[發明專利]一種基于無位置傳感器的直流無刷電機控制器及其控制方法

在審

• 申請號: 201710632309.6
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107425765A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 俞賀文;李清濤;俞敏杰
• 申請（專利權）人: 無錫雙能達科技有限公司
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182;H02P6/08;H02P6/21;H02H7/085
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙)11411
• 代理人: 王俊

技術領域

本發明涉及一種基于無位置傳感器的直流無刷電機控制器及其控制方法。

背景技術

目前，隨著我國水產養殖規模的擴大，水產養殖朝著節能減排、節約成本、智能化控制方向發展。目前我國規模化水產養殖采用單一的人工控制的方式機械增氧，不僅占用了大量的人力資源，也普遍存在著電能的巨大浪費，而且增氧機的效率低下與此同時給操作人員帶來巨大的安全隱患。而葉輪式增氧機在漁業養殖中屬于應用最廣的一種增氧設備。現有傳統的葉輪式增氧機多是用交流異步電機，通過齒輪減速后帶動葉輪式轉動，來達到增氧效果，規格有AC：220V,380V/1.5KW、2.2KW、3.0KW三種。目前現有傳統增氧機1000-1300萬臺，傳統增氧機存在以下幾個問題：

1.由于市場競爭激烈，一部分廠家使用材料差來降低成本，整機使用壽命短等缺點；其輸出功率效率低，一般效率在60-70％左右，有的電機材料使用差，效率更低。

2.電機通過齒輪減速來增大輸出扭距，齒輪箱平時要定期進行維護，維護成本高。

3.采用的機械結構過多，整機重量重，40-50公斤，且驅動結構復雜，運行噪音大。

發明內容

本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種基于無位置傳感器的直流無刷電機控制器及其控制方法。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：一種基于無位置傳感器的直流無刷電機控制器,包括供電電路、MCU逆變控制驅動電路以及無傳感檢測電路；所述供電電路給所述MCU逆變控制驅動電路供電，并通過所述MCU逆變控制驅動電路驅動直流無刷電機工作；所述無傳感檢測電路通過對所述直流無刷電機的工作電壓以及工作電流進行檢測，并將檢測結果發送給所述MCU逆變控制驅動電路，由所述MCU逆變控制驅動電路根據位置檢測中點法結合ADC采樣法來確定反電動勢過零點，進而再延遲轉子30°電角度來確定電機的換相時刻，以驅動直流無刷電機進行緩慢加速直至達到預定轉速。

進一步的方案是：所述供電電路包括工頻變壓器、高壓濾波電路、低壓濾波整流電路和高壓直流電源；所述MCU逆變控制驅動電路包括MCU芯片、驅動電路和逆變電路；所述無傳感檢測電路包括電流采集模塊、電壓采集模塊和反電動勢過零檢測模塊；其中，所述高壓濾波電路的輸出端與電容預充電路連接，所述電容預充電路的輸出端與高壓直流電源連接，所述高壓直流電源的輸出端與與逆變電路連接，所述逆變電路的輸出端與直流無刷電機連接；所述工頻變壓器的輸出端與低壓濾波整流電路連接，所述低壓濾波整流電路的輸出端分別與MCU芯片以及驅動電路連接；所述反電動勢過零檢測模塊的輸入端分別通過電流采集模塊和電壓采集模塊與直流無刷電機連接，所述反電動勢過零檢測模塊的輸出端與所述MUC芯片連接。

進一步的方案是：所述電容預充電路由電阻、繼電器和電容組成，所述電容在充電的瞬間相當于斷路，當電源接通后首先通過電阻對電容進行充電，當電容的電壓達到預充值后MCU發送指令控制繼電器閉合。

進一步的方案是：所述逆變電路包括一個帶有六個開關管的IGBT功率驅動部件，該IGBT功率驅動部件分為三組開關管并構成三相橋，每組開關管又分為上管和下管，每組開關管中間引出抽頭，構成U-V-W三相動力，并與直流無刷電機的三相繞組相連接。

還包括用于對控制器進行過壓保護的電壓檢測電路，其輸入端與電容預充電路連接，其輸出端與MCU芯片連接。

進一步的方案是：還包括用于對直流無刷電機進行過載保護的保護模塊，其信號輸入端分別與驅動電路和逆變電路連接，其信號輸出端與MCU芯片連接。

進一步的方案是：還包括通信模塊，其輸入端與所述MCU芯片連接，其輸出端與外部控制終端連接。

一種直流無刷電機控制方法,包括如下步驟：

第一步，系統初始化的步驟：系統通電，使控制器的各個模塊完成上電動作，為控制器的后續動作完成準備工作；

第二步，初始轉子定位的步驟：無傳感檢測電路在檢測電壓過程中保持直流母線電壓恒定，然后依次施加六個檢測基本電壓矢量，同時采集直流母線電流最大的峰值，對應的檢測電壓矢量所在區間即轉子位置所在區間；

第三步，開環加速的步驟：當電機的轉子成功定位后，根據預定的換相邏輯依次導通功率開關，在加速期間，不斷的增加PWM的占空比來提高平均加載電壓值，同時減小切換周期，使轉子加速旋轉，直到滿足反電動勢過零點的檢測條件；

第四步，自控運行的步驟：采用增量PID控制方式，以速度環為外環，以電流環為內環對直流無刷電機進行雙閉環控制；