小微型單相永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的軟件控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及有永磁體的電動(dòng)機(jī),特別是涉及磁體在電樞內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單相永磁體電動(dòng)機(jī)，尤其涉及小、微型單相永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的軟件控制方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]RPM 或 r.p.m, Revolut1n (s) Per Minute,每分鐘轉(zhuǎn)速。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)小、微型單相永磁體轉(zhuǎn)子同步電動(dòng)機(jī)，尤其是只有一對(duì)轉(zhuǎn)子磁極、做同步運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，構(gòu)造簡(jiǎn)單、外形小巧、堅(jiān)固耐用，而且造價(jià)低廉，有著廣泛的用途。但是，該類電動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，也沒有確定的起始轉(zhuǎn)動(dòng)方向；而且在50/60 Hz市電網(wǎng)上正常運(yùn)行的同步轉(zhuǎn)速固定地是3，000/3，600 r.p.m.，這對(duì)于許多民用場(chǎng)合，例如用做風(fēng)扇或洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)，顯然是轉(zhuǎn)速太高了 ；要想調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，就得使用電子變頻技術(shù)，即所謂vvvf變壓-變頻技術(shù)，生產(chǎn)成本自然就高了許多。于是現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了很多小、微型單相永磁體同步電動(dòng)機(jī)在其輸出軸上固定地聯(lián)結(jié)減速齒輪盒一起銷售。也有很多場(chǎng)合，例如家用的電風(fēng)扇或洗衣機(jī)等，就直接使用四極或六極的兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，將其中一相定子繞組串聯(lián)連接分相電容器，以獲取超前90°的電流，在單相電網(wǎng)上做異步運(yùn)行。
[0004]在電動(dòng)機(jī)上安裝齒輪盒一起銷售，只適用于很小功率的微電機(jī)，它增大了外形體積，也提高了生產(chǎn)成本。使用兩相異步電動(dòng)機(jī)借助電容器分相運(yùn)行，則不僅令電動(dòng)機(jī)外形體積增大，而且提高了生產(chǎn)成本，還因?yàn)槎嗔朔窒嚯娙萜鞫档瓦\(yùn)行的可靠性。
[0005]本發(fā)明的做法是，利用小、微型單相永磁體同步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)異步低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運(yùn)行，本發(fā)明方法和裝置僅利用一體積很小的傳感器和控制電路板即可實(shí)施，要比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和安裝有減速齒輪盒的同步電動(dòng)機(jī)體積更小，可靠性更高，成本更低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種單相永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制方法，適用于小、微型電動(dòng)機(jī)就可以使其穩(wěn)定地在低轉(zhuǎn)速異步運(yùn)行的控制方法和裝置。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是，一種單相永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制方法，適用于小、微型電動(dòng)機(jī):
一種小、微型單相永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的軟件控制方法，基于以下硬件:單相兩極永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)Msyn ；
接通或關(guān)斷所述電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電源的雙向晶閘管Thtri ；
單片微處理器MCU ；
轉(zhuǎn)子磁極極性傳感器Sn/s，設(shè)置在所述電動(dòng)機(jī)Msyn定子-轉(zhuǎn)子空氣隙定子側(cè)的給定位置，以時(shí)鐘鐘面共軸線地覆于所述定子-轉(zhuǎn)子橫斷面上，以定子倆磁極相鄰兩對(duì)極靴間空隙中心線為時(shí)鐘12點(diǎn)和6點(diǎn)鐘，該傳感器Sn/s位于11~12點(diǎn)或5~6點(diǎn)鐘之間，抑或是1~2點(diǎn)或6~7點(diǎn)鐘之間； 同時(shí)并定義以下各符號(hào)所代表的物理量:Un/s是轉(zhuǎn)子磁極極性傳感器Sn/s輸出到單片微處理器MCU的轉(zhuǎn)子磁極極性邏輯電平信號(hào)；并設(shè)定Un/s=l為轉(zhuǎn)子N極轉(zhuǎn)至此處，反之，Un/s=0為轉(zhuǎn)子S極轉(zhuǎn)至此處；
Uv是所述電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電源電壓Vnet的邏輯電平信號(hào)，同時(shí)設(shè)定Uv=I代表該電壓源Vnet的瞬時(shí)值大于零，反之，信號(hào)Uv=O則代表該電壓源Vnet的瞬時(shí)值小于零；Uv通過動(dòng)力電源電壓Vnet整形獲得，其周期即為電源周期Tpow ；
Ugat是開通所述雙向晶閘管Thtri的門極驅(qū)動(dòng)邏輯電平信號(hào)；
設(shè)置一個(gè)檢測(cè)周期T_test ；
包括步驟:
步驟10:接通總電源，所述微處理器MCU初始化；
步驟20:在檢測(cè)周期T_test內(nèi)，檢測(cè)Uv的邊緣是否反轉(zhuǎn)，獲得電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電源電壓Vnet的周期Tpow ；
步驟30:在Uv信號(hào)的反轉(zhuǎn)時(shí)刻，微處理器MCU檢測(cè)Un/s信號(hào)是否與Uv信號(hào)匹配即所述Un/s信號(hào)與Uv信號(hào)正好對(duì)應(yīng)為同相，或者正好對(duì)應(yīng)為異相；若Un/s信號(hào)與Uv信號(hào)匹配，則開啟定子勵(lì)磁繞組驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat ；
步驟40:在Ugat開啟之后，延時(shí)Tpow/4后，微處理器MCU關(guān)閉Ugat。
[0008]步驟20之后，步驟30之前包括步驟21:將方波信號(hào)Uv相位時(shí)移0~ π / 2，獲得相位提前的同頻虛擬信號(hào)Ush,在虛擬信號(hào)Ush的反轉(zhuǎn)時(shí)刻,記錄Un/s的值Hall_delay ；
步驟30中，在檢測(cè)Un/s信號(hào)是否與Uv信號(hào)匹配的時(shí)候，使用的是時(shí)移的Ush信號(hào)值即 Hall_delay 值。
[0009]為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，設(shè)轉(zhuǎn)子的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為F_r0t0r_teSt，轉(zhuǎn)子的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為F_rotor_set,預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率F_rotor_set的初始設(shè)定值,步驟20或者步驟21之后,步驟30之前包括步驟23與步驟24:
步驟23:檢測(cè)Un/s信號(hào)，獲得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率F_rotor_test ；
步驟 24:比較 F_rotor_test 與 F_rotor_set 的差距；
步驟30之后包括步驟31,若F_rotor_test高于F_rotor_set,不輸出或者減少Ugat輸出的個(gè)數(shù)。
[0010]為了精確的控制轉(zhuǎn)速，同時(shí)在控制過程中，轉(zhuǎn)速變化過程平滑，設(shè)置控制周期為τ_control,步驟31之后，步驟40之前包括:
步驟32，在控制周期T_control內(nèi)，統(tǒng)計(jì)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat的個(gè)數(shù)；
步驟33，判斷轉(zhuǎn)子的速度是否高于預(yù)設(shè)，如果高于預(yù)設(shè)，逐步減小一個(gè)控制周期T_control內(nèi)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat的個(gè)數(shù)；
步驟34，判斷轉(zhuǎn)子的速度是否高于預(yù)設(shè)，如果低于預(yù)設(shè)，逐步增加控制周期T_Contix)l內(nèi)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat的個(gè)數(shù)；
在控制周期T_control內(nèi)，在時(shí)間上均勻的輸出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat。
[0011]為了輸入控制指令，步驟21之后步驟23之前，還包括步驟22，
步驟22:獲取外部控制指令，外部控制指令包括增加轉(zhuǎn)速、減小轉(zhuǎn)速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)的步驟；如果所述外部指令為增加轉(zhuǎn)速，按照預(yù)設(shè)遞增步進(jìn)增大F_rotor_Set ;如果所述外部指令為減小轉(zhuǎn)速，按照預(yù)設(shè)遞增步進(jìn)減小F_rotor_Set ;如果所述外部指令為停止轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat的輸出。
[0012]一種小、微型單相永磁體轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的控制裝置，包括:電源輸入模塊
(100)、交流電源極性檢測(cè)模塊(500)、直流穩(wěn)壓電源模塊(200)、永磁體轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性檢測(cè)模塊(400)、控制模塊￠00)、定子激勵(lì)繞組功率驅(qū)動(dòng)模塊(700)；
電源輸入模塊(100),提供外部交流電的輸入；
交流電源極性檢測(cè)模塊(500)、與電源輸入模塊(100)電連接，包括放大整形電路，將輸入交流正弦波整形為與所述正弦波同周期的方波Uv ；
直流穩(wěn)壓電源模塊(200)、與電源輸入模塊電連接，包括半波整形或者全波整形電路，將輸入交流正弦波整形直流，為其他直流電路提供直流電源；
永磁體轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性檢測(cè)模塊(400)，包括用于檢測(cè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程極性變化的轉(zhuǎn)子磁極極性傳感器Sn/s，輸出判斷轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性是N極還是S極的方波信號(hào)Un/s ；控制模塊，包括微處理器，與永磁體轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性檢測(cè)模塊和交流電源極性檢測(cè)模塊電信號(hào)連接，輸入方波Uv信號(hào)與方波信號(hào)Un/s,向定子激勵(lì)繞組功率驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ugat ；
定子激勵(lì)繞組功率驅(qū)動(dòng)模塊，包括定子勵(lì)磁繞組驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat控制所述雙向晶閘管；
所述控制模塊，周期性檢測(cè)所述方波Uv信號(hào)，獲得方波Uv信號(hào)的突變邊沿時(shí)間，獲得所述交流電源的周期；
所述控制模塊，在方波Uv信號(hào)的突變時(shí)刻，檢查Un/s信號(hào)是否與Uv信號(hào)匹配；或?qū)⒎讲ㄐ盘?hào)Uv相位時(shí)移0~π/ 2，獲得相位時(shí)移的同頻虛擬信號(hào)Ush，在虛擬信號(hào)Ush的反轉(zhuǎn)時(shí)刻,記錄Un/s的值Hall_delay ;在檢測(cè)Un/s信號(hào)是否與Uv信號(hào)匹配的時(shí)候，使用相位時(shí)移的Ush信號(hào)值即Hall_delay值；若Un/s信號(hào)與Uv信號(hào)匹配,則開啟Ugat信號(hào)；控制模塊，在Ugat開啟后,延時(shí)Tpow/4后關(guān)閉Ugat。
[0013]控制模塊如果判定轉(zhuǎn)子的速度F_rotor_test高于預(yù)設(shè)F_rotor_set,不輸出定子勵(lì)磁繞組驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat ；
控制模塊如果判定轉(zhuǎn)子的速度低于預(yù)設(shè)，在Un/s的高低電平半周之內(nèi)，在與之匹配的方波信號(hào)Uv的正負(fù)半周邊緣反轉(zhuǎn)開啟定子勵(lì)磁繞組驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugat，在Ugat開啟之后，延時(shí)Tpow/4之后，關(guān)閉Ugat。
[0014]還包括控制輸入模塊，控制輸入模塊包括按鍵開關(guān)，按鍵開關(guān)一端與控制模塊中的微處理器的I/o輸入電