本发明专利技术公开了一种基于虚拟相构造的单相无刷直流电机的矢量控制方法，本发明专利技术的目标是通过建立单相无刷直流电机的矢量控制模型，对单相无刷直流电机实行基于磁场定向的矢量控制，实现单相无刷直流电动机宽转速范围的高效运行，提高电机运行的动态响应，降低电机的振动噪音。本发明专利技术针对单相无刷直流电机运行时只有单绕组供电的情况，通过建立虚拟相电流，建立起d-q子平面的电机数学模型，在此基础上实现电机的转速控制和电流控制。本发明专利技术在不改变电机结构和硬件控制电路的情况下，采用矢量控制的方法，能够有效实现宽转速宽负载范围的高效运行，提高单相无刷直流电机的动态响应，降低电机的振动噪音。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及单相无刷直流电机的控制领域，尤其设及一种提高单相无刷直流电机 运行效率和动态响应的控制方法。
技术介绍
在对机电产品提出高效节能要求的形势下，一些原来采用单相异步电机驱动的应 用场合纷纷采用高功率密度和高效率的低成本永磁电机来替代。单相无刷直流电机，又名 "单绕组无刷直流电机"具有结构简单、加工制造容易、所需功率管少、控制电路简单、成本 低的优点，在一些低成本、低起动转矩、对电机性能要求不高的小功率设备如风机、水累等 场合得到了较广泛的应用。但随着一些应用场合对性能要求的提高，进一步提升单相无刷 直流电机的运行效率、动态响应性能，降低其振动噪音，使其接近=相绕组）无刷直流 电机的性能，是对单相无刷直流电机提出的新要求。 现有的单相无刷直流电机其控制方式主要为转速开环、转速闭环、电流闭环或外 转子环内电流环的双闭环结构，对于径向充磁转子，往往根据转子位置，采用PWM或SPWM的 调制方法生成与转子相对位置固定的功率管驱动信号，保证施加到单相绕组上的电压为方 波或正弦波。由于电机运行过程中，转速或负载发生变化时，电流和电压间的相位也会随之 改变。如果不对电流相位进行调整，无法做到在宽转速或宽负载范围内的高效运行。同时 在经常存在负载扰动场合，如果不能及时对电磁转矩进行调整，很难保证其有较快的动态 响应。因此如果能采用类似于S相永磁同步电机的转子磁场定向矢量控制，根据运行状态， 自动调整逆变器输出电压的相位，保证单位电流产生最大转矩，则单相无刷直流电机的运 行效率和动态响应性能就能得到明显的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有单相无刷直流电机在宽速度宽负载范围高效运行和 高动态响应性能方面的技术不足，提供一种单相无刷直流电机的矢量控制方法。 阳〇化]本专利技术的目的是通过W下技术方案来实现：一种单相无刷直流电机的矢量控制方 法，该方法包括W下步骤： (1)构造虚拟相：获取单相无刷直流电机的绕组电流和转子转速，构造与该绕组 电流具有相同变化频率、相同幅值、在时间上差90度的虚拟相电流；假定该虚拟相与实际 单绕组在空间上差90度，将实际单绕组电流看作是电机a-0坐标系中的a轴电流，将虚 拟相电流看成a-0坐标系中的0轴电流。 似完成a- 0坐标系向d-q坐标系的变换：将实际相和虚拟相电流通过Park变 换，转化到W转子速旋转的d-q坐标系上，将原a-0坐标系中的两相电流交流量转化为 d-q坐标系中的两相电流直流量。[000引 （3)根据步骤2得到的两相电流直流量计算得到q轴电压分量Uq和d轴电压分量 Ud,实现电机的转速控制和电流控制。 进一步地，所述步骤I中构造虚拟相电流具体为：采用建表查询的方法，将实际绕 组电流i。的半个周期的采样值存到数组中，根据当前的转子转速，计算出90度之前的绕组 电流i。对应数组中的元素，得到当前虚拟相电流iP的大小。 进一步地，所述步骤3中，Uq和Ud的获得方法为id= 0的单位电流产生最大转矩 的矢量控制方法、单位功率因数的控制方法或最大效率的控制方法。 进一步地，所述步骤3中的转速控制为转速开环、转速闭环、电流闭环或速度外环 电流内环双闭环控制。 进一步地，步骤3得到q轴电压分量Uq和d轴电压分量Ud后，结合单绕组的SVPWM 方法或SPWM方法实现电机的转速控制和电流控制。 本专利技术的有益效果是：本专利技术可应用于冰箱、冷柜、空调盘管风机、变风量末端装 置、新风换气机等使用单相无刷直流电机的驱动。应用本专利技术的方法，可W使单相无刷直流 电机在不同的转速和负载情况下自动调整电压相位，保证电机的高效运行，提升电机的动 态响应性能，减小电机的振动及噪声。【附图说明】 图1为本专利技术单相无刷直流电机矢量控制方法的原理框图； 图2为单相无刷直流电机的主电路图； 图3为单相无刷直流电机的矢量控制框图； 阳017] 图4为单相无刷直流电机带风机负载60化pm时霍尔信号和电流波形图（方波为 霍尔波形，正弦波为控制的电流波形）； 图5为单相无刷直流电机带风机负载1000 rpm时霍尔信号和电流波形图（方波为 霍尔波形，正弦波为控制的电流波形）； 图6为一台60W四对极额定转速140化pm单相无刷直流电机带风机负载88化pm 时工作特性曲线（其中控制板待机功耗为6W)。【具体实施方式】 本专利技术的原理是，在获得单相无刷直流电机的绕组电流和运行速度后，通过构造 一个在空间上和单绕组差90度、电流相位和绕组电流差90度的虚拟相，将原单相无刷直流 电机等效为一个a- 0坐标系中的两相电机，进而通过Park变换，采用d-q坐标系下的实 现单位电流产生最大转矩的MTPA方法，实现单相无刷直流电机的转子磁场定向的矢量控 制。 单相无刷直流电机的主电路如图2所示，根据霍尔信号高低电平的不同分别导通 两对不同的功率管，改变绕组中的电流方向，保持单相无刷直流电机的连续运行。当定子绕 组的电流改变方向时，定子磁势的方向随之改变。在一个360度的电周期内，电动机的定 子磁场每180度变换一次方向。电动机的电磁转矩是电机定转子磁场的相互作用，即T= FgFuSine,其中Fg为定子磁场，Fu为转子磁场，0为两磁场间的夹角。通过检测电机转子 的位置，对电机进行电子换向，保证0在0~180电角度范围内变化。此时输出的转矩为 正，保证电机连续运行。 从转矩公式中可W看出，当0角为90度时，单位电流产生的转矩最大。现有的 控制方法，由于缺少对转子磁场的跟随，在不同转速不同负载情况下，0角无法自动调整为 90度，此时转子和当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于虚拟相构造的单相无刷直流电机的矢量控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)构造虚拟相：获取单相无刷直流电机的绕组电流和转子转速，构造与该绕组电流具有相同变化频率、相同幅值、在时间上差90度的虚拟相电流；假定该虚拟相与实际单绕组在空间上差90度，将实际单绕组电流看作是电机α‑β坐标系中的α轴电流，将虚拟相电流看成α‑β坐标系中的β轴电流。(2)完成α‑β坐标系向d‑q坐标系的变换：将实际相和虚拟相电流通过Park变换，转化到以转子速旋转的d‑q坐标系上，将原α‑β坐标系中的两相电流交流量转化为d‑q坐标系中的两相电流直流量。(3)根据步骤2得到的两相电流直流量计算得到q轴电压分量Uq和d轴电压分量Ud，实现电机的转速控制和电流控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：章启忠，章玮，张唯，侯海波，
申请(专利权)人：浙江亿利达风机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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