[发明专利]一种基于直流无刷电机相电流相位角的控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机的控制装置及方法，尤其涉及一种基于直流无刷电机相电流相位角的控制装置及方法。

背景技术

永磁直流无刷电机具有效率高、可控性好等诸多优点。虽然在电机的制造成本方面，永磁直流无刷电机要高于电容启动的单相异步电机，且永磁直流无刷电机还必须要有配套的控制器才能正常工作，使得永磁直流无刷电机具有很高的可控制性，可适用于各种不同的工作环境。

永磁直流无刷电机（在小功率段<500W）工作效率在90%左右。由于小功率的客观原因，想通过电机本身的设计，来降低机械损耗、磁损耗或电损耗，将是徒劳无功。目前永磁直流无刷电机控制器大多采用互差120度的方波信号来驱动，对于运行中的电流相位不予以控制，即使实时的采集了相电流也只是用作相应的保护功能，例如永磁直流无刷电机的过流、过载、堵转、缺相等等。由于直流无刷电机的定制都是通过漆包线绕制而成的，所以存在一定电感量，正是由于电感的存在，所以通过定子线圈上的电流和电压的相位会具有一定的相位差，导致输入侧的功率因素降低，从而使无功功率增大。

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直流无刷电机相电流相位角的控制装置及方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于直流无刷电机相电流相位角的控制装置，包括速度设定模块、中央处理器、电流放大电路、智能功率模块、霍尔传感器以及给上述各个模块供电的电源模块，所述中央处理器包括AD转换器、PWM输出模块和专用定时器捕获端口，速度设定模块的输出端和电流放大电路的输出端分别接AD转换器的输入端，PWM输出模块的输出端接智能功率模块的输入端，智能功率模块的三相输出端接直流无刷电机的三相电源输入端，专用定时器捕获端口接安装于直流无刷电机内的三个霍尔传感器的输出端，电流放大电路的输入端采集智能功率模块的三相输出电流。

所述电流放大电路还包括电流比较单元，电流比较单元的输出直接连接到中央处理器的中断口。

一种基于直流无刷电机相电流相位角的控制装置的控制方法如下：

采用霍尔传感器采集直流无刷电机转子实时位置的同时计算出转子的实时转速，其直流无刷电机的三相反电势和对应相的霍尔传感器输出波形的相位相同从而得到直流无刷电机实时反电动势，采用电流放大电路采集直流无刷电机的实时相电流，将实时转速与速度设定模块输出的设定转速的速度差经过速度PI调节得到速度调节信号，将直流无刷电机的实时反电动势和相电流的相位偏差经过PWM补偿计算得到PWM补偿量，中央处理器根据速度调节信号和PWM补偿量计算得到PWM占空比信号，将中央处理器计算得到的PWM信号输出至智能功率模块实现对直流无刷电机的相电流的相位的控制。

将所述采集的相电流经放大滤波完后的电流值送入模拟比较器，与设定的电流值进行比较得到的输出的信号作为中央处理器的中断信号，在直流无刷电机发生过流或堵转的情况下，关闭PWM输出，以保护智能功率模块由于过流而烧毁。

本发明的有益的效果是：通过控制算法能将电机的效率在原来的基础上再提高几个百分点，且减小了电机的发热量，而控制器的硬件成本几乎与普通直流无刷电机的控制器持平。但对于同样功率的电机成本有一定的下降空间，因为采用该控制装置后，输入侧的无功功率减小，无功电流也随之下降，即流过电机定子线圈上的电流也随之减小，所以绕制定子线圈的漆包线线径可以有所减小，为电机降成本提供了一个很好的空间。由于提高了电机的效率，对于用户而言，带来的直接效益就是使用费用大幅度的降低，对于供电电网而言，带来的直接好处就是网损大幅度的降低。

附图说明

图1是本发明整体原理方框示意图；

图2是本发明方法原理方框示意图；

图3是本发明方法流程图；

图4是本发明过流中断流程图；

图5是本发明霍尔捕获中断流程图；

附图标记说明：速度设定模块1，电源模块2，中央处理器3，电流放大电路4，智能功率模块5，永磁直流无刷电机6。

具体实施方式