[發明專利]直流電動機變頻控制裝置

有效

• 申請號: 200710087245.2
• 申請日: 2007-03-22
• 公開（公告）號: CN101272114A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 程永甫;林凡卿;劉俊杰
• 申請（專利權）人: 海爾集團公司;青島海爾空調器有限總公司
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P6/06;H02P6/08
• 代理公司: 北京信遠達知識產權代理事務所
• 代理人: 王學強

技術領域

本發明涉及直流變頻電動機領域，特別涉及一種無刷直流電動機變頻控制裝置。

背景技術

在電動機驅動技術中，普通的鼠籠式交流電動機由于結構簡單，獲得了廣泛的應用。但是這種電動機的控制性能差，難以獲得所需的轉速和力矩。例如，采用普通的鼠籠式交流電驅動的空調和電冰箱的壓縮機，由于無法控制電動機轉速、力矩，因此壓縮機工作時的制冷能力相同，無法按照需要調節壓縮機制冷。因此，此種壓縮機采用電動機間隔工作的方法以獲得合適的控制溫度。電動機反復停止、啟動，造成耗電大，溫度不恒定等問題，效果很不理想。

由于存在上述問題，針對鼠籠式電動機的變頻調速技術獲得很大的發展。該種技術根據普通的鼠籠式交流電動機的特點，采用改變驅動電流頻率同時維持V/F恒定的方法，實現轉速控制。但是，由于鼠籠式交流電動機的電樞電流和勵磁電流是耦合的，還是無法做到精確控制。目前用于鼠籠式電動機變頻調速的變頻調速技術中，矢量控制方法最為成熟。該方法運用現代控制理論，通過矢量轉換，將交流電機中耦合的電樞電流和勵磁電流解開，實現對電動機的轉速控制。但是，該種控制方式仍然無法使交流電動機達到直流電動機的調速性能，對電動機轉矩更無法進行精確控制。此外，這種控制方法還有調速范圍窄等缺陷。而且，目前采用此種技術的變頻空調無法實現真正的無級變速，而只能實現變級調速。要改變上述缺陷，只有不再使用在控制性能上有根本缺陷的交流電動機，改為使用控制特性良好的直流電動機。

相對于交流電動機，直流電動機的電樞電流和勵磁電流可以相互獨立控制，易于獲得良好的調速性能以及力矩控制特性。

由于上述原因，目前空調、冰箱等領域，使用直流變頻技術逐漸開始普及。直流電動機分為有刷直流電動機和無刷直流電動機。有刷直流電動機由于電刷易受磨損，存在維護困難，無故障時間短等問題。因此，無刷直流電動機得到了廣泛的應用。

無刷直流電動機采用永磁轉子，沒有三相交流異步電機中存在的轉子電流消耗，具有更高的能量轉換效率，并具有旋轉平穩、噪聲低及電機尺寸小等顯著特點，是目前節能效果最好的電動機。

與有刷直流電動機不同，無刷直流電動機沒有電刷，它是依靠檢測轉子位置信息來選擇正確的換向順序，使電動機的定子始終驅動轉子旋轉。

一般情況下，采用在電動機上安裝霍爾元件等傳感器實現對轉子位置的檢測，但對于壓縮機這類密封的無刷直流電動機，位置傳感器難以安裝。在這種情況下，無刷直流電動機的無傳感器控制被廣泛采用。

目前使用的無傳感器直流變頻調速技術中，采用過零檢測法判斷轉子的位置。此種方法通過檢測不導通相反電勢的過零點信息及換向邏輯來選擇最佳的換流順序。由于過零檢測法只能檢測一些特定的點，而且隨著電動機轉速在大范圍內變化，反電勢的變頻率也會變化，檢測電路中的濾波器件會帶來一定的相移，影響檢測過零點的準確性。同時功率器件上續流二極管的反向電流作用，在大電流情況下也會對過零點的檢測帶來一定的影響。更重要的是，這種檢測方式需要被檢測相不導通，因此只能用于120度變頻模式，而無法用于180度正弦波變頻模式。由于無刷直流電動機的力矩特性是按照正弦變化的，按照正弦特性對其進行加力才能夠使所加的力完全用來驅動無刷直流電動機，實現能量轉換的最佳效率。要實現這一效果，必須使用180度正弦波變頻模式。所以，上述采用過零檢測判斷轉子的位置的方法由于只能用于120度變頻模式，而使其應用范圍受到很大的阻礙。

因此，如何滿足無刷直流電動機180度正弦波變頻的需要，是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種無刷直流電動機變頻控制裝置，能夠滿足無刷直流電動機180度正弦波變頻的需要。

具體說，本發明實施例提供一種直流電動機變頻控制裝置，該裝置包括用于直接采集所述發動機三相電流的取樣電阻、智能變頻模塊和控制器；

所述取樣電阻為三個，分別串聯在所述智能變頻模塊的三個下橋臂和電源直流母線之間；

所述智能變頻模塊，包括由大功率電子開關器件組成的逆變器，所述大功率電子開關器件的開關控制極接收所述控制器發送的開關控制信號，并通過所述控制器轉換為所述直流電動機的驅動電流；

所述控制器包括用于根據所述取樣電阻采集的所述發動機三相輸入電流計算獲得其轉子位置的計算單元，以及根據該轉子位置以及期望的電動機轉速生成所述大功率電子開關器件開關控制信號的控制單元。

優選地，所述取樣電阻根據該電阻電壓采集所述發動機對應相的電流。