[发明专利]无刷电动机的控制

说明书

技术领域

本发明涉及无刷电动机的控制。

背景技术

无刷电动机通常包括控制系统，所述控制系统用于控制电动机的相绕组的激励。当被AC电源驱动时，控制系统常常包括有源功率因数校正（PFC）电路，其输出用于在激励相绕组中使用的规则DC电压，同时确保从AC电源得到的电流是基本上正弦的。因此，可以获得相对较高的功率因数。但是，有源PFC电路显著地增加控制系统的成本。另外，PFC电路需要高电容量DC链电容器，其体积大且昂贵，以便提供规则反馈电压至PFC电路。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种用于控制无刷电动机的方法，该方法包括整流交流电压以提供具有至少50%的波动的被整流电压；利用所述被整流电压激励电动机的绕组，以及响应于绕组中电流超过一阈值而执行第一过程和第二过程中的一个，所述阈值与被整流电压成比例，其中，第一过程包括使绕组续流，而第二过程包括继续激励绕组持续超出时段并在超出时段结束时使绕组续流。

由于被整流电压中的波动，阈值且因此被驱动到绕组中的电流的水平随时间改变。由于该阈值与被整流电压直接成比例，从电源得到的电流的波形可以接近正弦曲线的波形。可因此实现相对较高的功率因数，而不需要有源PFC电路或高电容值链电容器。

在达到阈值时，该方法执行两个过程中的一个。在第一过程中，立即使绕组续流。在第二过程中，继续激励绕组持续超出时段，在这之后使绕组续流。通过使绕组续流，电动机中的磁通密度可被更好地控制。特别地，可避免磁饱和。

使用超出时段提供了响应于一个或多个控制变量而调整传导时段（即，激励绕组的时段）的便利方法。例如，该方法可以包括响应于电动机速度、交流电压的RMS值、速度命令值、和扭矩命令值中的一个或多个的变化而调整超出时段。

该方法可以包括，当电动机的速度处于预定速度阈值以下时执行第一过程，而当电动机的速度处于速度阈值以上时执行第二过程。例如，在电动机从静止加速时可以执行第一过程，当电动机在平稳状态下操作时可以执行第二过程。在相对较低速度下，电动机的电半周期相对较长，且因此绕组中的电流可能在相对较短的电角之后超过阈值。如果绕组随后被续流直到电动机的电半周期结束，相对较少的电流以及因此功率会被驱动到绕组中。结果，电动机不会加速或以非常慢的速率加速。因而，第一过程可以包括使绕组续流持续固定的时间段。在续流时段结束时，再次激励绕组，直到电流超过阈值。因此，绕组在电动机的每一个电半周期上被重复地激励和续流。因此，更多的电流以及因此功率可以在每一个电半周期上被驱动到绕组中。当在稳定状态下操作时，该方法可以包括在电动机的每一个电半周期上激励绕组并使绕组续流仅一次。该方法因此使用相同阈值以实现在加速期间的电流控制和实现在稳定状态期间接近正弦曲线的波形的电流波形。由于不管电动机的速度而使用相同阈值，简化了电动机的控制。

不论第一或第二过程是否被执行，绕组被初始地激励，直到绕组中的电流超过阈值。初始时段的长度因此没有被预先确定，而是取决于电动机的物理特性以及交流电压的性质。结果，该初始激励时段用于补偿否则可由于电动机系统内的容差和限制引起的一些计时错误。因而，可实现更稳定的电流波形。

该方法可包括响应于电动机速度和/或交流电压的RMS值的变化而调整超出时段。因此，特定功率分布可在电动机速度和/或电压上被实现。特别地，超出时段可以被调整为在电动机速度和/或电压的范围上实现恒定平均功率（输入或输出功率）。

超出时段的长度可在交流电压的每一个半周期上改变。特别地，超出时段的长度可在交流电压的每一个半周期的第一半上增加，在第二半上减少。超出时段在每一个半周期上改变的量于是可以响应于，例如，电动机速度或交流电压的RMS值的变化而被调整。结果，电流波形内的低阶谐波的大小可以响应于电动机速度和/或RMS电压的变化而被更好地控制。特别地，低阶谐波的大小可以在操作速度范围和/或电压范围上被保持在预定阈值（例如，由主管本体设定的那些）以下。