一種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法，在電機靜止或者低速時就可以判斷出轉子的位置信號，從而拓寬了低速運行的調速范圍。該方法首先提供一個固定時間的正反方向的脈沖信號，從而會產生兩個峰值電流；比較兩個峰值電流，其中較大者意味著轉子永磁體產生的磁場方向和定子線圈產生的磁場方向一致，此時產生增磁作用，鐵心飽和程度增加，繞組電感減小，由于繞組電感是轉子位置的函數，從而確定轉子的位置在哪個半圓內；對其他兩相重復上述的步驟，就可以把轉子的位置限定在60°電角度內；再根據磁極位置和導通相之間的對應關系，就可以正確的換相了。優(yōu)點：不僅解決了低速啟動階段的穩(wěn)定性問題，同時拓寬了低速運行的調速范圍。
【專利說明】
一種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電機控制領域，具體涉及一種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法。
【背景技術】
[0002]對于無位置傳感器無刷直流電機的控制，必須通過一定的方法檢測轉子位置信號才能實現準確的換相。在常用的轉子位置檢測方法中，由于電機在靜止或者低速時，反電動勢幅值幾乎沒有或者很小，所以在啟動時檢測不到準確的轉子位置信號，所以如何使電機可以在低速階段平穩(wěn)啟動到適當的轉速以至于在中高速階段的位置檢測算法可以檢測到轉子位置信號至關重要。因此無位置傳感器控制的低速階段啟動算法成為了研究的熱點問題。
[0003]目前常用的無位置傳感器控制的低速啟動算法包括任意位置開環(huán)啟動法、預定位法和三段式啟動法。任意位置開環(huán)啟動法不經過轉子定位過程采用純開環(huán)的啟動方法，該方法的隨意性大，且可能會出現比較嚴重的反轉現象;預定位法由于通過強制換相的方法實現的，這種開環(huán)啟動的隨意性，不僅增加了低速階段啟動失敗的概率，同時由于其通過強制換相的定位方法會導致啟動抖動比較明顯，最嚴重的情況可能會在啟動的瞬間先反轉，這對于那些嚴格單方向運轉的應用，比如工業(yè)縫紉機和割草機等應用，是無法很好適用的；三段式啟動法實現比較簡單，但是由于該方法也是開環(huán)啟動的，很容易因電機參數變化的影響低速階段的啟動性能，同時由于該方法在定位階段屬于強制換相，因此會導致啟動電流較大、啟動時間長和啟動速度較大的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]針對傳統(tǒng)的低速啟動算法存在以上的技術缺陷，本發(fā)明實現了一種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法，該方法不僅解決了低速啟動階段的穩(wěn)定性問題，同時拓寬了電機低速啟動階段的調速范圍。
[0005]本發(fā)明的技術方案時這樣實現的:
[0006]—種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法，其特征在在于，低速啟動方法包括:
[0007]以固定的時間周期導通三相其中一相的正反兩個方向，產生兩個方向相反的磁場，從而產生兩個峰值電流；
[0008]通過比較兩個峰值電流的大小來確定轉子在哪個半圓內；
[0009]對其他兩相重復上述的步驟，就可以把轉子的位置限定在60°電角度內；
[0010]通過磁極位置和導通相之間的對應關系，實現電機正確換相。
[0011]所述的以固定的時間周期導通三相其中一相的正反兩個方向會產生兩個方向相反的磁場，即需要提供一個固定時間的電壓值，所述其中一相需要給高電平同時另外兩相給低電平，產生正向的磁場。然后將所述其中一相切換成低電平同時另外兩相切換成高電平，產生反向的磁場，這樣就形成了兩個相反的磁場方向。
[0012 ]所述的兩個峰值電流中大的峰值電流意味著轉子上的永磁鐵產生的磁場方向和定子線圈產生的磁場方向一致，此時產生增磁作用，鐵心飽和程度增加，繞組電感減小，由于繞組電感是轉子位置的函數，所以正反相通電峰值電流的大小就可以反應轉子在哪個半圓內。
[0013]所述的對其他兩相重復上述的步驟就可以把轉子的位置限定在60°電角度內，SP只需要三個正反脈沖電流檢測就可以把轉子的位置確定在60°電角度內。
[0014]所述的磁極位置和導通相之間對應關系的確定方法是:由上一步可以確定內轉子磁鐵N極的60°范圍，由此可以推出導通相所產生磁通矢量的范圍，進而推出導通相。
[0015]根據上述方案，首先，在硬件上，構造一個峰值電流采樣電路，由于在低速啟動時占空比較小，所以對應的峰值電流也較小，因此需要對采樣到的峰值電流進行信號放大處理，ADC才能采樣到準確的峰值電流信號;其次，在軟件上，以固定的時間周期導通其中一相的正反兩個方向，當ADC采樣到經放大后的峰值電流后，將這兩個峰值電流進行大小比較，進而將轉子位置限定在180°電角度;再次，對其他兩相重復上述的步驟，就可以把轉子的位置限定在60°電角度內；最后，根據磁極位置和導通相之間的對應關系，電機就可以正確換相。
[0016]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細的說明。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的低速啟動方法的軟件流程圖；
[0018]圖2(a)為本發(fā)明的峰值電流信號采樣電路；
[0019]圖2(b)為本發(fā)明的峰值電流信號放大電路；
[0020]圖3為本發(fā)明的兩個峰值電流示意圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明將轉子限定在180°電角度示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明將轉子限定在60°電角度示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明的磁通位置和導通相對應關系不意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明的低速啟動方法測試結果。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，對本發(fā)明進行詳細說明:
[0026](I)低速啟動方法的硬件電路設計
[0027]圖2(a)、2(b)為本發(fā)明設計的低速啟動方法的硬件電路原理圖，包括峰值電流采樣電路和信號放大處理電路兩部分。由于低速啟動階段不希望轉子出現抖動的現象，所以在軟件控制上，選取的PWM的初始值不宜過大，這樣就會帶來一個問題，流經圖2 (a)中采樣電阻的峰值電流信號十分微弱，以至于MCU無法準確的采樣到峰值電流信號，從而無法根據反饋的電流信號準確的判斷出轉子的位置。基于此考慮，在發(fā)明中選用運放電路來對采樣電流信號進行一定的信號放大，從而MCU可以獲得較為準確的峰值電流信號。如圖2(b)所示，為采樣電流模塊的信號處理電路。
[0028](2)低速啟動方法的算法設計
[0029]圖1為本發(fā)明的低速啟動方法的軟件流程圖。
[0030]首先，以固定的時間周期在正反方向導通一相之后，如圖3所示，將會產生兩個電流峰值；
[0031 ]其次，若ADC采樣到的正向電流峰值大于反向電流峰值，這意味著正向磁場方向和轉子的磁場方向一致，如圖4所示，因此可以將轉子的位置確定在已知的180°電角度以內；
[0032]再次，對于其他兩相重復上述的步驟，如圖5所示，就可以把轉子的位置限定在60°電角度內，即只需要三個正反脈沖電流檢測就可以把轉子的位置確定在60°電角度內，確定的方法是:
[0033]假設ADC采樣到的正向電流峰值大于反向電流峰值，那么用二進制位I標識；否則用位O標識。以A，C，B的相序重復這一過程三次，就會產生三位二進制編碼組合。
[0034]此處記:A(BC)峰值電流大于(A)BC為100;B(AC)峰值電流大于(B)AC為010;C(AB)峰值電流大于(C)AB為001。
[0035]狀態(tài)100表示:A(BC)峰值電流大于(A)BC為100，同時B(AC)峰值電流小于(B)AC，同時C(AB)峰值電流小于(C)AB，由于存在如下對應關系:
[0036](a)A(BC)峰值電流大于(A)BC:內轉子磁鐵的N極位于-90°?90°
[0037](b)B(AC)峰值電流小于(B)AC:內轉子磁鐵的N極位于-150°?30°
[0038](c)C(AB)峰值電流小于(C)AB:內轉子磁鐵的N極位于-30°?150°
[0039]所以最終可以得出:內轉子磁鐵的N極在-30°到30°內。
[0040]狀態(tài)010表示:A(BC)峰值電流小于(A)BC為100，同時B(AC)峰值電流大于(B)AC，同時C(AB)峰值電流小于(C)AB，由于存在如下對應關系:
[0041 ] (a)A(BC)峰值電流小于(A)BC:內轉子磁鐵的N極90°?270°
[0042](b)B(AC)峰值電流大于(B)AC:內轉子磁鐵的N極30°?210°
[0043 ] (c) C(AB)峰值電流小于(C) AB:內轉子磁鐵的N極-30°?150°
[0044]所以最終可以得出:內轉子磁鐵的N極在90°到150°內。
[0045]狀態(tài)110表示:A(BC)峰值電流大于(A)BC為100，同時B(AC)峰值電流大于(B)AC，同時C(AB)峰值電流小于(C)AB，由于存在如下對應關系:
[0046](a)A(BC)峰值電流大于(A)BC:內轉子磁鐵的N極-90°?90°
[0047](b)B(AC)峰值電流大于(B)AC:內轉子磁鐵的N極30°?210°
[0048](c) C(AB)峰值電流小于(C)AB:內轉子磁鐵的N極-30°?150°
[0049]所以最終可以得出:內轉子磁鐵的N極在30°到90°內。
[0050]依次類推，同理可以得出其他幾種狀態(tài)對應的轉子N極的所在的60°電角度位置。
[0051]最后，就要考慮磁極位置和導通相之間的對應關系，即已知轉子磁極N極所在的60°電角度位置，判斷如何進行通電。如圖6所示，內轉子磁鐵的N極在-30°到30°內。對應的磁通矢量應該指向90?150°內，此時導通BC相，對應的磁通矢量指向90°方向，因此在該范圍內應該導通BC相。同理可以得出其他N極所在位置與導通相之間的對應關系。因此，根據轉子的N極位置可以得出對應的導通相。
[0052](3)低速啟動方法的測試結果
[0053]圖7為本發(fā)明低速啟動方法的測試結果，分別對采樣峰值電流電路的輸出及與之對應的電機三相A、B、C的相電壓進行了測試，可以看出六個電流峰值在每一組電流峰值和調制激勵階段的電流值之間。從圖7可以看出，本發(fā)明設計的低速啟動算法在啟動時無明顯沖擊電流，低速啟動階段波形平穩(wěn)，無干擾雜波。同時從圖7中可以也得知，該低速啟動算法的最低穩(wěn)定運行轉速值低至I/AX=12Hz。因此，可知本發(fā)明設計的低速啟動算法不僅具有啟動電流小和啟動平穩(wěn)的優(yōu)點，同時也拓寬了低速穩(wěn)定運行的調速范圍。
【主權項】
1.一種無位置傳感器無刷直流電機的低速啟動方法，其特征在在于，低速啟動方法包括: 以固定的時間周期導通三相其中一相的正反兩個方向，產生兩個方向相反的磁場，從而產生兩個峰值電流； 通過比較兩個峰值電流的大小來確定轉子在哪個半圓內； 對其他兩相重復上述的步驟，把轉子的位置限定在60°電角度內； 通過磁極位置和導通相之間的對應關系，實現電機正確換相。2.根據權利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的以固定的時間周期導通三相其中一相的正反兩個方向，產生兩個方向相反的磁場，即提供一個固定時間的電壓值，所述其中一相給高電平同時另外兩相給低電平，產生了正向的磁場;然后將所述其中一相切換成低電平同時另外兩相切換成高電平，產生反向的磁場，這樣就形成了兩個相反的磁場方向。3.根據權利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的兩個峰值電流中大的峰值電流意味著轉子上的永磁磁鐵產生的磁場方向和定子線圈產生的磁場方向一致，此時產生增磁作用，鐵心飽和程度增加，繞組電感減小，由于繞組電感是轉子位置的函數，所以通過比較正反相通電峰值電流的大小確定轉子在哪個半圓內。4.根據權利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的對其他兩相重復上述的步驟就可以把轉子的位置限定在60°電角度內，即只需要三個正反脈沖電流檢測就可以把轉子的位置確定在60°電角度內。5.根據權利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的磁極位置和導通相之間對應關系的確定方法是:在把轉子的位置限定在60°電角度內的基礎上，確定內轉子磁鐵N極的60°范圍，由此推出導通相所產生磁通矢量的范圍，進而推出導通相。
【文檔編號】H02P6/18GK105897081SQ201610489607
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】彭輝波, 鹿純禎
【申請人】蘇州聯芯威電子有限公司