[發明專利]車用空調壓縮機新型電驅動控制系統及方法

無效

• 申請號: 200710040795.9
• 申請日: 2007-05-17
• 公開（公告）號: CN101051806A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 徐國卿;胡波;項安;袁登科;劉峰;璩克旺
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P6/08;H02P6/20;B60L1/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及涉及壓縮機負載的驅動與控制的相關技術領域，提出了基于自學習最優化的無位置無刷電機控制電路及其控制方法，特別是一種車用空調壓縮機新型電驅動控制系統及方法。

背景技術

隨著高性能永磁材料、微電子技術、自動控制技術和電力電子技術特別是大功率半導體器件的快速發展，永磁同步電機得到了迅速的發展。由于其調速性能優越，且體積小、重量輕、效率高、轉動慣量小、不存在勵磁損耗問題，因此在各個領域具有廣泛的應用前景。永磁同步電機按其工作原理、驅動電流和控制方式的不同，可分為具有正弦波反電動勢的永磁同步電機(PMSM)和具有梯形波反電動勢的永磁同步電機，后者又被稱為無刷直流電機(BLDCM)。BLDCM和PMSM相比，具有明顯的優越性，反饋裝置簡單，功率密度更高，輸出轉矩更大，控制結構更為簡單，使電機和逆變器各自的潛力得到充分的發揮。因此，無刷直流電機的應用和研究受到了充分的重視。據資料統計，無刷直流電機每年以大約15％的比例增加。在這些增長中，一個不可逆轉的趨勢是無刷直流電機憑其技術優勢在許多場合取代著其他種類的電動機。

由于無刷電動機比有刷直流電動機有更多的優點，而且比無電刷結構的交流電動機又有良好的機械特性和控制特性，因此具備廣泛應用前景。與其他電機相比較，無刷直流電機具有以下幾個特點：

(1)效率高?無刷直流電動機的轉子是由永磁材料構成，它上面既無銅耗又無鐵耗，其效率比同容量異步電動機提高5％-12％。

(2)功率因數高?無刷直流電動機無需從電網吸取激磁電流，功率因數接近1。

(3)啟動轉矩大，啟動電流小?無刷直流電動機的機械特性和調節特性與他勵直流電動機樞控時的相應特性類似，所以它的啟動轉矩大，啟動電流小，調速范圍寬，并且用電子換向取代了機械換向，克服了電刷換向引起的缺點。

(4)電動機出力大?該電動機在體積和最高工作轉速相同時，較異步電機輸出功率提高30％。

(5)適應性強?電源電壓偏離額定值+10％或-15％，環境溫度相差40K以及負載轉矩從0-100％額定轉矩波動時，無刷直流電動機的實際轉速與設定轉速的穩態誤差，不大于設定轉速的±1％。

(6)自控式調速系統?它無需像普通同步電動機那樣需要啟動繞組，在負載突變時，不會產生振蕩和失步。

現如今，無刷直流電機的應用范圍已經涉入到各個領域。由于大多數電子設備中電子線路均有直流電源供電，且要求電機具有調速、穩速、定位控制等特性。因此當前大多數精密設備中均采用無刷直流電機驅動控制。如計算機硬、軟盤驅動，激光打字機棱鏡驅動，錄像機鼓驅動，CD唱機驅動，醫療診斷CT機，治療用高速牙鉆，衛星上太陽能帆板驅動，儀用通風機等。在工業自動化領域中，目前已應用的高檔數控加工設備，已有取代傳統結構的直流和交流電機的趨勢。另外在一些工業加工設備中也開始推廣應用，如工業縫紉機、輕印刷機械、食品加工機械等。值得密切關注的是工業機器人驅動控制，由于這種應用場合對速度、力矩、和定位控制均有要求，無刷電機是首選品種，目前全世界已有100多萬臺各類機器人，而且每年以高于20％速率增長，對無刷直流電機需求量很大。現代汽車正朝著豪華型方向發展，自動化程度很高，使用眾多類型的電動機，其中無刷直流電機在很多難以維修的部件中應用。另外，電動車作為無污染的未來交通工具，受到各國工業界的重視，目前正加大投入，加緊開發，無刷直流電機是最理想的動力源。近年來，無刷直流電機在各類家電產品中均有應用，提高家電產品的自動化程度，使這些家電產品實現省電、多功能、自動控制，如定時，定溫，自然調節等，按軟件程序工作。無刷直流電機大有取代交流電機在家電產品中應用趨勢。

無刷直流電機定子繞組一般制成多相(三相、四相、五相不等)，轉子由永久磁鋼按照一定的極對數組成。當定于繞組的某一相導通時，該電流與轉子永久磁鋼的磁極所產生的磁場相互作用產生轉矩，驅動轉子旋轉，再由位置傳感器將轉子的位置信號變換成電信號，去控制電子開關線路，從而使定子各相繞組按照一定的次序導通，定子相電流隨轉子的位置變化按一定的周期換相。電子開關線路的導通順序是與轉子轉角同步的，因而起到了直流電機機械換相器的換相作用。

下面以三相橋式Y連接結構電機為例說明永磁無刷電機的換流過程。