專利名稱：一種稀土永磁無刷直流電動機(jī)擴(kuò)速用角度計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于稀土永磁無刷直流電動機(jī)的控制系統(tǒng)。此角度計算方法主要使用于 稀土永磁無刷直流電動機(jī)的擴(kuò)速段的換相控制。
背景技術(shù)：
稀土永磁電機(jī)由于采用永磁體勵磁而使得其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、體積小、重量 輕、損耗小、效率高、電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。然而，永磁電機(jī)采用永磁 體勵磁，也造成調(diào)節(jié)勵磁的困難，難以實現(xiàn)在基速以上恒功率弱磁擴(kuò)速運(yùn)行。永磁電機(jī)最簡單的擴(kuò)速辦法是利用電樞反應(yīng)削弱勵磁，即使定子電流的直軸分量 Id < 0，其產(chǎn)生的磁場方向與氣隙磁場相反，起去磁作用。但是，永磁材料的磁導(dǎo)率與空氣 相仿，磁阻很大，相當(dāng)于定轉(zhuǎn)子間有很大的有效氣隙，利用電樞反應(yīng)弱磁的方法需要較大的 定子電流直軸分量。作為短時運(yùn)行，這種方法可以接受，長期弱磁工作時，會帶來很大的功 率損耗。實際運(yùn)行效果不理想。還有一種永磁電機(jī)的擴(kuò)速方法是，利用永磁電機(jī)的氣隙磁密隨其轉(zhuǎn)子位置周期變 化的特點(diǎn)，在其氣隙磁密弱的時候給繞組加電。這樣也能使繞組等效氣隙磁密降低，最終達(dá) 到提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。因此此擴(kuò)速方法需要較高的換相控制精度，并且需要具有提前換 相(即換相點(diǎn)預(yù)測)功能。本發(fā)明很好的解決了此問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的具體內(nèi)容是將直接檢測位置信號改為利用速度信號計算出當(dāng)前的電機(jī) 角度變量θ，并根據(jù)角度變量θ計算區(qū)間代號。通過“Ζ”信號或電周期信號對計算的角度 進(jìn)行修正，以消除累積誤差。滿足控制器對位置信號的精度要求，并可以實現(xiàn)提前換相的功 能。根據(jù)“國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”出具的《160kW電機(jī)及控制器檢驗報 告》，可以得到以下結(jié)論經(jīng)試驗驗證，在使用本發(fā)明的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)已達(dá)到2. 5倍擴(kuò)速指 標(biāo),運(yùn)行穩(wěn)定可靠。


圖1為無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖；圖2為霍爾位置傳感器的位置檢測信號；圖3為三相無刷直流電動機(jī)星形連接驅(qū)動原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，永磁無刷直流電動機(jī)直流驅(qū)動控制系統(tǒng)由直流電源、開關(guān)電路、電動 機(jī)、位置傳感器、控制電路等部分組成。一、參數(shù)確定
1、確定電機(jī)的極對數(shù)P的數(shù)值；2、確定控制電路CPU的采樣周期為Tl ；3、控制電路使用DSP的捕獲功能檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速η。二、當(dāng)前角度θ計算1、利用U相的上升沿作為修正信號。每當(dāng)捕獲到修正信號，正轉(zhuǎn)時令電機(jī)的角度 變量θ= 0 ；反轉(zhuǎn)時令電機(jī)的角度變量Θ = 360 ；2、計算電機(jī)的當(dāng)前角度θ i = θ ^1+ω XTl ；ω = 2Χ π Xf = 2Χ π ΧηΧΡ + 60 = 360ΧηΧΡ + 60 = 6ΧηΧΡ ；ω 電機(jī)轉(zhuǎn)子電極電角速度；η 電機(jī)轉(zhuǎn)速；P:電機(jī)極對數(shù)；θ η 上次采樣周期計算的電機(jī)角度θ。3、對電機(jī)進(jìn)行移相控制時，需在電機(jī)角度變量θ i上加上所需的移相角“ δ θ ”。三、區(qū)間代號D計算1、使用電機(jī)的角度變量θ查表得出區(qū)間代號D。區(qū)間代號D對應(yīng)表if (60 > θ 彡 0) Dif (180 > θ ^ 60) Dif(180 > θ 彡 120)Dif(240 > θ 彡 180)Dif(300 > θ 彡 240)Dif (360 > θ 彡 300) Dif (420 > θ 彡 360) Dif(480 > θ 彡 420)D四、換相控制根據(jù)區(qū)間代號D并按照表1的規(guī)律，控制電子開關(guān)電路的功率管的狀態(tài)，從而控制 電機(jī)的運(yùn)行。見表1和圖3表1三相星形連接全橋驅(qū)動功率開關(guān)管通電規(guī)律表
權(quán)利要求
一種稀土永磁無刷直流電動機(jī)擴(kuò)速用角度計算方法，其特征在于包括下列步驟(1)、參數(shù)確定，其中包括極對數(shù)P，采樣周期為T1，電機(jī)轉(zhuǎn)速n；(2)、當(dāng)前角度θ計算，θi＝θi 1+ω×T1+δθ；(3)、查表求得區(qū)間代號D；(4)、根據(jù)區(qū)間代號D，進(jìn)行換相控制。
2.特征重點(diǎn)(1)、實時計算出電機(jī)的磁極位置區(qū)間是通過電機(jī)轉(zhuǎn)速η先計算角度變量θ，再利用角 度變量θ計算出電機(jī)的磁極位置區(qū)間。每個電周期(或機(jī)械周期)對角度變量θ進(jìn)行修 正。(2)、利用角度變量θ計算出電機(jī)的磁極位置區(qū)間時，如果用移相角δθ與角度變θ 之和計算電機(jī)的磁極位置區(qū)間，就可對永磁無刷直流電機(jī)進(jìn)行擴(kuò)速控制。
全文摘要
稀土永磁電機(jī)由于采用永磁體勵磁而使得其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、體積小、重量輕、損耗小、效率高、電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。然而，永磁電機(jī)采用永磁體勵磁，也造成調(diào)節(jié)勵磁的困難，難以實現(xiàn)在基速以上恒功率弱磁擴(kuò)速運(yùn)行。本發(fā)明通過高速處理器，利用速度信號計算出當(dāng)前的電機(jī)角度變量θ，進(jìn)而預(yù)測出電機(jī)的換相位置，精確控制無刷直流電動機(jī)在低磁密區(qū)換相。使永磁無刷直流電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速提高一倍以上，擴(kuò)大永磁無刷直流電機(jī)的工作范圍，可廣泛用于國防軍工、工業(yè)及民用等領(lǐng)域。根據(jù)“國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”出具的《160kW電機(jī)及控制器檢驗報告》，可以得到以下結(jié)論經(jīng)試驗驗證，在使用本發(fā)明的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)已達(dá)到2.5倍擴(kuò)速指標(biāo)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
文檔編號H02P6/06GK101938238SQ201010253919
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者倪平, 孫德海, 曲國杰, 王津 申請人:天津航天鑫茂稀土機(jī)電科技有限公司