無刷直流電機(jī)180°方波控制方法及其控制模塊和變頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了無刷直流電機(jī)180°方波控制方法及其控制模塊和變頻器。該控制方法包括以下步驟：獲取逆變器輸入電壓Udc、無刷直流電機(jī)的相電流ia、ib、ic、實(shí)際轉(zhuǎn)速ω和轉(zhuǎn)子位置；根據(jù)ω和給定轉(zhuǎn)速ω*算出給定轉(zhuǎn)矩電流I*；根據(jù)I*和轉(zhuǎn)子位置算出電機(jī)的三相給定相電流i*a、i*b和i*c；根據(jù)i*a、i*b、i*c和ia、ib、ic，算出電機(jī)的三相相電壓U*a、U*b和U*c；根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和ω算出電機(jī)的三相相反電勢(shì)ea、eb和ec；將U*a、U*b、U*c分別與ea、eb和ec求和，得到補(bǔ)償后的相電壓Ua、Ub和Uc；根據(jù)Udc以及Ua、Ub和Uc計(jì)算輸出到逆變器的三相SPVWM信號(hào)的占空比。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)在無刷直流電機(jī)定子的三相繞組同時(shí)工作的情況下，各相電流的波形呈方波。
【專利說明】無刷直流電機(jī)180°方波控制方法及其控制模塊和變頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無刷直流電機(jī)的控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機(jī)憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效等優(yōu)點(diǎn)，近些年來得到了很大關(guān)注，其應(yīng)用也越來越廣泛。無刷直流電機(jī)通常采用120°控制方式，在這種控制方式下，某一時(shí)刻只有兩相工作，而另一相懸空。與一般的交流電機(jī)不同，由于無刷直流電機(jī)同一時(shí)刻只有兩相工作，因此無法使用在交流電機(jī)控制中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的SVPWM調(diào)制。另外，在實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)無傳感器控制時(shí)，通常需要端電壓檢測(cè)電路來檢測(cè)懸空相的端電壓，根據(jù)測(cè)得的端電壓可以獲得反電勢(shì)過零點(diǎn)，進(jìn)而獲得換相位置。如果無刷直流電機(jī)三相同時(shí)工作，就可以根據(jù)每相的占空比計(jì)算出對(duì)應(yīng)相的端電壓，這樣即使沒有端電壓檢測(cè)電路也能實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)無傳感器控制。無刷直流電機(jī)具有梯形反電勢(shì)，若通正弦波電流，會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，為了減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，其電流波形一般為方波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種使用SVPWM調(diào)制的無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，其能實(shí)現(xiàn)在無刷直流電機(jī)定子的三相繞組同時(shí)工作的情況下，各相電流的波形呈方波。
[0004]本發(fā)明所要解決的又一技術(shù)問題在于提供一種采用上述方法的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊。
[0005]本發(fā)明所要解決的再一技術(shù)問題在于提供一種采用上述方法的變頻器。
[0006]本發(fā)明提供了一種無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，包括以下步驟:
[0007]實(shí)時(shí)采集逆變器的輸入電壓Udc和無刷直流電機(jī)a、b、c三相的三相相電流ia、ib和i。，并獲取該無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《和轉(zhuǎn)子位置；
[0008]根據(jù)無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩電流I* ；
[0009]根據(jù)所述的給定轉(zhuǎn)矩電流r和無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相給定相電流i*a、i*b和；
[0010]根據(jù)給定相電流汽、1\和r。和采集到的實(shí)際相電流ia、ib和i。，計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相電壓K、Ifb和Ifc ；
[0011]根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際轉(zhuǎn)速CO計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相反電勢(shì)ea、eb和ec ;將計(jì)算出的三相相電壓U*a、Ifb和Ifc分別與三相相反電勢(shì)ea、eb和ec求和，得到補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、ub和U。；
[0012]根據(jù)采集的逆變器的輸入電壓Udc以及補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub和U。計(jì)算輸出到逆變器的三相SPVWM信號(hào)的占空比da、db和d。，將三相SPVWM信號(hào)輸出到逆變器，通過逆變器控制無刷直流電機(jī)運(yùn)行。
[0013]本發(fā)明還提供了一種無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊，包括:[0014]速度調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩電流r;
[0015]相電流給定計(jì)算單元，用于根據(jù)速度調(diào)節(jié)單元算出的給定轉(zhuǎn)矩電流r和無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相給定相電流i*a、i*b和r。；
[0016]電流調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)實(shí)際相電流ia、ib和i。和相電流計(jì)算單元算出的三相給定相電流i\、i*b和i*c,計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相電壓K、U*b和Ifc ；
[0017]相反電勢(shì)計(jì)算單元，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相反電勢(shì)ea、eb和e。；
[0018]相反電勢(shì)補(bǔ)償單元，用于將電流調(diào)節(jié)單元計(jì)算出的三相相電壓U?、Ifb和Ifc分別與相反電勢(shì)計(jì)算單元計(jì)算出的三相相反電勢(shì)ea、eb和ec求和，得到補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub 和 U。；
[0019]SVPWM調(diào)制單元，用于根據(jù)逆變器的輸入電壓Ude以及補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub和U。計(jì)算出輸出到逆變器的三相SPVWM信號(hào)的占空比da、db和d。，將該三相SPVWM信號(hào)輸出到逆變器。
[0020]本發(fā)明還提供了一種變頻器，包括逆變器以及上述的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊；該逆變器用于接收所述SVPWM調(diào)制單元輸出的三相SPVWM信號(hào)，根據(jù)該三相SPVWM信號(hào)控制無刷直流電機(jī)運(yùn)行。
[0021]本發(fā)明使用SVPWM調(diào)制對(duì)無刷直流電機(jī)進(jìn)行控制，可以降低電流諧波，同時(shí)，由于定子的三相繞組同時(shí)工作，可以根據(jù)各相占空比來計(jì)算對(duì)應(yīng)相的端電壓，進(jìn)而無需端電壓檢測(cè)電路就可以實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的無傳感器控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明無刷直流電機(jī)180°方波控制方法的一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖。
[0023]圖2是給定相電流計(jì)算示意圖。
[0024]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊及其變頻器的原理框圖。
[0025]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊及其變頻器的原理框圖。
[0026]圖5示出了采用180°方波控制時(shí)無刷直流電機(jī)的相電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
[0028]請(qǐng)參閱圖1。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，包括以下步驟:
[0029]步驟S1:實(shí)時(shí)采集控制該無刷直流電機(jī)的逆變器的輸入電壓Udc和無刷直流電機(jī)
a、b、c三相的三相相電流ia、ib和i。，并獲取該無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《和轉(zhuǎn)子位置。
[0030]其中，輸入電壓Ud。、相電流ia、ib和i?？梢允褂貌蓸与娮杌蚱渌鼈鞲衅鱽磉M(jìn)行采樣。轉(zhuǎn)速既可以通過編碼器等傳感器測(cè)量獲得，也可以根據(jù)電壓、電流等估計(jì)出轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子位置獲得的方式也有多種途徑，例如，可以通過絕對(duì)式編碼器等傳感器獲得連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置，或者是，由轉(zhuǎn)速積分獲得連續(xù)位置，并利用霍爾傳感器等獲得積分初始值，另外，也可以根據(jù)電壓、電流等估計(jì)出連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置。
[0031]步驟S2:根據(jù)無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩電流。在一種具體的實(shí)施方式中，可將該無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《與給定轉(zhuǎn)速做差，將差值進(jìn)行pi調(diào)節(jié)后得到所述的給定轉(zhuǎn)矩電流r。
[0032]步驟S3:根據(jù)所述的給定轉(zhuǎn)矩電流I*和無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相給定相電流i\、i*b和i*c。
[0033]根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和步驟S2計(jì)算出的給定轉(zhuǎn)矩電流，就可以計(jì)算出各相的相電流，如圖2所示，圖中I*為給定轉(zhuǎn)矩電流，ea、eb和ec為相反電勢(shì)，換相點(diǎn)與相反電勢(shì)過零點(diǎn)相差30°電角度。當(dāng)采用120°控制時(shí)，如果轉(zhuǎn)子位于區(qū)域I，那么a相電流給定為I%b相電流給定為一 1% c相懸空，無需控制，而采用180°方波控制時(shí)，c相導(dǎo)通，且給定電流為零。
[0034]步驟S4:根據(jù)給定相電流i\、i\和^和采集到的實(shí)際相電流ia、ib和i。，計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相電壓K、Ifb和U*。。在一種具體的實(shí)施方式中，可將實(shí)際相電流ia、ib和i。分別與給定相電流丨\、匕和^做差，將三個(gè)差值分別進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到所述的三相相電壓匕、<和Ifc 。
[0035]步驟S5:根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相反電勢(shì)ea、eb和e。；將步驟S4中計(jì)算出的三相相電壓U\、U\和Ifc分別與三相相反電勢(shì)ea、eb和ec求和，得到補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub和U。。相反電勢(shì)與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系見圖2所示。反電勢(shì)幅值與轉(zhuǎn)速成正比，而且比例關(guān)系可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，這樣以來就可以根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置求得相反電勢(shì)。如圖2所示，將a相反電勢(shì)增大段的過零點(diǎn)定義為轉(zhuǎn)子位置0，那么a相反電勢(shì)可以用下式來表示，其中K為常數(shù)，可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。
【權(quán)利要求】
1.無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 實(shí)時(shí)采集逆變器的輸入電壓Udc和無刷直流電機(jī)a、b、c三相的三相相電流ia、ib和i。，并獲取該無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《和轉(zhuǎn)子位置； 根據(jù)無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩電流r; 根據(jù)所述的給定轉(zhuǎn)矩電流r和無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相給定相電流i\、i*b和i*c ; 根據(jù)給定相電流汽、匕和^和采集到的實(shí)際相電流ia、ib和i。，計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相電壓匕、<和Ifc ； 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相反電勢(shì)ea、eb和e。；將計(jì)算出的三相相電壓U*a、U*b和U*c分別與三相相反電勢(shì)ea、eb和ec求和，得到補(bǔ)償后的三相相電壓 Ua、UjP Uc； 根據(jù)采集的逆變器的輸入電壓Udc以及補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub和U。計(jì)算輸出到逆變器的三相SPVWM信號(hào)的占空比da、db和d。，將三相SPVWM信號(hào)輸出到逆變器，通過逆變器控制無刷直流電機(jī)運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，其特征在于，所述的給定轉(zhuǎn)矩電流是通過以下方式計(jì)算得出:將該無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《與給定轉(zhuǎn)速做差，將差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到所述的給定轉(zhuǎn)矩電流。
3.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，其特征在于，所述的三相相電壓匕、(和(根據(jù)以下方式計(jì)算得出:將實(shí)際相電流ia、ib和i。分別與給定相電流i\、i*b和i*c做差，將三個(gè)差值分別進(jìn)行Pi調(diào)節(jié)后得到所述的三相相電壓K、Ifb和u*c。
4.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制方法，其特征在于，所述的實(shí)際轉(zhuǎn)速《和轉(zhuǎn)子位置均可通過測(cè)量或者估算獲得。
5.無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊，其特征在于，包括: 速度調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩電流r ； 相電流給定計(jì)算單元，用于根據(jù)速度調(diào)節(jié)單元算出的給定轉(zhuǎn)矩電流r和無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相給定相電流i*a、i*b和^ ； 電流調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)實(shí)際相電流ia、ib和i。和相電流計(jì)算單元算出的三相給定相電流i\、i*b和i*c,計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相電壓K、U*b和Ifc ； 相反電勢(shì)計(jì)算單元，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際轉(zhuǎn)速《計(jì)算出無刷直流電機(jī)的三相相反電勢(shì)ea、eb和e。； 相反電勢(shì)補(bǔ)償單元，用于將電流調(diào)節(jié)單元計(jì)算出的三相相電壓K、Ifb和Ifc分別與相反電勢(shì)計(jì)算單元計(jì)算出的三相相反電勢(shì)ea、eb和ec求和，得到補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub和Uc; SVPWM調(diào)制單元，用于根據(jù)逆變器的輸入電壓Udc以及補(bǔ)償后的三相相電壓Ua、Ub和U。計(jì)算出輸出到逆變器的三相SPVWM信號(hào)的占空比da、db和d。，將該三相SPVWM信號(hào)輸出到逆變器。
6.如權(quán)利要求5所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊，其特征在于，所述的速度調(diào)節(jié)單元包括:轉(zhuǎn)速加法器，用于將該無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速《與給定轉(zhuǎn)速做差； 轉(zhuǎn)矩電流PI調(diào)節(jié)器，用于將實(shí)際轉(zhuǎn)速《與給定轉(zhuǎn)速的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到所述的給定轉(zhuǎn)矩電流r。
7.如權(quán)利要求5所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊，其特征在于，所述的電流調(diào)節(jié)單元包括: a相電流加法器，用于將實(shí)際相電流ia與給定相電流做差；b相電流加法器，用于將實(shí)際相電流ib與給定相電流做差；c相電流加法器，用于將實(shí)際相電流i。與給定相電流^做差；a相電流PI調(diào)節(jié)器，用于將實(shí)際相電流ia與給定相電流的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到a相相電壓U*a; b相電流PI調(diào)節(jié)器，用于將實(shí)際相電流ib與給定相電流的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到b相相電壓U*b ； c相電流PI調(diào)節(jié)器，用于將實(shí)際相電流i。與給定相電流^的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到C相相電壓if。。
8.如權(quán)利要求5所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊，其特征在于，所述的SVPWM調(diào)制單元為七段式SVPWM調(diào)制單元。
9.變頻器，其特征在于，包括逆變器以及如權(quán)利要求5至8中任何一項(xiàng)所述的無刷直流電機(jī)180°方波控制模塊； 所述的逆變器用于接收所述SVPWM調(diào)制單元輸出的三相SPVWM信號(hào)，根據(jù)該三相SPVWM信號(hào)控制無刷直流電機(jī)運(yùn)行。
10.如權(quán)利要求9所述的變頻器，其特征在于，該變頻器包括: 電壓采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集逆變器的輸入電壓Ud。，并將采集結(jié)果提供給所述的SVPWM調(diào)制單元； 電流采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集無刷直流電機(jī)a、b、c三相的三相相電流ia、ib和i。，并將采集結(jié)果提供給所述的電流調(diào)節(jié)單元。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK103647482SQ201310698184
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】李柏松, 陳偉, 金辛海 申請(qǐng)人:上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司, 上海辛格林納新時(shí)達(dá)電機(jī)有限公司