基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法技术

本发明专利技术涉及一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法，针对虚拟中性点电压波形，将非续流时间的虚拟中性点电压与1/2母线电压的压差对时间积分，当积分值为零时，位置误差得到校正。本发明专利技术可以简单快速地实现电机功率因数校正和位置误差校正。

Power factor correction method of BLDCM Based on virtual neutral voltage

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法
本专利技术属于自动化
，涉及一种无刷直流电机功率因数校正方法，具体涉及一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法。
技术介绍
无刷直流电机具有控制简单，功率密度高等优点，在航空航天、工业、民用方面得到了广泛应用，比如高精度陀螺仪，机器人手臂，风机，压缩机，电动车等都是由无刷直流电机驱动。在某些高温、潮湿的应用环境中，位置传感器经常失效，降低了系统的可靠性。因此，无位置传感器成为了无刷直流电机的研究热点，此外无位置传感器还可以减小无刷直流电机的体积重量。反电势过零点法由于简单可靠，成为了工程上最广泛的使用方法，包括端电压法、线电压法、虚拟中性点法等。这三种方法都是通过硬件电路及简单的计算得到反电势过零点，将反电势过零点延迟30电角度得到换相信号，实现电机的正常运行。检测电路、滤波电路、复杂计算等都会产生信号延迟，使检测到的位置与实际位置出现偏差，位置传感器本身安装也可能存在较大误差，这些误差会造成电机反电势与相电流不同相，从而降低了电机的功率因数，进而影响电机的性能，严重时甚至会损坏电机。文献1(ParkJS,LeeKD.OnlineadvancedangleadjustmentmethodforsinusoidalBLDCmotorswithmisalignedHallsensors[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2017,32(11):8247-8253.)提出最优超前时间是换相续流时间的一半，通过计算续流时间来达到功率因数校正，提高电流利用率的目的，但是续流时间受电压、转速、电感、电流等多因素影响，计算复杂并且计算偏差大。文献2(TanB,WangX,ZhaoD,etal.ALagAngleCompensationStrategyofPhaseCurrentforHigh-SpeedBLDCMotors[J].IEEEAccess,2018,7:9566-9574.)分析反电势与电流的相位关系，推导出超前角与电流的关系，但是在化简过程中省略了很多变量，计算的结果与实际结果误差较大。文献3(SongX,HanB,WangK.SensorlessDriveofHigh-speedBLDCMotorsBasedonVirtual3rd-harmonicBack-EMFandHigh-precisionCompensation[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2018.)通过使永磁体磁链与电流之间的夹角为90电角度得到最优超前时间，但是该方法需要多个电压电流传感器，并且计算也相对复杂。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法。技术方案一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法，其特征在于针对虚拟中性点电压波形，将非续流时间的虚拟中性点电压与1/2母线电压的压差对时间积分，当积分值为零时，位置误差得到校正；具体步骤如下：步骤1：当虚拟中性点电压为时，面积积分系数设置为1；所述的Ud为母线电压；步骤2：虚拟中性点电压开始小于时，启动对虚拟中性点电压积分；步骤3：当虚拟中性点电压为时，停止积分，记录上述积分值为S1，同时将面积积分系数设置为-1，将S1进行PI控制，使其趋近于零，PI控制器输出为功率因数校正角度；步骤4：当虚拟中性点电压开始大于时，启动对虚拟中性点电压积分；步骤5：当虚拟中性点电压变为时，停止积分，记录上述积分值为S2，同时将面积积分系数设置为1，将S2进行PI控制，使其趋近于零，PI控制器输出为功率因数校正角度；步骤6：重复步骤2-5，最终功率因数得到校正。有益效果本专利技术提出的一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法，可以简单快速地实现电机功率因数校正和位置误差校正。本专利技术具有以下几个特点：1、只需要一个电压传感器，不需要电流传感器。2、方法与速度无关，适用于稳态和动态工况。3、在实现功率因数校正的时候同时实现位置校正。4、对有位置传感器和无位置传感器的电机都可以实现功率因数校正。附图说明图1校正前后反电势与相电流波形图2稳态时校正前后虚拟中性点电压波形图3动态时虚拟中性点电压波形图4为校正前的电流波形和虚拟中性点电压波形图5为校正后的相电流波形和虚拟中性点电压波形具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：首先证明当超前角为换相续流时间一半时，非导通相电流的中点刚好是与反电势过零点重合，反电势与相电流刚好同相位。图1中Δt是续流时间，O为反电势过零点，ω为电机的电角速度，ia、ib为校正前A、B相电流，ia′为校正后A相电流，ea为A相反电势，未加校正时AO时间间隔为BO时间间隔为很明显由于电感的作用，使得Δt1＜Δt2，因此相电流与反电势不是同相的。当加入超前角时间为续流时间的一半时A点超前至A'点，B点超前至B'点。此时A'O时间间隔为B'O时间间隔为由于电机处于稳态，角速度为ω，那么A'O与B'O之间的电角度也是相等的，即相电流与反电势同相位。下面分析当加入的超前时间为续流时间的一半时，虚拟中性点的电压波形关系。图2中ush是校正前的虚拟中性点电压与1/2母线电压波形，us′h是校正后的虚拟中性点电压与1/2母线电压波形。由上面的证明可以得到，校正前tAO＜tBO，因此三角形面积SAOM<SBON，而校正后tA′O＝tB′O，因此三角形面积SA'OM'＝SB'ON'。上述证明都是在电机转速处于稳态时的结果，下面证明当电机处于动态调节过程中该方法仍然有效。图3为电机处于升速过程中，虚拟中性点电压与1/2母线电压随时间变化的波形，O为反电势过零点。假设在A点时电机角速度为ω1，反电势幅值为E1＝Ceω1，在B点时电机角速度为ω2，反电势幅值为E2＝Ceω2。M'O的斜率可以表示为N'O的斜率可以表示为由于电机速度在升高，那么时间tA′O＞tB′O，假设现在反电势与电流同相位，那么A'O与B'O之间电机经过的电角度是相等的，不妨设为其中为当前工况下续流时电机经过的电角度。所以那么很容易可以得到三角形A'OM'的面积为同理三角形B'ON'的面积为即SA′OM′＝SB′ON′。因此无论是稳态还是动态过程，只要电机反电势与对应相电流同相位，SA′OM′＝SB′ON′。我们通过可以基于两个三角形面积的误差设计PI控制器，使该误差趋近于零，从而得到电机的最优超前角。由于位置误差会使两个三角形面积不相等，那么该方法可以同时实现位置误差的校准，无论是由位置传感器安装不准确带来的误差，还是由无位置传感器带来的误差，都可以使用该方法消除误差，并使电机工作在最优的状态下。通过分析虚拟中性点电压波形，证明了当虚拟中性点电压积分值为零时，功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法，其特征在于针对虚拟中性点电压波形，将非续流时间的虚拟中性点电压与1/2母线电压的压差对时间积分，当积分值为零时，位置误差得到校正；具体步骤如下：/n步骤1：当虚拟中性点电压为

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法，其特征在于针对虚拟中性点电压波形，将非续流时间的虚拟中性点电压与1/2母线电压的压差对时间积分，当积分值为零时，位置误差得到校正；具体步骤如下：
步骤1：当虚拟中性点电压为时，面积积分系数设置为1；所述的Ud为母线电压；
步骤2：虚拟中性点电压开始小于时，启动对虚拟中性点电压积分；
步骤3：当虚拟中性点电压为时，停止积分，记录上...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵冬冬，王西坡，皇甫宜耿，夏磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61