無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無刷電機控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種無刷電機的基于采用單個霍爾傳感檢測轉(zhuǎn)子位置的啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展，無刷電動機得到了長足的發(fā)展。尤其是單相無刷電機在風(fēng)機和栗類系統(tǒng)上應(yīng)用非常普遍，但存在一個較普遍的問題，在輸入電壓偏低時，啟動使電機加速到同步轉(zhuǎn)速比較困難，啟動時間比較長。
[0003]因此，對于普通消費者來說，需要一種能夠解決上述問題的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的啟動方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]該發(fā)明的目的是為了提供一種如上所述的采用單個霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的的啟動方法。根據(jù)本發(fā)明的無刷電機的啟動控制方法即使在電機電壓比較低的情況下，也能有效地啟動電機，使電機快速地達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。
[0005]具體而言，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種采用單個霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的啟動方法，包括步驟:在單相無刷電機的啟動之后，將第一電壓閾值設(shè)定為霍爾傳感器檢測到的電壓值的波峰值和O之間的任意一個值，將第二電壓閾值設(shè)定為霍爾傳感器檢測到的電壓值的波谷值和O之間的任意一個值；通過檢測霍爾狀態(tài)信號的頻率，計算出電機轉(zhuǎn)動的速度；將計算出的電機轉(zhuǎn)動速度與同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整第一電壓閾值和第二電壓閾值的大??；根據(jù)第一電壓閾值和第二電壓閾值判定霍爾狀態(tài)信號的狀態(tài)；判斷同步信號和霍爾狀態(tài)信號的狀態(tài)組合關(guān)系，根據(jù)同步信號和霍爾狀態(tài)信號的狀態(tài)，來確定是否驅(qū)動交流換流開關(guān)。其中，當(dāng)達(dá)到或超過單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時，結(jié)束所述啟動控制方法。
[0006]其中將計算出的電機轉(zhuǎn)動速度與同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整第一電壓閾值和第二電壓閾值的大小的步驟包括:
[0007]如果計算出的電機轉(zhuǎn)動速度小于同步轉(zhuǎn)速，則調(diào)整第一電壓閾值和第二電壓閾值的大小，使第一電壓閾值和第二電壓閾值的絕對值減??；
[0008]如果計算出的電機轉(zhuǎn)動速度大于等于同步轉(zhuǎn)速，調(diào)整第一電壓閾值和第二電壓閾值的大小，使第一電壓閾值和第二電壓閾值的絕對值分別增加到霍爾傳感器檢測到的電壓值的波峰值和波谷值。
[0009]其中霍爾傳感器檢測到的電壓值大于第一電壓閾值時，霍爾狀態(tài)信號為“I”;霍爾傳感器檢測到的電壓值小于第二電壓閾值時，霍爾狀態(tài)信號為“O”;霍爾傳感器檢測到的電壓值在第一電壓閾值和第二電壓閾值之間時，如果電壓值逐漸增加時，則霍爾狀態(tài)信號為“ I ”，如果電壓值逐漸減小時，則霍爾狀態(tài)信號為“O”。
[0010]其中如果判斷同步信號和霍爾狀態(tài)信號同時為“I”時，或者當(dāng)同步信號和霍爾狀態(tài)信號同時為“O”時，控制驅(qū)動無刷電機的交流開關(guān)為“導(dǎo)通”;如果判斷同步信號和霍爾狀態(tài)信號不同時為“I”時，或者同步信號和霍爾狀態(tài)信號不同時為“O”時，控制驅(qū)動無刷電機的交流開關(guān)為“截止”。
[0011]其中霍爾傳感器采用線性霍爾傳感器。
[0012]其中無刷電機是單相無刷電機或多相無刷電機。
【附圖說明】
[0013]通過下面結(jié)合附圖對示例實施例的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，所描述的示例實施例僅僅是作為說明和示例，而本發(fā)明不限于此。本發(fā)明的精神和范圍由所附權(quán)利要求書的具體內(nèi)容限定。下面描述附圖的簡要說明，其中:
[0014]圖1示出單相無刷電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2示出單相無刷電機的控制系統(tǒng)框圖；
[0016]圖3示出單相無刷電機的同步檢測電路輸出的與交流輸入電壓同步的方波信號；
[0017]圖4示出單相無刷電機的轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的模擬電壓波形；
[0018]圖5示意示出了對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的波形；
[0019]圖6示出了達(dá)到單相無刷電機的同步轉(zhuǎn)速時的信號關(guān)系波形圖；
[0020]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的霍爾狀態(tài)信號波形；
[0021]圖8示出了實際的單相無刷電機達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后霍爾狀態(tài)信號的切換點；以及
[0022]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的采用單個霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的單相無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的啟動方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在參照附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明。本發(fā)明以單相無刷電機為例進(jìn)行說明是為了使本發(fā)明的原理能夠容易被理解，但是以單相無刷電機為例的說明并不能將本發(fā)明的實際應(yīng)用范圍僅限于單相無刷電機，本發(fā)明的方法對多相無刷電機也是適用的，多相無刷電機同樣也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0024]圖1示出單相無刷電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，單相無刷電動機結(jié)構(gòu)上一般由電子控制系統(tǒng)(未示出)、轉(zhuǎn)子位置傳感器11、轉(zhuǎn)子12、定子13組成。
[0025]轉(zhuǎn)子位置傳感器11通常可選用利用電流的磁效應(yīng)進(jìn)行工作的磁敏式霍爾位置傳感器，它們在磁場作用下會產(chǎn)生霍爾電勢，經(jīng)整形、放大后即可輸出所需電平信號，構(gòu)成了原始的位置信號。
[0026]轉(zhuǎn)子12由一對極對子的永磁體組成。
[0027]定子13由單相電樞繞組組成。
[0028]圖2示出單相無刷電機的控制系統(tǒng)框圖。如圖2所示，單相無刷電機的控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子位置傳感器21、同步檢測電路22、直流電源生成電路23、單片機24、交流開關(guān)25。
[0029]單相交流輸入電源為單相無刷電機20提供工作電壓。
[0030]單相交流輸入電源經(jīng)直流電源生成電路23生成用于為單片機24供電的直流電壓。
[0031]同步檢測電路22檢測單相交流輸入電源的電壓，把交流電壓轉(zhuǎn)換為與交流電壓同步的數(shù)字方波同步信號(例如，轉(zhuǎn)換成50Hz的方波同步信號)，如圖3所示。同步檢測電路22輸出所生成的方波同步信號到單片機24。
[0032]僅包括單個位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置傳感器21檢測單相無刷電機20的轉(zhuǎn)子位置，轉(zhuǎn)子位置傳感器21采用線性霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，輸出模擬電壓，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器檢測到的電壓波形如圖4所示。
[0033]單片機24讀取霍爾傳感器輸出的電壓反饋信號并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并按以下方式把霍爾傳感器輸出的反饋信號分為兩種狀態(tài):霍爾傳感器檢測到的電壓波形中電壓上升的為1，電壓下降的為O。參見圖5，圖5示意示出了對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后得到的霍爾狀態(tài)信號的波形。在電機啟動階段，單片機24根據(jù)同步檢測電路22輸出的例如50Hz的方波同步信號以及對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的霍爾狀態(tài)信號的波形來驅(qū)動交流換流開關(guān)25，使得單相無刷電機運轉(zhuǎn)并達(dá)到與交流輸入電源的頻率同步的同步轉(zhuǎn)速，從而完成電機啟動階段的轉(zhuǎn)速控制。之后，電機將進(jìn)入其他階段的轉(zhuǎn)速控制，以達(dá)到用戶期望的轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速。達(dá)到同步轉(zhuǎn)速之后的轉(zhuǎn)速控制不屬于本發(fā)明所涉及的范圍，因此省略其描述。
[0034]達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的信號關(guān)系波形圖參見圖6所示。請注意，未達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的霍爾狀態(tài)信號的高電平時段要大于達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的開關(guān)信號的高電平時段。達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時，霍爾狀態(tài)信號與同步信號是同步的，未達(dá)到同步轉(zhuǎn)速之前，兩者是不同步的。
[0035]參見圖6，圖6所示的同步信號是同步檢測電路22輸出的方波同步信號。當(dāng)同步信號和霍爾狀態(tài)信號同時為“I”時，或者當(dāng)同步信號和霍爾狀態(tài)信號同時為“O”時，單片機24輸出高電平的開關(guān)信號以控制交流開關(guān)25為“導(dǎo)通”；否則，單片機24輸出低電平的開關(guān)信號以控制交流開關(guān)25為“截止”。盡管圖6示出了達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的信號關(guān)系波形圖，但是開始啟動到達(dá)到同步轉(zhuǎn)速這一過程中，單片機24也是根據(jù)同步檢測電路22輸出的方波同步信號以及對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的霍爾狀態(tài)信號的波形來驅(qū)動交流換流開關(guān)25，只是開關(guān)信號的占空比不同。
[0036]為了解決在輸入電壓偏低啟動時，電機加速到同步轉(zhuǎn)速時間比較長的問題，通過分析圖6所示的波形關(guān)系，可以看出，如果