[发明专利]基于电流反馈的无位置传感器无刷直流电机起动方法

说明书

技术领域

本发明属于电动机的控制技术领域，特别是涉及一种基于电流反馈的无位置传感器无刷直流电机的起动方法。

背景技术

无刷直流电机的运行需要检测转子实际位置来实现绕组的换相，因而一般需要转子位置检测装置。一种比较先进的技术是使用无位置传感器控制技术，省去位置检测装置，从而使得系统成本更低，可靠性更高。目前国内外已经研究出多种无刷直流电机无位置传感器控制方法。但是，由于电机在零速或低速时反电势很小，无法检测，因此所有基于反电势或者其谐波的无位置传感器控制技术在静止或低速时都不适用，而需要特殊的起动方法。无刷直流电机在无位置传感器控制时的起动过程仍然是一个技术难点。

对于永磁无刷直流电机，三段式起动是一种最常用的起动方法，在各类无位置传感器无刷直流电机产品中得到了广泛的应用，包括风机、水泵、压缩机等。如图1所示，其具体实现步骤如下：

(1)转子预定位：向电机绕组通一直流电，使转子定位在某个角度。

(2)开环加速：按照预定相序依次导通定子绕组，逐步提高换流频率，同时也逐步提高外施平均电压，故又称为升频升压起动。电压初值、升压曲线、升频曲线斜率等起动参数受电机参数、负载大小、转动惯量及摩擦系数等影响，需要在实验中调试确定。

(3)切换到闭环运行：当换流频率大于预定值，即已有足够高的转速获得反电势信号时，可将电机切换至闭环运行，起动过程结束。

由于电机在开环加速过程中完全不考虑转子实际位置，因此采用传统三段式法起动时存在电流、转速脉动，峰值电流较大等问题，且出现过载或扰动时电机容易失步，导致起动失败。

基于以上原因，公开号为CN100388617C的专利文献公开了一种无刷直流电动机控制方法：首先，使转子强制性地排列；其次，在无刷直流电动机的同步加速中规定的相位换向时刻进行相电流的相位换向；然后，检测出提供给所述无刷直流电动机的所述相电流的大小超过预先设定的值的相电流施加时刻；再根据从所述相位换向时刻起、至所述相电流施加时刻为止的时间，检测出给转子旋转位置对应的定子绕组的施加电压的时刻是超前还是延迟，并通过调整所述电压施加时刻，防止给无刷电动机提供的相电流变得过大。该技术方案是基于电流反馈的控制方法，虽然也从一定程度上解决了无位置传感器无刷直流电动机的初始启动阶段存在的过电流等问题，但是，需要增加额外的定时器，并且算法比较复杂，对硬件要求较高，不利于实际推广实施。

为此，发明人对无刷直流电机的起动状况进行了深入分析和实验，以获得另外一种起动方法。图2、图3是无刷直流电机在三相六拍运行时的定转子磁势示意图，定子在6种导通状况下可产生F_S1-F_S6共6个方向的磁势，F_S为定子磁势，正处于F_S3方向，Fr为转子磁势(平均位置)。

根据瞬时电磁转矩公式：

Te(θ)＝Fs·Fr·sinθ

其中，θ为瞬时转子磁势落后于定子磁势的电角度。由于无刷直流电机实际运行范围为±30°，假设δ为转子相位超前理想状况的平均相位角。则平均电磁转矩大小为：

VTe(δ)=3π∫90-(δ+30)90-(δ-30)Fs·Fr·sinθ]]>

令T_max＝Fs·Fr，即任意时刻瞬时θ都为90°时的最大转矩，因此平均转矩ΔTe和δ的关系如下表所示：

表1无刷直流电机平均转矩ΔTe和δ的关系