一种无位置传感器无刷直流电机的电流闭环启动方法技术

技术编号:15441075 阅读:216 留言:0更新日期:2017-05-26 06:20
本发明专利技术公开了一种无位置传感器无刷直流电机的电流闭环启动方法,利用转子初始位置预定位与精确定位相结合的电流闭环启动方法,只需一个电流传感器,成本低,可靠性高,能保证系统在整个启动过程中均处于电流闭环工作状态,不会出现失步与启动失败现象;常规预定位一般只能将转子定位在60°电度角空间内,电流比较阈值实现了精准预定位与优化定位,可以将转子定位进一步精确到±6°电度角空间内,从而保证电机在启动时得到最理想启动转矩;传统启动方式为开环控制,而新技术采用电流阈值比较作为反馈量进行闭环,不需要预先确定电机负载、电路启动参数等,保证了启动过程中电机在定位、加速、切换等各个环节中均形成闭环控制。

Current closed loop starting method for Sensorless Brushless DC motor

The invention discloses a current loop of a sensorless brushless DC motor starting method, current loop with the initial rotor position of pre positioning and precise positioning phase start method, only one current sensor, low cost, high reliability, can ensure that the systems are in working state in the whole closed loop current during startup that does not appear out of step and start failure; conventional pre positioning will generally only rotor position at 60 degrees electric angle space, current threshold to achieve the precise positioning and optimization of pre positioning, can be accurate to the rotor positioning step + 6 degree angle space, so as to ensure the motor at startup to get the ideal starting torque; the traditional start mode for open loop control, and the new technology adopted current threshold comparison as closed-loop feedback, do not need to be determined, the motor load circuit The starting parameters, etc., ensure that the closed-loop control is formed in all aspects of the motor, such as positioning, acceleration, switching and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种无位置传感器无刷直流电机的电流闭环启动方法
本专利技术属于
,具体涉及一种无位置传感器无刷直流电机的电流闭环启动方法。
技术介绍
无刷直流电机无位置传感器技术解决了在不使用位置传感器的情况下捕获转子位置信息的方法,从而准确实现对电机换相控制。但是,当电机静止时或电机处于低速运行状态时无位置传感器技术存在无法获取转子位置信息或获取困难的问题,尤其是电机在启动加速过程中转子位置更难以判断,因此无位置传感器无刷直流电机控制系统必须使用专用的启动与加速装置。三段式启动法、升频升压启动法、多脉冲检测法等方法已成为目前广泛采用的方法。但是以上启动技术对转子位置的判断,需要根据电机参数,所带负载大小预先对启动装置参数进行设置,因此是一种开环控制,难以适应对不同型号或不同负载下电机的启动,换相提前或滞后都将引起过流或失步现象,更严重的将会导致启动失败。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的是提供一种无位置传感器无刷直流电机的电流闭环启动方法,能够实时跟踪转子当前所在位置,并及时进行换相,保证电机可靠启动。一种无刷直流电机的电流闭环启动方法,所述无刷直流电机的三相电源信号分别对应AX、BY和CZ三相定子绕组,其中,启动方法包括如下步骤:步骤1、转子位置预定位,具体包括如下步骤:S11、针对直流电机的三相定子绕组AX、BY和CZ,将三个绕组进行两两串联组合,得到3种组合方式,将三种组合分别施加一个电压V矢量脉冲,电机母线采集得到3个矢量电流;然后将三种组合再分别施加反向电压矢量脉冲,电机母线采集又得到3个矢量电流;S12、设定电流比较的参考阈值为ΔI=0.2×IMax,其中,IMax表示S11中得到的六个矢量电流I1~I6中的最大值;然后使用虚线L1~L6将转子转动的360度电角度均分成6个角度区域,其中,线段L1L2,为绕组AX、BY的角平分线,线段L3L4为绕组BY、CZ的角平分线,线段L5L6为绕组CZ、AX的角平分线;S13、向绕组AX和BY的串联组合注入电压矢量VAB,向绕组BY和AX的串联组合注入电压矢量VBA,采集母线电流分别为I2和I5,然后判断:如果I2>I5且|I2-I5|>ΔI,则转子的N极在线段L1L2的左侧,否则转子在线段L1L2的右侧,由此将转子定位在了180°的电角度区域中;S14、向绕组CZ和BY的串联组合中注入电压矢量VCB,向绕组AX和CZ的串联组合注入电压矢量VAC,然后采集得到母线电流I3与I1,按照表1判断转子位置;表1序号电流比较转子位置1I1>I2>I3L1~L3之间2I1<I2<I3L5~L2之间3I1<I2,I2>I3L3~L5之间步骤2、转子位置精确定位,具体为:根据步骤1中S14的转子位置判断结果,先确定N极所在电角度区域,然后确定该角度区域之外离该角度区域最近的两个绕组,对该两个绕组通电流,最终使得转子N极向靠近其所在角度区域中的线圈靠近;步骤3、启动电机。较佳的,所述S11中,电压V矢量脉冲的加载时间为电机绕组时间常数。较佳的,所述S13和S14中注入电压矢量的通电时间为20us~30us。较佳的,所述步骤2中,对所述两个绕组通电流后,确认该两个绕组作为所述S11中确定的3种串联组合方式的哪一种组合方式,然后对另外2种组合分别进行通电,并得到两个电流矢量,判断该两个电流矢量之差是否小于或等于所述参考阈值ΔI,如果是,结束精定位,执行步骤3;如果否,以此类推,继续给两个最近绕组通电,直到所述电流差小于或等于参考阈值ΔI。较佳的,所述步骤2中,对所述两个最近绕组通电的时间大于等效电路时间常数的2-3倍。本专利技术具有如下有益效果:按照此技术设计出的无位置传感器无刷直流电机电流闭环启动技术,利用转子初始位置预定位与精确定位相结合的电流闭环启动方法,只需一个电流传感器,成本低,可靠性高,能保证系统在整个启动过程中均处于电流闭环工作状态,不会出现失步与启动失败现象。与传统启动方式相比主要存在以下优点:常规预定位一般只能将转子定位在60°电度角空间内,电流比较阈值实现了精准预定位与优化定位,可以将转子定位进一步精确到±6°电度角空间内,从而保证电机在启动时得到最理想启动转矩。传统启动方式为开环控制,而新技术采用电流阈值比较作为反馈量进行闭环,不需要预先确定电机负载、电路启动参数等,保证了启动过程中电机在定位、加速、切换等各个环节中均形成闭环控制。与常规三段式启动控制方式相比,本文是在电流闭环情况下完成的启动过程,避免了启动时的抖动和反转现象,改善了启动效果,克服了传统方法靠经验引起启动失败的缺点,同时适用于恒定负载和变负载等多种运行环境,是一种启动性能较好、可靠性高、环境变化影响较小的启动方法。附图说明图1为现有的无刷直流电机逆变电路与无刷电机等效图;图2为无刷直流电机绕组-转子位置图;图3为无刷直流电机绕组与转子磁力线示意;其中,(a)表示接通MOSFETVT6和VT1时;(b)表示接通MOSFETVT1和VT2时;(c)表示接通MOSFETVT2和VT3时;(d)表示接通MOSFETVT3和VT4时;(e)表示接通MOSFETVT4和VT5时;(f)表示接通MOSFETVT5和VT6时;图4为定子磁势及转子位置示意图;图5(a)为N极与Y重合的位置示意图;图5(b)为N极在Y~L3内的位置示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例,对本专利技术进行详细描述。1、直流无刷电机控制原理常用的电压源型逆变器供电给无刷直流电机的主电路及电机等效电路见图1所示,无刷直流电机为三相星型连接,中点不引出。图中,ud为直流母线电压,VT1-VT6为六个功率MOSFET,VD1-VD6为六个反并联在MOSFET上的续流二极管,C为直流母线上的稳压电容,三相绕组星型连接点n为电机中点,g为直流母线电压地,a、b、c分别为电机绕组接点。转子位置传感器安装在电机转子上,无刷直流电机控制系统的基本原理就是利用转子位置传感器来依次触发六个功率器件中的两个导通,在绕组中建立旋转的磁场,并使该磁场与转子永磁体磁场成一定角度,以产生电磁转矩,驱动电机旋转。无刷直流电机换相时序与转子位置息息相关。假设电机磁极对数为1,电机转子初始位置如图2所示,其中a、b、c为从驱动电路中逆变器三个桥臂上引入的三相电源信号。a、b、c三相电源信号分别对应AX、BY和CZ三相定子绕组,其中,各定子绕组在电机中均分为两段,三相绕组的X、Y、Z与电机中点n连接在一起,转子位置N极方向与b相绕组所在平面导体重合时定义为转子位置的零位,即图2中的θ=0°对应的位置。根据逆变器电路及上图所示的电机接线方式,以MOSFET两两导通的方式说明电机绕组产生磁力线与转子磁力线之间的关系,如图3所示。其中,(a)表示接通MOSFETVT6和VT1时;(b)表示接通MOSFETVT1和VT2时;(c)表示接通MOSFETVT2和VT3时;(d)表示接通MOSFETVT3和VT4时;(e)表示接通MOSFETVT4和VT5时;(c)表示接通MOSFETVT5和VT6时。2、转子位置预定位采用两两导通方式连续向MOSFET中施加六个不同方向的电压矢量脉冲(脉冲时间为电机绕组时间常数),用以实现,本文档来自技高网...
一种无位置传感器无刷直流电机的电流闭环启动方法

【技术保护点】
一种无刷直流电机的电流闭环启动方法,所述无刷直流电机的三相电源信号分别对应AX、BY和CZ三相定子绕组,其特征在于,启动方法包括如下步骤:步骤1、转子位置预定位,具体包括如下步骤:S11、针对直流电机的三相定子绕组AX、BY和CZ,将三个绕组进行两两串联组合,得到3种组合方式,将三种组合分别施加一个电压V矢量脉冲,电机母线采集得到3个矢量电流;然后将三种组合再分别施加反向电压矢量脉冲,电机母线采集又得到3个矢量电流;S12、设定电流比较的参考阈值为ΔI=0.2×I

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机的电流闭环启动方法,所述无刷直流电机的三相电源信号分别对应AX、BY和CZ三相定子绕组,其特征在于,启动方法包括如下步骤:步骤1、转子位置预定位,具体包括如下步骤:S11、针对直流电机的三相定子绕组AX、BY和CZ,将三个绕组进行两两串联组合,得到3种组合方式,将三种组合分别施加一个电压V矢量脉冲,电机母线采集得到3个矢量电流;然后将三种组合再分别施加反向电压矢量脉冲,电机母线采集又得到3个矢量电流;S12、设定电流比较的参考阈值为ΔI=0.2×IMax,其中,IMax表示S11中得到的六个矢量电流I1~I6中的最大值;然后使用虚线L1~L6将转子转动的360度电角度均分成6个角度区域,其中,线段L1L2,为绕组AX、BY的角平分线,线段L3L4为绕组BY、CZ的角平分线,线段L5L6为绕组CZ、AX的角平分线;S13、向绕组AX和BY的串联组合注入电压矢量VAB,向绕组BY和AX的串联组合注入电压矢量VBA,采集母线电流分别为I2和I5,然后判断:如果I2>I5且|I2-I5|>ΔI,则转子的N极在线段L1L2的左侧,否则转子在线段L1L2的右侧,由此将转子定位在了180°的电角度区域中;S14、向绕组CZ和BY的串联组合中注入电压矢量VCB,向绕组AX和CZ的串联组合注入电压矢量VAC,然后采集得到母线电流I3与I1,按照表1判断转子位置;表...

【专利技术属性】
技术研发人员:付成伟张宇峰郝建林
申请(专利权)人:山东航天电子技术研究所
类型:发明
国别省市:山东,37

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