[发明专利]一种基于无位置传感器的直流无刷电机控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无位置传感器的直流无刷电机控制器及其控制方法。

背景技术

目前，随着我国水产养殖规模的扩大，水产养殖朝着节能减排、节约成本、智能化控制方向发展。目前我国规模化水产养殖采用单一的人工控制的方式机械增氧，不仅占用了大量的人力资源，也普遍存在着电能的巨大浪费，而且增氧机的效率低下与此同时给操作人员带来巨大的安全隐患。而叶轮式增氧机在渔业养殖中属于应用最广的一种增氧设备。现有传统的叶轮式增氧机多是用交流异步电机，通过齿轮减速后带动叶轮式转动，来达到增氧效果，规格有AC：220V,380V/1.5KW、2.2KW、3.0KW三种。目前现有传统增氧机1000-1300万台，传统增氧机存在以下几个问题：

1.由于市场竞争激烈，一部分厂家使用材料差来降低成本，整机使用寿命短等缺点；其输出功率效率低，一般效率在60-70％左右，有的电机材料使用差，效率更低。

2.电机通过齿轮减速来增大输出扭距，齿轮箱平时要定期进行维护，维护成本高。

3.采用的机械结构过多，整机重量重，40-50公斤，且驱动结构复杂，运行噪音大。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于无位置传感器的直流无刷电机控制器及其控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于无位置传感器的直流无刷电机控制器,包括供电电路、MCU逆变控制驱动电路以及无传感检测电路；所述供电电路给所述MCU逆变控制驱动电路供电，并通过所述MCU逆变控制驱动电路驱动直流无刷电机工作；所述无传感检测电路通过对所述直流无刷电机的工作电压以及工作电流进行检测，并将检测结果发送给所述MCU逆变控制驱动电路，由所述MCU逆变控制驱动电路根据位置检测中点法结合ADC采样法来确定反电动势过零点，进而再延迟转子30°电角度来确定电机的换相时刻，以驱动直流无刷电机进行缓慢加速直至达到预定转速。

进一步的方案是：所述供电电路包括工频变压器、高压滤波电路、低压滤波整流电路和高压直流电源；所述MCU逆变控制驱动电路包括MCU芯片、驱动电路和逆变电路；所述无传感检测电路包括电流采集模块、电压采集模块和反电动势过零检测模块；其中，所述高压滤波电路的输出端与电容预充电路连接，所述电容预充电路的输出端与高压直流电源连接，所述高压直流电源的输出端与与逆变电路连接，所述逆变电路的输出端与直流无刷电机连接；所述工频变压器的输出端与低压滤波整流电路连接，所述低压滤波整流电路的输出端分别与MCU芯片以及驱动电路连接；所述反电动势过零检测模块的输入端分别通过电流采集模块和电压采集模块与直流无刷电机连接，所述反电动势过零检测模块的输出端与所述MUC芯片连接。

进一步的方案是：所述电容预充电路由电阻、继电器和电容组成，所述电容在充电的瞬间相当于断路，当电源接通后首先通过电阻对电容进行充电，当电容的电压达到预充值后MCU发送指令控制继电器闭合。

进一步的方案是：所述逆变电路包括一个带有六个开关管的IGBT功率驱动部件，该IGBT功率驱动部件分为三组开关管并构成三相桥，每组开关管又分为上管和下管，每组开关管中间引出抽头，构成U-V-W三相动力，并与直流无刷电机的三相绕组相连接。

还包括用于对控制器进行过压保护的电压检测电路，其输入端与电容预充电路连接，其输出端与MCU芯片连接。

进一步的方案是：还包括用于对直流无刷电机进行过载保护的保护模块，其信号输入端分别与驱动电路和逆变电路连接，其信号输出端与MCU芯片连接。

进一步的方案是：还包括通信模块，其输入端与所述MCU芯片连接，其输出端与外部控制终端连接。

一种直流无刷电机控制方法,包括如下步骤：

第一步，系统初始化的步骤：系统通电，使控制器的各个模块完成上电动作，为控制器的后续动作完成准备工作；

第二步，初始转子定位的步骤：无传感检测电路在检测电压过程中保持直流母线电压恒定，然后依次施加六个检测基本电压矢量，同时采集直流母线电流最大的峰值，对应的检测电压矢量所在区间即转子位置所在区间；

第三步，开环加速的步骤：当电机的转子成功定位后，根据预定的换相逻辑依次导通功率开关，在加速期间，不断的增加PWM的占空比来提高平均加载电压值，同时减小切换周期，使转子加速旋转，直到满足反电动势过零点的检测条件；

第四步，自控运行的步骤：采用增量PID控制方式，以速度环为外环，以电流环为内环对直流无刷电机进行双闭环控制；