[发明专利]以内功率因数角实时闭环调整控制单相无刷直流电机方法

说明书

本发明公开了一种以内功率因数角实时闭环调整控制单相无刷直流电机方法，针对单相无刷直流电机运行在不同工况下，由于绕组电感作用会使相电流发生不同相位角滞后，根据Hall信号与相电流之间的相位差实时计算出内功率因数角的大小，并通过控制相电压的相位完成对内功率因数角的实时闭环调整，在此基础上实现电机的高效率运行。本发明通过设计特定的相电流采样方式，获取完整周期的相电流，然后实时计算内功率因数角，并完成内功率因数角的闭环调整，能够在电机转速、负载等工况发生变化时一直保持着内功率因数角为零，避免大量实验获取不同工况下的导通角的繁琐过程，而且能够保证任何转速、负载下的高效运行，具有较强的适应工况变化的能力。

技术领域

本发明涉及一种以内功率因数角实时闭环调整控制单相无刷直流电机方法。

背景技术

在对机电产品提出高效节能要求的形势下，一些原来采用单相异步电机驱动的应用场合纷纷采用高功率密度和高效率的低成本永磁电机来替代。单相无刷直流电机，又名“单绕组无刷直流电机”，具有结构简单、加工制造容易、所需功率管少、控制电路简单、成本低的优点，在一些低成本、低起动转矩、对电机性能要求不高的小功率设备，如风机、水泵等场合得到了较广泛的应用。但随着一些应用场合对性能要求的提高，进一步提升单相无刷直流电机在不同转速、不同负载下的运行效率，使其接近三相(三绕组)无刷直流电机的性能，是对单相无刷直流电机提出的新要求。

现有的单相无刷直流电机的控制方式主要为转速开环、转速闭环、电流闭环或外转子环内电流环的双闭环结构，对于径向充磁转子，往往根据转子位置，采用PWM或SPWM的调制方法生成与转子相对位置固定的功率管驱动信号，保证施加到单相绕组上的电压为方波或正弦波。由于电机运行过程中，转速或负载发生变化时，电流和电压间的相位也会随之改变。如果不对电流相位进行调整，无法做到在宽转速或宽负载范围内的高效运行。传统的控制方法中通过大量的实验测量单相无刷直流电机在不同转速、不同负载下需要的超前导通角，并存储在控制器中，该方法过于繁琐且精度不高，当应用场合发生变化时很可能需要重新测量参数，不能很好的满足特定电机的不同应用场合。图2为现有控制方法采用的主电路图。

发明内容

本发明的目的是解决目前单相无刷直流电机在宽速度宽负载范围高效运行方面存在的技术问题。

为实现以上发明目的，本发明提供一种以内功率因数角实时闭环调整控制单相无刷直流电机方法，包括以下步骤：

(1)完整周期相电流的获取：通过在单相无刷直流电机控制电路绕组位置上进行相电流采样，获取360°电角度周期的完整相电流波形；

(2)内功率因数角的实时计算：无论在何种工况下，单相无刷直流电机的Hall信号与反电势信号始终保持固定的相位差Δθ，满足单相无刷直流电机相电流和反电势的始终同相位，只需要保证Hall信号和相电流信号始终保持固定相位关系即可；通过高频计数的方式，获得上个Hall周期的时间t_l以及当前Hall周期已用时间t，实时的估算出电角度θ，即为Hall信号的相位角，得到相电流过零点时刻电角度θ_i，此时，单相无刷直流电机的内功率因数角φ＝θ_i+Δθ；

(3)根据内功率因数角φ，设定参考内功率因数角为φ_ref＝0，进行内功率因数角的闭环调节；

(4)根据步骤2得到的单相无刷直流电机的Hall周期，计算出单相无刷直流电机的实际运行转速n，完成单相无刷直流电机的转速控制。

进一步地，步骤(1)中所述相电流采样采用霍尔型电流采样芯片或差分放大器。

进一步地，步骤(3)中所述内功率因数角的闭环调节为PI调节，调整周期间隔为1-3秒。

进一步地，步骤(4)中所述转速控制为转速开环或转速闭环。