[發(fā)明專利]一種安全可靠的無傳感器無刷直流電機(jī)啟動(dòng)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711042266.2
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN107733300B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周新秀;陳曦;周詠平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P6/20
• 分類號(hào): H02P6/20;H02P6/182
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種安全可靠的無傳感器無刷直流電機(jī)啟動(dòng)控制方法，其特征在于：通過分析預(yù)定位階段的預(yù)置電流、瞬時(shí)位置的關(guān)系，得到兩步預(yù)定位法所需要注入的最小電流值；預(yù)定位結(jié)束后，利用線電壓差來檢測過零點(diǎn)，并通過注入合適的加速電流使電機(jī)在第一個(gè)換相區(qū)間內(nèi)反電勢過零點(diǎn)可測，保證順利換相，使電機(jī)從預(yù)定位階段直接過渡到自同步階段完成啟動(dòng)；

所述從預(yù)定位直接切換到自同步階段所需的加速電流大小由以下方法得出：

預(yù)定位完成后，給電機(jī)定子通入加速電流，轉(zhuǎn)子開始加速轉(zhuǎn)動(dòng)，若能在第一個(gè)換相點(diǎn)處正確換相，就可以直接從預(yù)定位階段直接過渡到自同步階段，加速電流越大，檢測到的換相點(diǎn)越接近理想的換相點(diǎn)，若電流很小有可能在第一個(gè)換相區(qū)間內(nèi)檢測不到換相點(diǎn)的存在，導(dǎo)致切換到自同步階段失敗，因此，為保證第一次換相點(diǎn)可被可靠檢測，需要分析注入加速電流大小對換相點(diǎn)檢測的影響并得到可以順利切換到自同步階段所需要的最小的加速電流；

假設(shè)預(yù)定位結(jié)束后，轉(zhuǎn)子位于I處，第一個(gè)換相點(diǎn)為II處，兩處間隔為60°，轉(zhuǎn)子從I處到II處的轉(zhuǎn)動(dòng)方程可以表示為：

ω₁＝a₁×t₁ (7)

θ₁＝a₁×t₁²/2 (8)

其中α₁是轉(zhuǎn)子的平均旋轉(zhuǎn)加速度，ω₁是轉(zhuǎn)子速度，t₁是加速時(shí)間，θ₁＝π/3，把式(8)帶入式(7)得到轉(zhuǎn)子在II位置的瞬時(shí)速度，從而得到在II位置的反電動(dòng)勢值：

k_e是反電動(dòng)勢系數(shù)，E_a是在II處的反電動(dòng)勢值，p表示電機(jī)極對數(shù)，根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩平衡方程，轉(zhuǎn)子加速度值可以得到：

T_L是負(fù)載力矩，把式(10)帶入式(9)得到：

可以看出，當(dāng)負(fù)載力矩一定時(shí)，II處的反電動(dòng)勢大小只和加速電流I_a有關(guān)，考慮到在過零點(diǎn)檢測電路中有一個(gè)信號(hào)放大調(diào)理環(huán)節(jié)，為了保證檢測電路可以測得此刻的相反電動(dòng)勢，有以下公式：

E_a×G≥U_min (12)

G是信號(hào)放大調(diào)理環(huán)節(jié)的放大增益，U_min是電壓檢測電路的最小可測電壓；

采用檢測線電壓差提取過零點(diǎn)的方法，并結(jié)合式(11)、(12)得到加速電流：

該電流是保證從預(yù)定位結(jié)束直接進(jìn)行自同步加速的最小電流，基于檢測到的換相點(diǎn)，理想的換相瞬間可以通過延遲過零點(diǎn)30°電角度來獲得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全可靠的無傳感器無刷直流電機(jī)啟動(dòng)控制方法，其特征在于：所述預(yù)定位階段的最小電流值由以下分析得到：

電機(jī)定子通入電流產(chǎn)生電磁力，從而獲得電磁力矩T_e，可以表示成如下形式：

T_e＝K_t×I_p×sin(θ₀) (1)

其中K_t是轉(zhuǎn)矩系數(shù)，I_p是預(yù)定位電流，θ₀是定子通過電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁動(dòng)勢之間的夾角，θ₀∈(–π,π)，為了拖動(dòng)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩T_e應(yīng)該大于阻尼力矩T₀，如下：

K_t×I_p×|sin(θ₀)|＞T₀ (2)

其中，對特定電機(jī)而言K_t是恒值，故得出預(yù)定位電流I_p和相位夾角θ₀滿足公式(3)時(shí)，可以正常拖動(dòng)轉(zhuǎn)子；

另外一些不能通過預(yù)定位電流I_p拖動(dòng)的區(qū)域被稱作是“死區(qū)”θ_dead，

如果轉(zhuǎn)子初始位置位于“死區(qū)”，此時(shí)θ₀很小，即使預(yù)定位電流很大也難以克服阻尼力矩拖動(dòng)電機(jī)，為了避免這個(gè)問題，采用兩步預(yù)定位方法，在第一次預(yù)定位后，重新拖動(dòng)轉(zhuǎn)子定位于與第一次定位角度相差60°的位置，為了保證能在兩步內(nèi)有效拖動(dòng)轉(zhuǎn)子，兩步預(yù)定位的“死區(qū)”之和應(yīng)該小于60°，這樣保證至少會(huì)有一次定位成功；

2×θ_dead≤60° (5)

此外，由公式(4)可知預(yù)定位電流I_p影響到“死區(qū)”的大小：預(yù)定位電流I_p越大，“死區(qū)”越小；然而，過大的預(yù)定位電流可能導(dǎo)致功率器件損壞，特別是在轉(zhuǎn)子靜止堵轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)合公式，可以得到保證兩步預(yù)定位法可靠定位轉(zhuǎn)子的最小的啟動(dòng)電流為：