[发明专利]一种单相永磁同步电机变频控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相永磁同步电机的变频控制方法。

背景技术

近年来，电力电子及变频驱动技术日渐成熟，在三相永磁电机（PMSM）变频驱动的基础上，催生了一种结构更简单实用的单相永磁同步电机（SPMSM），其结构原理如图1，是一种4极单相结构，其转子为永磁转子。

理论和实践证明，这是一种易于调速控制的电机：根据实际转速对目标转速的误差，实时调节定子电压PWM输出占空比，从而控制定子电流，即可对转矩进行调节，以达到对转速的调节，使实际转速趋近于目标转速。以上原理根据电机基本理论很容易得出，推导从略。

根据单相永磁电机的特点，电机转子从一个平衡位置以一定转速转到另一个平衡位置的过程中（电角度分别设为0°和180°），其绕组反电动势波形为半周期的正弦波。

为了使电机达到最大的转矩电流比以及最大的功率因数，应使通过绕组的电流也为正弦波，且与反电势相位反向。那么外部施加的驱动电压也应是正弦波，但因绕组电感的影响，应比电流相位稍提前。推导从略。

为了获得正弦的驱动电压，目前通常的做法是SPWM调制（正弦脉宽调制）：在母线电压恒定的条件下，通过用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形（即SPWM波形），去控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应时间区间内的面积相等，从而得到宏观上的正弦波电压。

以上做法理论上没有任何问题，但所要求的条件比较苛刻，为了获得良好的性能及稳定性，要求母线电压必须恒定，这样就必须使用余量很大的电源整流滤波器件。但是采用大余量的电源整流滤波器件会使材料成本大幅上升。

因此需要对现有的单相永磁同步电机变频驱动方式进行改进。

发明内容

本发明提供一种低成本的单相永磁同步电机变频驱动方法。

采用以下技术方案：

一种单相永磁同步电机变频控制方法，包括以下步骤：

5）构建直流母线电压采样电路，将直流母线电压采样电路接入到驱动电路MCU上；

6）将转子位置检测传感器接入到驱动电路主控MCU上；

7）通过驱动电路主控MCU上的PWM信号生成软件模块生成PWM信号；所述PWM信号生成软件模块采用下式计算生成PWM信号：

PW=T·Vo^＊·sin(ωt)/Vbus；

式中：

PW：所生成的脉冲宽度，即在每个PWM周期中开关管导通的时间宽度；

T：开关管一次导通和截止的时间之和；

Vo^＊：目标驱动电压，来自速度调节环，取目标输出正弦波电压的最大值；

ωt：转子转速及位置值，对转子位置检测传感器的信号进行软件估算后得出；

Vbus：直流母线电压值，对直流母线电压采样电路进行A/D转换后得出；

8）利用所生成的PWM信号对逆变电路进行驱动。

本发明通过主控MCU对直流母线电压实时采样，由软件对PWM脉冲宽度实时调整，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波电压在相应时间区间内的面积相等，从而得到宏观上稳定的正弦波电压。

因克服了直流母线电压的波动导致的输出正弦波电压的变形，因此本驱动方法允许使用纹波较大的直流电源供电，对电源整流滤波的要求降低，于是大幅节省了材料成本。

附图说明

图1是现有单相永磁同步电机的工作原理图；

图2是实施例的硬件平台原理图；

图3是实施例的PWM信号生成软件模块的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

如图2所示，是本发明方法所能应用的其中一种硬件平台。

该硬件平台包括：直流母线电压采样电路、主控MCU、逆变电路和单相永磁同步电机。直流母线电压采样电路、主控MCU、逆变电路依次连通。单相永磁同步电机上带有转子位置检测传感器，转子位置检测传感器与主控MCU连通。在该硬件平台上，主控MCU能获得直流母线电压Vbus、转子当前转速及位置值ωt、以及目标驱动电压Vo^＊，于是主控MCU通过其内部的PWM信号生成软件模块可计算生成特定的实时的PWM信号，从而对逆变电路进行驱动控制，进而驱动单相永磁同步电机良好运转。