无刷电动机的控制制造技术

一种控制无刷电动机的方法，该方法包括整流交流电压以提供被整流的电压，和利用该被整流的电压激励电动机的绕组。绕组以提前时段在预定转子位置之前被激励，所述提前时段响应于交流电压的过零而被更新。另外，公开了实施该方法的控制系统和并入有该控制系统的电动机系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无刷电动机的控制。
技术介绍
无刷电动机的控制系统通常包括控制器，所述控制器产生控制信号，用于激励电动机的相绕组。控制信号大致在相对于转子信号的时间处产生。控制器可以响应于，例如，电动机速度或激励电压的改变而调整控制信号的正时，以便实现特定性能。控制信号的正 时可以针对转子信号的每一个边沿而被调整。因此，控制器对电动机速度或激励电压的任何变化相对较快地响应。然而，对于高速电动机，这么频繁地调整控制信号的正时要求相对较快且因此昂贵的控制器。替换地，控制信号的正时可以在转子信号的固定数量的边沿之后被调整。然而，由于转子信号的边沿之间的间隔取决于电动机的速度，控制器会随后较不频繁地在较低速度下和更加频繁地在较高速度下调整控制信号的正时。这于是可不利地影响电动机的性能。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提出一种控制无刷电动机的方法，该方法包括整流交流电压，以提供被整流的电压；利用该被整流的电压激励电动机的绕组，所述绕组以提前时段在预定转子位置之前被激励；和响应于交流电压的过零而更新该提前时段。该提前时段因此以规则间隔被更新，而不论电动机速度。此外，提前时段被规律地更新，而不需要专用定时器。通过响应于激励电压的过零而更新提前时段，电动机的控制相对较简单，且因此相对较简单和廉价的控制器可以用于实施本方法。提前时段还与交流电源的周期同步地被更新。因此，从提供激励电压的电源得到的电流的波形一般更稳定。如果电动机是永磁体电动机，这更是如此。由于有永磁体电动机在绕组中感生的反EMF，在激励电压的周期中的不同点处更新提前时段可以增加电流波形的谐波含量。更新提前时段可包括响应于电动机速度和/或交流电压的RMS值的变化而调整该提前时段。通过响应于电动机速度和/或RMS电压的变化调整提前时段，当在平稳状态下操作时，特定功率分布可以在速度和/或电压的范围上实现。特别地，提前时段可以被调整为在速度和/或电压的范围上保持恒定平均功率。另外，通过响应于电动机速度和/或RMS电压的变化调整提前时段，特定加速分布可以针对电动机实现。由于提前时段响应于激励电压的过零而被更新，提前时段在加速期间以规则的间隔被更新。随着电动机速度增加，电动机的电半周期时段减少。因此较少的时间可用于驱动电流,且由此用于驱动功率,至绕组中。另外,对于永磁体电动机,绕组中的反EMF的大小随着电动机速度增加。该方法可以因此包括响应于电动机速度的增加而增加提前时段。因此，在正扭矩的时段期间，更多的电流可以被驱动到绕组中。随着RMS电压减少，更少的电流针对给定的提前时段和传导时段被驱动到绕组中。为了补偿这种情况，本方法可以包括响应于RMS电压的减少而增加提前时段。因而，可以实现类似的功率或加速分布，而不论交流电压的RMS值的变化。可另外地响应于其他参数来调整提前时段。例如，提前时段可响应于速度命令值和扭矩命令值而被调整。被整流的电压可具有50%或更高的波动。在该水平的波动下，电动机的即时速度可以在交流电压的每一个半周期上改变，即使电动机的平均速度可以是恒定的。如果提前时段在转子的固定数量的旋转之后被更新，电动机在该特定时刻的速度可以呈现出已经变化，即使电动机的平均速度没有改变。于是会使用不同提前时段，而不顾电动机的平均速度没有变化的事实。这于是可不利地影响电动机的性能。特别地，其可引起从提供交流电压的电源得到的电流波形的谐波含量的增加。通过响应于交流电源的过零而更新提前时段，交流电源的周期中的相同基准点被使用。电动机速度的任何明显变化将随后对应于电动机的平均速度的变化。可随后实现更稳定的电流波形。提前时段可在交流电压的每一个半周期上恒定。相同的提前时段于是跨过交流电 压的一个半周期用于电动机的每一个电半周期。这于是简化了控制，因此相对较简单和廉价的控制器可用于实施本方法。提前时段随后可以在紧跟着交流电压的过零之后的电动机的电半周期的开始处被更新。方法可以包括存储控制值的查找表。更新提前时段于是包括使用速度和/或电压索引查找表以选择控制值以及使用控制值确定提前时段而被获得。使用查找表调确定提前时段简化了电动机的控制。每一个控制值可以是绝对值或差值。当控制值是差值时，方法还包括存储基准值，差值被应用于该基准值以获得提前时段。存储差值常常需要比绝对值少的存储器。因此，查找表可以被更高效地存储。在第二方面，本专利技术提供一种用于无刷电动机的控制系统，该控制系统执行如前述段落中任一个描述的方法。控制系统可以包括用于整流交流电压的整流器、用于检测交流电压的过零的过零检测器、联接至绕组的逆变器、和用于控制逆变器的控制器。控制器随后产生一个或多个控制信号用于以提前时段在预定转子位置之前激励所述绕组，且逆变器响应于控制信号利用所述被整流的电压激励绕组。控制器随后响应于过零检测器检测到的过零而更新提前时段。控制器可以跨过交流电压的一个半周期对电动机的每一个电半周期使用相同的提前时段。这随后简化了控制器实施的控制，且因此可以使用相对较简单和廉价的控制器。在第三方面，本专利技术提供一种电动机系统，其包括永磁体电动机和如前述段落中任一个描述的控制系统。电动机因此包括永磁体转子，其在电动机的绕组中感生反EMF。随着电动机速度改变，反EMF的大小也改变，这继而影响将电流驱动到绕组中的能力。提前时段可以因此响应于电动机速度的变化而被调整，以便计入反EMF的变化。通过响应于激励电压的过零而更新提前时段，提前时段以规则的间隔被更新，而不论电动机的速度。附图说明为了本专利技术可被更容易地理解，本专利技术的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中图I是根据本专利技术的电动机系统的方框图；图2是电动机系统的示意图；图3是电动机系统的电动机的剖面图；图4详细示出逆变器响应于通过电动机系统的控制器发出的控制信号的被允许状态；图5是电动机系统的电流调节器的不意图；图6示出当在单转换模式下操作时控制器使用的超出时段；图7示出当测量模拟输入信号时控制器使用的三步骤过程； 图8详细示出电动机系统的各种操作模式；图9详细不出电动机响应于控制器发出的控制信号而被驱动的方向；图10示出当在低速加速模式下操作时电动机系统的各波形；图11示出当在高速加速模式下操作时电动机系统的各波形；图12示出当在运行模式下操作时电动机系统的各波形；图13示出当在运行模式下操作时从电动机系统的电源得到的电流波形；图14示出当在过流单转换模式下操作时电动机系统的各波形和中断；图15示出当在无限续流单转换模式下操作时电动机系统的各波形和中断；图16是布置为产生控制信号的计时器和比较器的示意图；图17是布置为产生控制信号的计时器和PWM模块的示意图；图18示出当在有限续流单转换模式下操作时电动机系统的各波形和中断；图19详细示出根据本专利技术的电动机系统的特定实施例的各硬件部件的值；图20详细示出特定电动机系统的控制器采用的各常数和阈值；图21示出特定电动机系统的链电感器的磁链特性；图22示出特定电动机系统的电动机的磁链特性；图23详细示出特定电动机系统的各种操作模式；图24详细示出当在多转换模式下操作时特定电动机系统的控制器使用的控制值的映射；图25详细示出当在过流单转换模式下操作时特定电动机系统的控制器使用的控制值的映射；图26详细示出当在无限续流单转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.16 GB 1006396.41.一种控制无刷电动机的方法，该方法包括 整流交流电压，以提供被整流的电压； 利用该被整流的电压激励电动机的绕组，所述绕组以提前时段在预定转子位置之前被激励；和 响应于交流电压的过零而更新该提前时段。2.根据权利要求I所述的方法，其中，更新提前时段包括响应于电动机速度和交流电压的RMS值中的一个的变化而调整该提前时段。3.根据权利要求2所述的方法，其中，调整该提前时段包括响应于电动机速度的增加和RMS值的减少中的一个而增加提前时段。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，被整流的电压具有至少50%的波动。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，提前时段在交流电压的每一个半周期上恒定。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，该方法包括使用相同的提前时段跨过交流电压的一个半周期来激励电动机的每一个电半周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，T西莉克，S格里瑟姆，
申请(专利权)人：戴森技术有限公司，
类型：
国别省市：