[實用新型]一種無刷直流電機的啟動控制裝置

有效

• 申請號: 201520953502.6
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN205178925U
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 劉峰;薛祖播;左月飛
• 申請（專利權）人: 南京快輪智能科技有限公司
• 主分類號: H02P6/22
• 分類號: H02P6/22
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進

技術領域

本實用新型屬于無刷直流電機的控制技術領域，具體地說是涉及一種無刷直流電機的啟動控制裝置。

背景技術

有刷直流電機由于機械電刷和換向器的存在，導致結構復雜、噪聲大、易產生火花、可靠性差、壽命短，再加上制造成本高、維護困難等缺點，其控制性能難以保障，應用場合也受到極大的限制。針對此問題，無刷直流電機(BrushlessDCMotor,BLDC)以其結構簡單、可靠性高、功率密度大、轉矩大、維護簡單等顯著優點在工業領域得到日益廣泛的應用。

目前，無刷直流電機的啟動方法主要有三段式啟動法、脈沖注入轉子定位啟動法和升頻升壓啟動法等。

(1)三段式啟動法

三段式啟動法包括三個階段，預定位、加速以及切換。預定位指的是將轉子預定在某個位置，實現方法是先任意導通定子的兩相而另一相斷開，導通兩相產生的合成磁勢將轉子直軸吸引過來，電機便能預定到相應的位置。預定位結束后在上一次導通狀態的前提下依次按順序導通開關管，同時增大換相頻率和直流側電壓。為加快啟動過程，需要根據頻率、電壓與電機轉速間的對應關系提前設定一條加速曲線。當電機轉速達到某個值時切換到正常運行狀態，比如根據霍爾位置信號或反電勢過零點判斷轉子位置并進行換相。此法雖簡單，但加速曲線的提前離線確定比較麻煩。

(2)脈沖注入轉子定位啟動法

脈沖注入轉子定位啟動法也包括預定位、加速以及切換三個階段。無刷直流電機在各個方向上的磁路飽和程度不同，導致定子鐵芯的等效電感也不同。當幅值相等而方向不同的電壓矢量脈沖在相同時間內作用在定子上，電壓脈沖結束時產生的定子電流合成矢量值的大小也不同。如果所施加的電壓矢量方向與轉子N極方向一致時，該方向的磁路最飽和，對應的電感值也最小，電流上升最快，最終使定子繞組電流達到最大。具體實現時，分別將兩兩導通六個電壓矢量施加到電機定子端，就可以將轉子確定在60°范圍內。之后的加速與切換過程與三段式啟動法相同。此法可以實現轉子初始位置的靜態檢測，但算法比較復雜。

(3)升頻升壓啟動法

此法是一種運用硬件電路實現的啟動方法。利用電容電壓不能突變，得從0逐漸增大的原理，將電容電壓施加于壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸出作為環形分配器的時鐘信號，環形分配器的輸出作為晶體管開關的驅動信號，因此換相頻率隨著電容電壓的升高而升高。與此同時，電容電壓加于PWM電路兩端，控制PWM輸出的占空比，起到控制輸出電壓幅值的作用。此法原理簡單，但可調性較差，硬件成本較高。

以上三種啟動方法在加速過程都是按照電機轉向以及換相邏輯表依次進行兩兩導通，形成的定子磁場軌跡在空間上呈非連續狀態，電磁轉矩脈動較大，電機在加速過程中的轉速不夠平穩。

發明內容

本實用新型正是針對背景技術中提出的啟動方法所存在的技術問題，提供一種無刷直流電機的啟動控制裝置，該裝置整體結構設計巧妙，操作方便，能夠實現電機的快速穩定啟動。

由于市面上絕大多數BLDC的反電勢并非是嚴格的120°梯形波，而且轉子極對數一般大于1，這就使得BLDC的反電勢幾乎呈正弦波形狀，因此，該電機的啟動控制裝置是基于磁場定向控制(FieldOrientedControl，FOC)的思想，構建了一種“預定位+升壓恒頻+恒壓恒頻”啟動方式，首先通過功率管驅動電路和逆變器產生幅值不變的恒向靜止定子磁場，實現轉子的預定位，之后產生幅值由小變大、后保持不變并且一直以恒定轉速旋轉的定子磁場，定子磁場軌跡在空間上呈連續狀態，驅動轉子從預定位置開始加速再到恒速運行。