【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无感无刷直流电机启动控制领域，具体涉及一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法。
技术介绍
1、无刷直流电机（bldc）不仅具有传统直流电机的良好特性，而且去掉了机械电刷，使其具有结构简单，运行噪音小、易于维护、功率密度高、输出转矩大、调速平滑和调速范围广等优点，在现代各个领域中得到了广泛运用。近些年随着现代控制理论、电力电子技术和磁性材料更深入的研究，也加速了无刷直流电机的进一步发展。
2、一般的无刷直流电机大多采用位置传感器来实现转子定位，在运行过程中提供转子的位置信息。但是在实际生活中，位置传感器的存在会带来一些问题，在高温高湿的恶劣环境中，可靠性会降低；电气连线增多，增加系统的复杂性，增加成本；影响电机结构空间等。而无感无刷直流电机可以使电机的结构更加简单，便于安装，体积减小、适应环境能力强，在恶劣的环境中可靠性有保证等优点。并可通过状态观测器法、扩展卡尔曼滤波法、速度无关位置函数法、定子电感法、三次谐波电动势法和反电动势检测法等来确定转子的位置实现对电机的控制。
3、目前最常用的就是反电动势过零法，即通过检测端电压，并进行滤波，补偿处理后；和电机中性点电压相比较，所得差值的过零点就是反电动势过零点；再加上延时（30+60k）°电角度（k=1，2，3…）就可作为换相时刻。但是电机绕组中感应电动势的大小与转子转速相关，当转子低速运行甚至静止时，反电动势几乎检测不到，无法获取转子的位置信息，所以要采取一些启动控制方法，常用的方法有：三段式启动法、短时脉冲启动法、升频升压法、样条
4、在上述启动控制方法中，三段式启动法在重载的情况下启动过程通常不能顺利实现，加速曲线也需要根据不同负载启动时进行调整，在预定位阶段没有判断转子初始位置就强制使转子转到固定位置，可能会出现电机反转导致启动不平稳的情况，由于采用开环加速，抗干扰能力差，容易出现失步和振荡；短时脉冲启动法不断施加六个短时脉冲，增加了开关管的开关频率和损耗，在加速阶段，可能出现反向电磁转矩；升频升压法增加了额外的硬件电路，电机尺寸变大，可靠性有所降低；样条插值启动法只适用于恒负载，有局限性；高频注入法需要处理复杂的信号，且数学模型和算法较复杂。
5、为此亟需一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机启动的方法。实现无感无刷直流电机平稳启动。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，提供了一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机启动的方法，可以对转子在30°电角度范围内定位，位置检测准确，不会导致启动过程中出现反转的情况；在加速过程，根据转子位置施加加速电压脉冲，不容易出现失步或者振动，不会产生反向的电磁转矩，加速更加顺畅；要处理的响应简单，可操作性强，不需要额外的硬件电路。实现了无感无刷直流电机平稳启动。
2、为了解决上述问题，本专利技术的技术方案是：
3、一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，包括：
4、步骤1：对无感无刷直流电机的转子进行初始定位，控制检测电压使转子通电但不转动、且转子位置最终定位在30°电角度范围内；
5、步骤2：对定子绕组依次施加长、短脉冲电压，进而对转子进行加速和检测，根据定子绕组中的电流响应值，设置换相条件以实现持续加速；
6、步骤3：设定转子转速设定值，判断转子转速是否达到转速设定值，并且是否有效检测到稳定的反电势过零信号；
7、步骤4：若达到转速设定值且可以检测到稳定的反电动势过零信号，则把电机从人工同步状态切换到自同步状态；
8、若未达到转速设定值或没有检测到稳定的反电动势过零信号，则返回到步骤2；
9、所述无感无刷直流电机包括定子三相绕组a、b和c以及具有n极和s极的永磁体转子；
10、三相绕组a、b和c组合为ab两相绕组、ac两相绕组、bc两相绕组、ba两相绕组、ca两相绕组和cb两相绕组。
11、进一步地，所述步骤1包括：
12、使用六组检测电压脉冲依次施加在电机的任两相绕组中，测得六组电流响应值i1~i6，把i1~i6由大到小排序，根据排序前两位的电流响应值，在60°电角度范围确定转子的位置；
13、根据最大电流响应值，在30°电角度范围确定转子的位置。
14、进一步地，所述检测电压脉冲的占空比控制在电流响应值稳定输出且转子不动的范围内。
15、进一步地，所述步骤2包括：确定转子旋转方向，所述转子旋转方向包括顺时针和逆时针；
16、根据转子的初始位置，把长脉冲电压施加在顺时针方向初始两相绕组中或把长脉冲电压施加在逆时针方向初始两相绕组中，使转子加速；
17、根据转子旋转方向，再把短脉冲电压施加在与转子旋转方向相关联后续的两相绕组中，通过比较电流响应值的大小来判断是否换相。
18、进一步地，所述换相包括：
19、施加长脉冲电压的时长为t1，施加短脉冲电压的时长为t2；
20、获取t2时间内施加长脉冲电压的两相绕组的电流响应值im和施加短脉冲电压的两相绕组的电流响应值in；
21、若im＞in，则说明转子还未达到电压脉冲要换相的位置，此时对原来施加短脉冲电压的两相绕组施加长脉冲电压；
22、分别获取不同的两个两相绕组t1时间内的电流响应值ip和iq，若|ip-iq|=△i≈0则说明转子已经达到电压要换相的位置，根据转子旋转方向对后续两相绕组施加短脉冲电压。
23、进一步地，所述换相还包括：
24、若im≤in，则说明转子已经达到电压要换相的位置，此时根据转子旋转方向对后续两相绕组施加长脉冲电压。
25、进一步地，所述电机从人工同步状态切换到自同步状态包括：当检测到反电动势过零点信号之后，延时（30+60k）°电角度（k=1，2，3…）。
26、通过上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
27、本专利技术首先在初始定位过程中，可以对转子在30°电角度范围内定位，提高转子位置检测的准确性，不会导致启动过程中反转的情况。转子会一直朝着设定方向（正转或反转）加速旋转，使电机的运行效率得到了提高。其次在加速过程中，根据转子位置施加加速电压脉冲，不容易出现失步或者振动，只注入两组长短脉冲电压不会产生反向的电磁转矩，从而加速更加顺畅。因此本专利技术方法，要处理的响应简单，可操作性强，不需要额外的硬件电路，降低了无感无刷直流电机启动控制的复杂性的同时保证了启动过程的稳定性。
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1.一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述检测电压脉冲的占空比控制在电流响应值稳定输出且转子不动的范围内。
4.根据权利要求1所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述步骤2包括：确定转子旋转方向，所述转子旋转方向包括顺时针和逆时针；
5.根据权利要求4所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述换相包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述换相还包括：
7.根据权利要求1所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述电机从人工同步状态切换到自同步状态包括：当检测到反电动势过零点信号之后，延时（30+60K）°电角度（K=1，2，3…）
...【技术特征摘要】
1.一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述检测电压脉冲的占空比控制在电流响应值稳定输出且转子不动的范围内。
4.根据权利要求1所述的一种基于长短脉冲电压控制无感无刷直流电机的启动方法，其特征在于，所述步骤2包括：确定转子旋转方向，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李继方，陆凯，张千一，张海洋，张鸿波，曹文思，王飞阳，庞鑫，周仕哲，李金恒，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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