[發明專利]單繞組直流無刷電機的正弦波電壓驅動系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410252017.6
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104038114A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 戴政;孔小明
• 申請（專利權）人: 江蘇仁源電氣有限公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/10
• 代理公司: 無錫大揚專利事務所(普通合伙) 32248
• 代理人: 郭晟杰

1.單繞組直流無刷電機的正弦波電壓驅動系統，其特征在于包括電源電路、全橋功率逆變電路、單繞組直流無刷電機、位置傳感器、電壓采樣電路、控制運算單元、位置檢測電路和外部指令接收電路；

所述電源電路輸出直流電源，通過DC+/DC-直流母線與全橋功率逆變電路連接；

所述全橋功率逆變電路包括4組由IGBT或MOSFET組成的大功率開關器件，全橋功率逆變電路與所述控制運算單元呈電連接，4組大功率開關器件的開關信號來自于控制運算單元發出的脈寬調制波；全橋功率逆變電路通過兩條交流動力線AC_U和AC_V與所述單繞組直流無刷電機連接，輸出交流電壓以驅動單繞組直流無刷電機；

所述位置傳感器安裝在單繞組直流無刷電機中用于檢測轉子位置；位置傳感器通過位置檢測電路與控制運算單元呈電連接，使得位置傳感器的采樣信號通過位置檢測電路處理后傳送至控制運算單元；

所述電源電路與全橋功率逆變電路間的DC+/DC-直流母線分別與電壓采樣電路呈電連接，電壓采樣電路與控制運算單元呈電連接，使得直流母線上的電壓信號能夠經電壓采樣電路處理后傳送至控制運算單元；

所述外部指令接受電路與控制運算單元呈電連接，外部指令接受電路用于接受外部上位機輸入的轉速或輸出功率的指令信號，并經處理后傳送至控制運算單元；

所述控制運算單元包括不少于一個的運算處理器CPU，其用于接受上述的所有信號后完成單繞組直流無刷電機的驅動控制計算。

2.如權利要求1所述的單繞組直流無刷電機的正弦波電壓驅動系統的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，將整個感應電壓的波形與輸出電壓相位角的對應關系在單繞組直流無刷電機上進行測量，得到感應電壓與輸出電壓相位角的分布系數關系曲線，并將該曲線按照表格或計算公式的方式輸入至控制運算單元的存儲裝置中；

第二步，控制運算單元通過外部指令接受電路或預先設定的內部值，得到電機旋轉頻率指令值；

第三步，控制運算單元根據位置傳感器和位置檢測電路采集電機旋轉速度和位置信號，計算得到電機旋轉頻率，同時計算出當前電機的輸出電壓相位角瞬時值；

第四步，控制運算單元根據電機旋轉頻率指令值與位置傳感器和位置檢測電路采集到的電機旋轉頻率作速度反饋比例-積分-微分運算，得到輸出電壓指令值；

第五步，控制運算單元根據電機的輸出電壓相位角瞬時值進行正弦運算，求出正弦值，該正弦值的根號2倍乘上輸出電壓指令值后得到輸出電壓瞬時值；或者，當所述單繞組直流無刷電機的感應電壓中高次諧波電壓成分較大時，控制運算單元查詢感應電壓與輸出電壓相位角的分布系數關系曲線，并按輸出電壓相位角瞬時值通過插值計算得到分布系數，該分布系數乘上輸出電壓指令值后得到輸出電壓瞬時值；

第六步，控制運算單元通過輸出電壓瞬時值與電壓采樣電路采樣得到的直流母線電壓瞬時值進行比例計算，得到輸出占空比，最后得到控制功率器件開關的脈寬調制波信號；

整個控制流程按上述步驟，在預先設定的控制周期內，從第二步至第六步周而復始地進行，完成了單繞組直流無刷電機的正弦波電壓驅動控制。

3.如權利要求2所述的單繞組直流無刷電機的正弦波電壓驅動系統的控制方法，其特征在于當所述位置傳感器為霍爾位置傳感器時，第三步中當前電機的輸出電壓相位角瞬時值的計算公式如下：

θ＝θ_sen+θ_pre+2πf_fbΔt

式中，θ為電機的輸出電壓相位角瞬時值；θ_sen為霍爾位置傳感器采集到的位置傳感器相位角，它根據霍爾信號的高低電平變化動態更新；θ_pre為預先設置在控制運算單元中的進相角，可以通過調節θ_pre的數值，來校正位置傳感器的誤差；f_fb為位置傳感器和位置檢測電路所采集到的電機旋轉頻率；Δt為霍爾位置傳感器更新相位角θ_sen后的時間變化量。