[发明专利]一种稀土永磁无刷直流电动机扩速用角度计算方法

说明书

技术领域

本发明应用于稀土永磁无刷直流电动机的控制系统。此角度计算方法主要使用于稀土永磁无刷直流电动机的扩速段的换相控制。

背景技术

稀土永磁电机由于采用永磁体励磁而使得其结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗小、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。然而，永磁电机采用永磁体励磁，也造成调节励磁的困难，难以实现在基速以上恒功率弱磁扩速运行。

永磁电机最简单的扩速办法是利用电枢反应削弱励磁，即使定子电流的直轴分量I_d＜0，其产生的磁场方向与气隙磁场相反，起去磁作用。但是，永磁材料的磁导率与空气相仿，磁阻很大，相当于定转子间有很大的有效气隙，利用电枢反应弱磁的方法需要较大的定子电流直轴分量。作为短时运行，这种方法可以接受，长期弱磁工作时，会带来很大的功率损耗。实际运行效果不理想。

还有一种永磁电机的扩速方法是，利用永磁电机的气隙磁密随其转子位置周期变化的特点，在其气隙磁密弱的时候给绕组加电。这样也能使绕组等效气隙磁密降低，最终达到提高电机转速的目的。因此此扩速方法需要较高的换相控制精度，并且需要具有提前换相(即换相点预测)功能。本发明很好的解决了此问题。

发明内容

本发明的具体内容是：将直接检测位置信号改为利用速度信号计算出当前的电机角度变量θ，并根据角度变量θ计算区间代号。通过“Z”信号或电周期信号对计算的角度进行修正，以消除累积误差。满足控制器对位置信号的精度要求，并可以实现提前换相的功能。

根据“国家电控配电设备质量监督检验中心”出具的《160kW电机及控制器检验报告》，可以得到以下结论：经试验验证，在使用本发明的基础上，该系统已达到2.5倍扩速指标，运行稳定可靠。

附图说明

图1为无刷直流电动机控制系统的原理框图；

图2为霍尔位置传感器的位置检测信号；

图3为三相无刷直流电动机星形连接驱动原理图。

具体实施方式

如图1所示，永磁无刷直流电动机直流驱动控制系统由直流电源、开关电路、电动机、位置传感器、控制电路等部分组成。

一、参数确定：

1、确定电机的极对数P的数值；

2、确定控制电路CPU的采样周期为T1；

3、控制电路使用DSP的捕获功能检测电机转速n。

二、当前角度θ计算：

1、利用U相的上升沿作为修正信号。每当捕获到修正信号，正转时令电机的角度变量θ＝0；反转时令电机的角度变量θ＝360；

2、计算电机的当前角度θ_i＝θ_i-1+ω×T1；

ω＝2×π×f＝2×π×n×P÷60＝360×n×P÷60＝6×n×P；

ω：电机转子电极电角速度；

n：电机转速；

P：电机极对数；

θ_i-1：上次采样周期计算的电机角度θ。

3、对电机进行移相控制时，需在电机角度变量θ_i上加上所需的移相角“δθ”。

三、区间代号D计算：

1、使用电机的角度变量θ查表得出区间代号D。

区间代号D对应表：

if(60＞θ≥0)   D＝1；

if(180＞θ≥60) D＝2；

if(180＞θ≥120)D＝3；

if(240＞θ≥180)D＝4；

if(300＞θ≥240)D＝5；

if(360＞θ≥300)D＝6；

if(420＞θ≥360)D＝1；

if(480＞θ≥420)D＝2。

四、换相控制：

根据区间代号D并按照表1的规律，控制电子开关电路的功率管的状态，从而控制电机的运行。见表1和图3

表1三相星形连接全桥驱动功率开关管通电规律表

注：表中“1”表示导通；“0”表示截止。