本實用新型涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置。

背景技術(shù)：

永磁同步電機(jī)（PMSM）具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點，由于其采用正弦波驅(qū)動，所以轉(zhuǎn)矩脈動比方波驅(qū)動的無刷直流電機(jī)要小的多，因此它能夠進(jìn)行能高精度控制。目前，永磁同步電機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電動汽車、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、精密定位系統(tǒng)等各種高新技術(shù)領(lǐng)域。

但是，在相同條件下，采用正弦波驅(qū)動時電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩比方波驅(qū)動時的要小，電機(jī)起動速度較慢。在某些應(yīng)用場合中，要求電機(jī)具有更快的起動速度，能夠盡快達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。因此，可對永磁同步電機(jī)的控制裝置進(jìn)行改進(jìn)，以實現(xiàn)永磁同步電機(jī)的快速起動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用正弦波驅(qū)動控制時永磁同步電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩較小，從而導(dǎo)致的永磁同步電機(jī)起動速度慢的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為，永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置，包括交流電源、整流濾波器、驅(qū)動電路、三相逆變電路、電流檢測電路、轉(zhuǎn)子位置傳感器、解碼裝置、控制器、PWM生成模塊、SVPWM生成模塊、永磁同步電機(jī)；所述交流電源通過整流濾波器與三相逆變電路的輸入端相連，所述三相逆變電路的輸出端與永磁同步電機(jī)相連，所述三相逆變電路的輸出端與電流檢測電路的輸入端相連，所述電流檢測電路的輸出端與控制器的輸入端相連，所述永磁同步電機(jī)通過轉(zhuǎn)子位置傳感器與解碼裝置的輸入端相連，所述解碼裝置的輸出端與控制器的輸入端相連，所述PWM生成模塊的輸入端與控制器的輸出端相連，所述PWM生成模塊的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，所述SVPWM生成模塊的輸入端與控制器的輸出端相連，所述SVPWM生成模塊的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，所述驅(qū)動電路的輸出端與三相逆變電路的輸入端相連。

進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器。

進(jìn)一步地，所述控制器采用數(shù)字信號處理器。

進(jìn)一步地，所述控制器用于判斷所述永磁同步電機(jī)的起動過程是否結(jié)束，其中，

如果判斷所述永磁同步電機(jī)處于起動階段，則所述控制器控制PWM生成模塊輸出PWM波，并關(guān)閉SVPWM生成模塊，對永磁同步電機(jī)進(jìn)行方波驅(qū)動控制；

如果判斷所述永磁同步電機(jī)起動過程結(jié)束，則所述控制器控制SVPWM生成模塊輸出SVPWM波，并關(guān)閉PWM生成模塊，對永磁同步電機(jī)進(jìn)行正弦波驅(qū)動控制。

本實用新型提供的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置的有益效果是：該裝置在永磁同步電機(jī)的起動過程中采用方波驅(qū)動控制，通過增加電機(jī)的起動電磁轉(zhuǎn)矩提高電機(jī)的起動速度、縮短起動時間，實現(xiàn)永磁同步電機(jī)的快速起動。

附圖說明

圖1是本實用新型的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是根據(jù)本實用新型的實施例的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是根據(jù)本實用新型的實施例的永磁同步電機(jī)快速起動控制流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1，為本實用新型提供的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置，包括交流電源、整流濾波器、驅(qū)動電路、三相逆變電路、電流檢測電路、轉(zhuǎn)子位置傳感器、解碼裝置、控制器、PWM生成模塊、SVPWM生成模塊、永磁同步電機(jī)（PMSM）；所述交流電源通過整流濾波器與三相逆變電路的輸入端相連，所述三相逆變電路的輸出端與永磁同步電機(jī)相連，所述三相逆變電路的輸出端與電流檢測電路的輸入端相連，所述電流檢測電路的輸出端與控制器的輸入端相連，所述永磁同步電機(jī)通過轉(zhuǎn)子位置傳感器與解碼裝置的輸入端相連，所述解碼裝置的輸出端與控制器的輸入端相連，所述PWM生成模塊的輸入端與控制器的輸出端相連，所述PWM生成模塊的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，所述SVPWM生成模塊的輸入端與控制器的輸出端相連，所述SVPWM生成模塊的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，所述驅(qū)動電路的輸出端與三相逆變電路的輸入端相連。所述轉(zhuǎn)子位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器。所述控制器采用數(shù)字信號處理器。所述控制器用于判斷所述永磁同步電機(jī)的起動過程是否結(jié)束，其中，如果判斷所述永磁同步電機(jī)處于起動階段，則所述控制器控制PWM生成模塊輸出PWM波，并關(guān)閉SVPWM生成模塊，對永磁同步電機(jī)進(jìn)行方波驅(qū)動控制；如果判斷所述永磁同步電機(jī)起動過程結(jié)束，則所述控制器控制SVPWM生成模塊輸出SVPWM波，并關(guān)閉PWM生成模塊，對永磁同步電機(jī)進(jìn)行正弦波驅(qū)動控制。

交流電源輸出的交流電（AC）經(jīng)整流濾波為直流電（DC）后，供給三相逆變電路；控制器用于判斷電機(jī)的起動過程是否結(jié)束，同時接收轉(zhuǎn)子位置傳感器經(jīng)由解碼裝置發(fā)送的電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信號以及電流檢測電路發(fā)送的定子相電流信號，并將這些信號處理后送入PWM生成模塊或SVPWM生成模塊；電機(jī)起動時，控制器關(guān)閉SVPWM生成模塊，同時控制PWM生成模塊輸出PWM波，經(jīng)由驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路輸出方波電流；待電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后，控制器關(guān)閉PWM生成模塊，同時控制SVPWM生成模塊輸出SVPWM波，經(jīng)由驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路輸出正弦波電流，電機(jī)起動過程結(jié)束。此后，控制器保持PWM生成模塊處于關(guān)閉狀態(tài)，只控制SVPWM生成模塊輸出SVPWM波對電機(jī)進(jìn)行正弦波驅(qū)動，即使由于某些原因?qū)е码姍C(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速，也始終保持正弦波驅(qū)動，直至控制器控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。

本實用新型綜合了永磁同步電機(jī)與無刷直流電機(jī)的特點，揚長避短，由于上述兩種電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，可在永磁同步電機(jī)起動時采用無刷直流電機(jī)的方波驅(qū)動控制，增加起動轉(zhuǎn)矩以提高起動速度，待電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后恢復(fù)正弦波驅(qū)動控制，實現(xiàn)永磁同步電機(jī)的快速起動。但是由于方波驅(qū)動的無刷直流電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩脈動比正弦波驅(qū)動的永磁同步電機(jī)要大，所以本實用新型提供的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置適用于以下使用場合：在電機(jī)起動過程中，不要求電機(jī)具有很高的控制精度，但要有較快的起動速度。

永磁同步電機(jī)與無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，但不完全相同，除驅(qū)動方式外，它們的轉(zhuǎn)子位置傳感器也有所區(qū)別。永磁同步電機(jī)的某些類型的轉(zhuǎn)子位置傳感器無法獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置，在電機(jī)起動時，需要先通過某些方法使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度，位置傳感器才能獲取轉(zhuǎn)子位置，由于轉(zhuǎn)子定位需要一定的時間，所以電機(jī)的起動速度無法達(dá)到最佳效果。

永磁同步電機(jī)的另外一些類型的轉(zhuǎn)子位置傳感器能夠獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置，由于在電機(jī)起動時不需要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行定位，所以電機(jī)的起動速度更快。在本實用新型提供的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置中，轉(zhuǎn)子位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器，它能夠獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置，采用方波驅(qū)動電機(jī)起動時，控制器可根據(jù)轉(zhuǎn)子初始位置確定首先導(dǎo)通的兩相，使電機(jī)以最大電磁轉(zhuǎn)矩起動，提高電機(jī)的起動速度。

參見圖2，為本實用新型的實施例的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。本實施例的控制器采用數(shù)字信號處理器（DSP），型號為TMS320F2812，通過軟件編程可使DSP的事件管理器（EV）輸出PWM波或SVPWM波，相當(dāng)于DSP包含了PWM生成模塊與SVPWM生成模塊，這能夠大大簡化硬件電路的結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器，用來檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置，并且它能夠獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置；解碼裝置所用芯片型號為AD2S1200，它用來對旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬信號進(jìn)行解碼，解碼后得到的數(shù)字信號送入DSP的串行外設(shè)接口（SPI）；電流檢測電路所用器件為霍爾電流傳感器，用于獲取電機(jī)定子繞組的三相電流信號，并將其送入DSP的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。本實施例的永磁同步電機(jī)快速起動控制裝置為雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，閉環(huán)反饋量包括電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置、定子相電流，DSP根據(jù)內(nèi)部程序和閉環(huán)反饋量輸出相應(yīng)的PWM波或SVPWM波，其中，輸出PWM波的算法為PID控制法，輸出SVPWM波的算法為矢量控制法。

交流電源輸出的交流電（AC）經(jīng)整流濾波為直流電（DC）后，供給三相逆變電路；電機(jī)起動時，旋轉(zhuǎn)變壓器獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置的模擬信號并送入解碼裝置，解碼裝置將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再送入DSP的串行外設(shè)接口（SPI），同時電流檢測電路將電機(jī)定子相電流信號送入DSP的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；DSP根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制程序與外部電路反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置、定子相電流令其事件管理器（EV）輸出PWM波，經(jīng)由驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路輸出方波電流，控制電機(jī)快速起動；待電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后，DSP的事件管理器（EV）輸出SVPWM波，經(jīng)由驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路輸出正弦波電流，此時電機(jī)起動過程結(jié)束；之后電機(jī)的運行狀態(tài)始終為永磁同步電機(jī)，即使由于某些原因?qū)е码姍C(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速，也始終保持正弦波驅(qū)動，直至控制器控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。

參見圖3，為本實用新型的實施例的永磁同步電機(jī)快速起動控制流程圖。電機(jī)起動時，旋轉(zhuǎn)變壓器與電流檢測電路獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置、定子相電流，經(jīng)處理后送入DSP作為閉環(huán)反饋量，DSP按照有位置傳感器的無刷直流電機(jī)的雙閉環(huán)PID控制法輸出PWM波控制電機(jī)起動，起動過程中定子電流是方波；待電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后，DSP按照永磁同步電機(jī)的矢量控制法輸出SVPWM波驅(qū)動三相逆變電路，此時定子電流變?yōu)檎也?，電機(jī)起動過程結(jié)束。