[發明專利]直流無刷電機控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201210356606.X
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102868344A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 吳文賢;胡安永;王周葉
• 申請（專利權）人: 珠海格力電器股份有限公司;珠海凱邦電機制造有限公司;合肥凱邦電機有限公司;重慶凱邦電機有限公司;河南凱邦電機有限公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/16
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 林永協

技術領域

本發明涉及電機的控制領域，尤其是涉及一種對直流無刷電機的控制方法以及控制裝置。

背景技術

直流無刷電機因其具備連續調速的優點，越來越受到人們的青睞，已經廣泛應用在各種電器設備中。直流無刷電機的工作需要控制電路的控制驅動，控制電路包括控制器以及用于驅動直流無刷電機工作的逆變單元，逆變單元向電機的三相母線輸出電壓信號，控制電機工作。控制器向逆變單元輸出的波形為正弦波或方波，因此分別稱為正弦波驅動和方波驅動。

方波驅動的方式較為簡單，也容易實現，但電機輸出功率大時，電機明顯存在轉矩脈動、換相噪聲等問題，在一些對噪聲有較高要求的應用領域中存在使用局限性。針對這些應用，采用正弦波驅動方式可以有效降低轉矩脈動、換相噪音等問題。

目前正弦波驅動的控制方式主要有以下兩種：一種是通過以電機三相母線的端電壓為控制目標，對電機的三相母線施加一定空間矢量PWM調制電壓，使電機繞組中產生正弦波電流，通過控制正弦波電流的幅值及相位實現對電機的控制；另一種是通過以電機三相母線的相電流為控制目標，對相電流進行解耦操作，建立電流環，通過直接控制相電流的相位與幅值實現對電機的控制。

以三相母線端電壓為控制目標的控制電路結構如圖1所示，控制電路包括控制器10、逆變單元16以及位置傳感器17，控制單元10為單片機或數字信號處理器（DSP）等器件，其內設置有電壓調制比因數計算模塊11、位置角度計算模塊12以及電壓計算模塊13。

位置傳感器17為光電編碼器或磁電編碼器、霍爾傳感器等，用于檢測直流無刷電機的轉子位置，并將檢測的信號輸出至控制單元10。控制單元10的電壓調制比計算模塊11根據位置傳感器17輸出的信號，計算轉子當前的轉速，并與設定的轉速進行比較，計算出電壓調制比因數K。

此外，位置角度計算模塊12根據位置傳感器17輸出的信號估算出轉子當前的位置角度θ，并計算位置角度θ的三角函數，如sinθ、sin（θ-120）等，將計算結果輸出至電壓計算模塊13。

電壓計算模塊13根據計算出的電壓調制比因數K以及轉子當前的位置角度θ的三角函數計算向逆變單元的三相母線對應的上橋臂的場效應管輸出的PWM調制信號。

如圖2所示，逆變單元16具有六個場效應管，每一個場效應管內部均并聯一個反向的二極管，場效應管T1連接在正極直流電源端子B+與U相電流輸出端子之間，場效應管T2連接在U相電流輸出端子與負極直流電源端子B-之間。場效應管T1、T2組成U相一個橋臂。

相同地，場效應管T3、T4?組成V相一個橋臂，輸出V相的電流，而場效應管T5、T6組成W相橋臂，輸出W相的電流。

每一個橋臂分為上橋臂及下橋臂，例如，輸出U相電流的逆變電路中，連接在正極直流電源B+與U相電流輸出端子之間的電路為上橋臂，即圖2中的場效應管T1。連接在U相電流輸出端子與負極直流電源端子B-之間的電路為下橋臂，即圖2中的場效應管T2。同理，場效應管T3?為V相電源逆變電路的上橋臂，場效應管T4為V相電源逆變電路的下橋臂，場效應管T5為W相電源逆變電路的上橋臂，場效應管T6為W相電源逆變電路的下橋臂。

使用上述方法對電機進行控制，需確定當前轉子位置角度所在的扇區以及矢量作用時間等復雜步驟，計算量非常大，占用單片機等器件很大資源。并且，在電機360°電角度內，逆變單元16的六個場效應管需要在每個PWM調制信號的波形的周期內都被調制，場效應管的開關損耗較大，發熱量大，影響場效應管以及控制器的使用壽命。

在理想狀態下，同一橋臂上的兩個場效應管的控制信號時互補的，即上橋臂的場效應管為高電平信號時，下橋臂的場效應管為低電平信號，這種情況稱為沒有死區時間的控制信號，如圖4的第一個波形圖與第二個波形圖所示。但在實際過程中，若上橋臂場效應管的控制信號從高電平變為低電平的同時，下橋臂的場效應管的控制信號馬上從低電平變為高電平，容易發生同一橋臂的兩個場效應管同時導通的情況，導致流向電機的電流過大而引起短路，因此，從一個場效應管的關閉到另一場效應管導通之間需要有一定的間隔，這個時間間隔稱為死區時間，如圖4中的第三、第四個波形圖就是具有死區時間同一橋臂上兩個場效應管的控制信號波形圖。