[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

说明书

本发明涉及一种安全可靠的无传感器无刷直流电机启动控制方法，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，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，进而保证顺利换相，通过这种方法可以使电机从预定位阶段直接过渡到自同步阶段。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机启动控制的技术领域，具体涉及一种安全可靠的无传感器无刷直流电机启动控制方法，适用于工业、航天控制领域，实现无传感器无刷直流电机的启动。

背景技术

无刷直流电机因其高功率密度、高效率、高转矩惯量比、结构紧凑等优点广泛应用于工业生产、航空航天及军事领域。传统的无刷直流电机需要位置传感器提供转子位置信息以实现准确的换相控制，然而，位置传感器的安装不但增加了设备成本，也对电机的日常维护提出了更高的要求，同时也降低了系统整体的稳定性和可靠性。为了避免上述不利影响，无位置传感器电机驱动技术被广泛应用于无刷直流电机。在众多的无位置传感器驱动方法中，反电势过零点检测法因其简单易实现和高可靠性等优点应用最多。然而，由于电机在静止时没有反电动势，基于反电动势过零检测的无传感器无刷直流电机驱动方法面临着启动难的问题。不利用任何位置传感器，平稳地驱动一个无刷直流电机从静止状态到额定转速是困难的。传统方法中通常采用三步启动法，它包括强制对准、外同步、自同步三个阶段。虽然原理很简单，但是实现过程缺乏理论指导并且容易受到参数摄动的影响而失败，因此无传感器的无刷直流电机在低速范围的应用受到了这些缺点的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有无传感器无刷直流电机从静止启动难的问题，在详细分析启动阶段电流与力矩、可检测换相点等关系基础上，提出了一种无传感器无刷直流电机从静止状态可靠启动的控制方法，其具有以下特点：(1)针对预定位阶段有可能出现转子位于“死区”中，需要较大的预定位电流，从而导致静止时功率器件损坏的风险，分析后采用两步定位法，推导出预定位阶段保证可靠定位的最小预定位电流值。(2)通过检测线电压差提取反电势过零点，所检测的反电动势信号大小被放大了2倍，使过零点的检测更加容易，最终使得电机在转速较低时准确换相成为可能。(3)预定位结束后，通过施加一定大小的加速电流使得在第一个换相区间内反电势过零点可测，进而保证换相顺利进行，该加速电流值的下限可由分析得到。该方法直接过渡到自同步阶段，省去了降低电机性能的外同步阶段。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种安全可靠的无传感器无刷直流电机启动控制方法，其实现主要包括以下内容：

(1)分析求得预定位阶段可靠定位所需注入的最小电流值

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) (14)

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 (15)

其中，对特定电机而言K_t一般是恒值，故得出预定位电流I_p和相位夹角θ₀满足公式(16)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)。