为稳定，由于转矩的基波频率减小，因而电动机的振动也减弱。
图4表示描述本发明的另一实施例的波形90。系统10(图1所示)产生的电流波形92比反电动势波形94超前n电角度。超前角度n是由系统10的配置和电动机的感应系数决定的。通过参考反电动势波形94来改变电流波形92的定时，可以得到转矩波形96的整形和定时。在图4中描述的实施例中，使电流波形92超前导致以更高速度产生更大的电动机转矩，但是也产生了反向转矩脉动。
图5表示已知系统的波形100，此系统是这样配置的，使得在180度反电动势波形102的135电角度处，从电动机中消去电流。电流脉冲如电流波形104所示。通过控制加在电动机上的电流脉冲的时间量，可以控制转矩波形106。
图6表示按照本发明的另一实施例、包括转矩波形112的波形110。与通过图5所示系统描述的、在固定时间内无电流的情况不同，对于反电动势波形114的一部分，系统10配置成在反电动势波形114期间提供多个电流脉冲116以及多个无电流时间118，这导致转矩峰值减小。另外，脉冲116中的电流大小控制转矩的大小。如图6所示，在反电动势较高的时间段中，如波形114所示，电流脉冲116的振幅较小，因此导致转矩脉冲112的振幅的均匀性。
图7表示包括波形120的一个实施例，其中把系统10配置成提供脉宽调制的电流波形122，它在反电动势波形124的较长周期上是持续的，从而导致高峰值的转矩波形126。如图7所示，在波形124所示的正向反电动势期间，波形122包括多个电流脉冲128。
现在参照图8，波形130包括由电流脉冲134组成的电流波形132。如图8所示，这样配置系统10，使得调制后的电流脉冲134之一从波形132中消去了。通过从波形132中消去某电流脉冲134，电流波形可在反电动势波形136的较长部分上持续，同时又如转矩波形138所示、减小了转矩峰值的大小。
尽管已经通过各种特定的实施例对本发明作了描述，但是本领域的技术人员应当认识到，在权利要求书的精神和范围内，可以通过修改来实际应用本发明。

Claims (22)

1.一种使用电动机控制系统控制电动机振动的方法，所述方法包括以下步骤：
为所述电动机控制系统配置某种电动机电流分布；以及
把所述电流分布应用于所述电动机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统的步骤还包括配置电动机控制系统以控制电动机电流的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统以控制电动机电流的步骤还包括施加超前于反电动势n度的电动机电流的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统以控制电流的步骤还包括配置电动机控制系统、以便对电动机电流进行脉宽调制的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统、以便对电动机电流进行脉宽调制的步骤还包括调整脉宽调制频率和感应系数、使得在所需的导通角的范围内把高于平均电流的峰值加到所述电动机上的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统的步骤还包括为所述电动机控制系统配置漏脉宽调制脉冲以减小电动机输出转矩的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统的步骤还包括调整电动机电流、使得与转矩脉冲谐波相比、转矩脉冲的基频分量减小的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统的步骤还包括使电动机电流角度提前以增加电动机输出转矩的步骤。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统的步骤还包括把电流加至所述电动机的时间量减少的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述配置电动机控制系统的方法还包括安排脉宽调制脉冲的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述安排脉宽调制脉冲的步骤还包括在反电动势波形的一个周期内产生至少一个电流脉冲的步骤。
12.一种为减小电动机的振动和噪声配置的电动机控制系统，所述系统包括：
微处理器；
与所述微处理器耦合的存储器；
与所述电动机和所述微处理器耦合的驱动器电路；以及
存储在所述存储器中、并且配置成由所述微处理器执行的电动机控制程序。
13.如权利要求12所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成控制电动机电流。
14.如权利要求13所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成对电动机电流进行脉宽调制。
15.如权利要求14所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置脉宽调制频率以便与电动机感应系数匹配，使得相对于所需的导通角范围内的电流，产生更高的转矩峰值。
16.如权利要求15所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置漏脉宽调制脉冲、以便减小电动机输出转矩脉动。
17.如权利要求13所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成提供电动机电流给所述电动机，所述电动机电流超前于反电动势n度。
18.如权利要求14所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成调整电动机电流，使得相对于转矩脉冲谐波、转矩脉冲的基频分量减小了。
19.如权利要求12所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成使电动机电流角度提前，以便增加电动机输出转矩。
20.如权利要求12所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成安排脉宽调制电流脉冲。
21.如权利要求20所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成在反电动势波形的一个周期中产生至少一个电流脉冲。
22.如权利要求12所述的电动机控制系统，其特征在于：所述电动机控制程序被配置成减少电流加在所述电动机上的时间量。
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