[发明专利]一种安全可靠的无传感器无刷直流电机启动控制方法

权利要求书

1.一种安全可靠的无传感器无刷直流电机启动控制方法，其特征在于：通过分析预定位阶段的预置电流、瞬时位置的关系，得到两步预定位法所需要注入的最小电流值；预定位结束后，利用线电压差来检测过零点，并通过注入合适的加速电流使电机在第一个换相区间内反电势过零点可测，保证顺利换相，使电机从预定位阶段直接过渡到自同步阶段完成启动；

所述从预定位直接切换到自同步阶段所需的加速电流大小由以下方法得出：

预定位完成后，给电机定子通入加速电流，转子开始加速转动，若能在第一个换相点处正确换相，就可以直接从预定位阶段直接过渡到自同步阶段，加速电流越大，检测到的换相点越接近理想的换相点，若电流很小有可能在第一个换相区间内检测不到换相点的存在，导致切换到自同步阶段失败，因此，为保证第一次换相点可被可靠检测，需要分析注入加速电流大小对换相点检测的影响并得到可以顺利切换到自同步阶段所需要的最小的加速电流；

假设预定位结束后，转子位于I处，第一个换相点为II处，两处间隔为60°，转子从I处到II处的转动方程可以表示为：

ω₁＝a₁×t₁ (7)

θ₁＝a₁×t₁²/2 (8)

其中α₁是转子的平均旋转加速度，ω₁是转子速度，t₁是加速时间，θ₁＝π/3，把式(8)带入式(7)得到转子在II位置的瞬时速度，从而得到在II位置的反电动势值：

k_e是反电动势系数，E_a是在II处的反电动势值，p表示电机极对数，根据转子的转矩平衡方程，转子加速度值可以得到：

T_L是负载力矩，把式(10)带入式(9)得到：

可以看出，当负载力矩一定时，II处的反电动势大小只和加速电流I_a有关，考虑到在过零点检测电路中有一个信号放大调理环节，为了保证检测电路可以测得此刻的相反电动势，有以下公式：

E_a×G≥U_min (12)

G是信号放大调理环节的放大增益，U_min是电压检测电路的最小可测电压；

采用检测线电压差提取过零点的方法，并结合式(11)、(12)得到加速电流：

该电流是保证从预定位结束直接进行自同步加速的最小电流，基于检测到的换相点，理想的换相瞬间可以通过延迟过零点30°电角度来获得。

2.根据权利要求1所述的安全可靠的无传感器无刷直流电机启动控制方法，其特征在于：所述预定位阶段的最小电流值由以下分析得到：

电机定子通入电流产生电磁力，从而获得电磁力矩T_e，可以表示成如下形式：

T_e＝K_t×I_p×sin(θ₀) (1)

其中K_t是转矩系数，I_p是预定位电流，θ₀是定子通过电流产生的磁动势和转子永磁体产生的磁动势之间的夹角，θ₀∈(–π,π)，为了拖动电机，电磁转矩T_e应该大于阻尼力矩T₀，如下：

K_t×I_p×|sin(θ₀)|＞T₀ (2)

其中，对特定电机而言K_t是恒值，故得出预定位电流I_p和相位夹角θ₀满足公式(3)时，可以正常拖动转子；

另外一些不能通过预定位电流I_p拖动的区域被称作是“死区”θ_dead，

如果转子初始位置位于“死区”，此时θ₀很小，即使预定位电流很大也难以克服阻尼力矩拖动电机，为了避免这个问题，采用两步预定位方法，在第一次预定位后，重新拖动转子定位于与第一次定位角度相差60°的位置，为了保证能在两步内有效拖动转子，两步预定位的“死区”之和应该小于60°，这样保证至少会有一次定位成功；

2×θ_dead≤60° (5)

此外，由公式(4)可知预定位电流I_p影响到“死区”的大小：预定位电流I_p越大，“死区”越小；然而，过大的预定位电流可能导致功率器件损坏，特别是在转子静止堵转时，结合公式，可以得到保证两步预定位法可靠定位转子的最小的启动电流为：