CN101814882A - 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法 - Google Patents

无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101814882A
CN101814882A CN201010149056A CN201010149056A CN101814882A CN 101814882 A CN101814882 A CN 101814882A CN 201010149056 A CN201010149056 A CN 201010149056A CN 201010149056 A CN201010149056 A CN 201010149056A CN 101814882 A CN101814882 A CN 101814882A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
sensor
control unit
free
permasyn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201010149056A
Other languages
English (en)
Inventor
杜春洋
李冰
王宇超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201010149056A priority Critical patent/CN101814882A/zh
Publication of CN101814882A publication Critical patent/CN101814882A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明提供的是无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法。主要由功率放大单元、主控制单元、操作控制单元及永磁同步电动机组成；功率放大单元由可控整流电路、逆变电路及检测电路组成；主控制单元由接口处理电路和数字控制器构成；操作控制单元主要由外部操作控制面板实现；永磁同步电动机包含电动机定子和转子。本发明取代异步机+减速机方案，采用永磁同步电动机，能够提高装置效率；采用无位置传感器方案可以提高运行可靠性及环境适应能力，增加输入功率因数校正及滤波环节，减少对电网的干扰及进线损耗，达到了装置绿色节能的目的。

Description

无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法
技术领域
本发明涉及的是一种电机驱动控制技术，特别是无位置传感器永磁同步电动机控制及功率因数校正技术。
背景技术
进入21世纪，能源和环境是人类面临的首要问题之一。尤其是近年来，气候变化和温室气体减排问题持续升温，已成为全球关注的热点问题。随之应运而生的“低碳经济”是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。在这种世界大背景下，各种新能源和节能减排技术的发展也迫在眉睫。
我国在“十一五”规划中明确提出单位GDP能耗和主要污染物排放总量比“十五”期末分别降低20％左右、10％的约束性指标。“开源节流”是应对能源危机和环境恶化的唯一办法。节能方面，工业节能是其他行业节能的源头，而其中电机节能又占有的十分重要的地位。可以看出两方面的发展都离不开高效节能的电机及其电力电子变换器***，因此开展对高效节能电机***的研究是非常必要和紧迫的。
在工业领域，电动机+减速机或皮带减速轮的装置广为应用，但减速机构的使用严重影响了装置工作效率，增加了装置的损耗，为此设计直接驱动装置取代原有装置。永磁同步电动机具有输出转矩高、低速特性优异、效率高，调速范围大等特点，特别适合用来作为直接驱动的执行机构。但永磁同步电动机装置通常需要角位置传感器制约了装置的使用范围，并且变频驱动器中不控整流带来了对电网的干扰，尤其是电流中的高次谐波成分，增加了装置的无功损耗。
为了解决以上电机***中低效问题，采用永磁同步电动机作为直接驱动装置的执行机构，引入了无位置传感器技术以及功率因数校正技术解决以上问题，可以实现高效节能绿色的驱动装置。
经对现有的技术文献检索发现，CNKI数据库中有一篇与本发明上题相同或类似的文献报道，名为《直驱风力发电网侧变流控制***的研究与开发》(公开日2009.2.17)，该文侧重研究发电机的变流控制运行，与无位置传感器永磁同步电动机直驱装置没有关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高效率，减少对电网的干扰及进线损耗的节能型无位置传感器永磁同步电动机直驱装置。本发明的目的还在于提供一种无位置传感器永磁同步电动机驱动方法。
本发明的目的是这样实现的：
无位置传感器永磁同步电动机直驱装置主要由功率放大单元、主控制单元、操作控制单元及永磁同步电动机组成。通过操作面板设定电动机的转速及永磁同步电动机何时启动和停止，并把这些给定信息传递给主控制单元，主控制单元控制功率放大电路形成永磁同步电动机控制所需电压信号。
本发明的无位置传感器永磁同步电动机驱动方法为：采用转子定位、开环加速和闭环运行三段式运行策略；转子定位：给永磁同步电动机定子通入六个脉冲；开环起动：在转子定位完成后，开始启动时，速度控制开环和电流控制闭环，由控制器给出一个旋转电压矢量，进而产生旋转磁场，带动电机转起来，待电机以一定转速运行并可以准确估算到转子位置之后，再切换到闭环工作模式，输出转速随给定转速变化；闭环运行：在此控制阶段采用一种基于观测器的电机无位置传感器控制方案，通过观测器获取磁极位置和转速信息，实现了基于转子磁场定向的矢量控制方式。
本发明提供了一套无位置传感器永磁同步电动机直接驱动装置，取代异步机+减速机方案，采用永磁同步电动机，能够提高装置效率；采用无位置传感器方案可以提高运行可靠性及环境适应能力，增加输入功率因数校正及滤波环节，减少对电网的干扰及进线损耗，达到了装置绿色节能的目的。
本发明的主要特点体现在：
1、TMS320F2808芯片在电机的数字化控制方面具有处理性能更好、外设集成度更高、程序存储器更大、A/D转换速度更快等特点，是电机数字化控制理想的升级产品且具有低成本、低功耗、高性能的特点。
2、应用无位置传感器矢量控制算法，在不降低装置性能的基础上，省去了磁极角度位置传感器，节约了成本，增加了环境适应能力，保证装置可以在室外恶劣环境下可靠运行。
3、驱动器采用空间矢量脉宽调制技术可以方便的改变输出电压和频率，从而大范围的提高电动机装置驱动性能。
4、采用智能功率因数校正技术解决了不控整流带来的对电网的干扰，尤其是电流中的高次谐波成分，增加了装置的无功损耗，使得装置的功率因数达到0.95以上。
附图说明
图1为本发明的节能型无位置传感器永磁同步电动机直驱装置组成图；
图2为无位置传感器控制运行说明图原理图；
图3为节能型无位置传感器永磁同步电动机直驱装置的TMS320F2808最小***电路图；
图4为多功能网络化数字轴角变换装置的轴角变换部分的功放电路图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，节能型无位置传感器永磁同步电动机直驱装置主要由功率放大单元、主控制单元、操作控制单元及永磁同步电动机组成。功率放大单元由可控整流电路2、逆变电路3及检测电路5组成。主控制单元由接口处理电路7和数字控制器8构成，操作控制单元主要由外部操作控制面板6实现。其中永磁同步电动机包含电动机定子4和转子构成，转子通常为中空或实心结构两种结构。
***运行时，合上外部操作控制面板6的空气开关，通过三相交流电源1给可控整流电路2供电，调整外部操作控制面板6的转速给定按钮，按需要设置转速，具体设定值可以参看控制面板6设定速度显示，设置的转速通过总线传到数字控制器8形成转速指令。按下外部操作控制面板6的起动按钮，启动指令传到数字控制器8，数字控制器8通过接口处理电路7，使得可控整流电路2、逆变电路3开始工作，给永磁同步电动机定子4提供可变频率和电压幅值的三相电，永磁同步电动机按一定加速时间加速到设定转速。当需要停电机时，按下外部操作控制面板6的停止按钮，停机指令传到数字控制器8，数字控制器8通过接口处理电路7，使得可控整流电路2、逆变电路3工作，减少给永磁同步电动机定子4的幅值和频率，永磁同步电动机减速，当检测电路5检测信息经过数字控制器8的运算分析到达一定频率时，数字控制器8给可控整流电路2、逆变电路3停止发脉冲信号，逆变电路3不再给永磁同步电动机定子4供电，永磁同步电动机停止运行。
在***运行过程中，检测电路5实时的将逆变电路3的电压电流信息通过接口处理电路7发送到数字控制器8，数字控制器8根据如图2所示的无位置传感器控制运行策略形成空间矢量脉冲信号，经接口处理电路7给逆变电路3，逆变电路3进行信号放大输出到永磁同步电动机定子4。同时检测电路5实时的可控整流电路2的前端电压电流信息通过接口处理电路7发送到数字控制器8，数字控制器8根据功率因数校正算法形成脉冲信号，经接口处理电路7给可控整流电路2，可控整流电路2进行信号放大控制整流电路的电压和电流保证接近整功率因数运行。
结合图2，永磁同步电动机控制采用三段式运行策略运行策略主要包括：转子定位9、开环加速10和闭环运行11三个阶段。转子定位9：给永磁同步电动机定子4通入六个脉冲，根据获取的电流信息得到一个初步粗略位置，能够保证开环加速时有足够启动力矩。开环起动10，在定位9完成后，开始启动时，速度控制开环和电流控制闭环，由控制器给出一个旋转电压矢量，进而产生旋转磁场，带动电机转起来。待电机以一定转速运行并可以准确估算到转子位置之后，再切换到闭环工作模式11，输出转速随给定转速变化。闭环运行11：在此控制阶段为了满足工作可靠实现简便的要求，采用一种基于观测器的电机无位置传感器控制方案，通过观测器获取磁极位置和转速信息，实现了基于转子磁场定向的矢量控制方式。
结合图3，最小***板硬件电路主要为TMS320F2808的接口电路，包括数字、模拟及通信接口。TMS320F2808负责处理采集到的数据和发送控制命令，DSP产生合适占空比的PWM控制信号驱动IPM，再由IPM直接驱动电机旋转；DSP经A/D口采集电机的相电流信号，完成电机的电流闭环控制和电机的过流保护等。TMS320F2808芯片配有串行通信接口SCI模块。SCI接收器和发送器是双缓冲的，通过一个16位的波特率选择寄存器，数据的传输速度可以被编程为65535种不同的方式，该电路采用了符合RS-232标准的驱动芯片MAX232进行串行通信，实现PC机与多功能网络化数字轴角变换装置之间的异步通信。采用TMS320F2808处理器实现CAN总线的节点，需要在CAN总线与处理器之间增加变换器电路，以便能够实现兼容的电平转换，***采用SN65HVD230转换器(符合ISO11898)实现高速CAN总线网络。SN65HVD230是3.3V的CAN收发器，适用于较高通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性的CAN总线的串行通信。它具有差分收发能力，最高速率可达1Mb/s；低电流等待模式，典型电流370μA。
结合图4，功率放大电路包括两部分，可控整流和逆变，其中可控整流电路与逆变电路结构一样。可控整流的最大优点是可以控制功率因数，通过改变导通关系，减少高次谐波成分。采用IGBT门驱动光电耦合器HCPL-315J，对上、下桥臂的两个IGBT提供隔离和驱动。驱动侧的12路隔离直流电源，由两个6路输出且相互隔离的小变压器经整流后提供。IGBT模块采用IKW20N60T，霍尔电流传感器KA 50A/P，电压互感器HPT205NB等。

Claims (2)

1.一种无位置传感器永磁同步电动机直驱装置，其特征是：主要由功率放大单元、主控制单元、操作控制单元及永磁同步电动机组成；功率放大单元由可控整流电路、逆变电路及检测电路组成；主控制单元由接口处理电路和数字控制器构成；操作控制单元主要由外部操作控制面板实现；永磁同步电动机包含电动机定子和转子。
2.一种无位置传感器永磁同步电动机驱动方法，其特征是：采用转子定位、开环加速和闭环运行三段式运行策略；转子定位：给永磁同步电动机定子通入六个脉冲；开环起动：在转子定位完成后，开始启动时，速度控制开环和电流控制闭环，由控制器给出一个旋转电压矢量，进而产生旋转磁场，带动电机转起来，待电机以一定转速运行并可以准确估算到转子位置之后，再切换到闭环工作模式，输出转速随给定转速变化；闭环运行：在此控制阶段采用一种基于观测器的电机无位置传感器控制方案，通过观测器获取磁极位置和转速信息，实现了基于转子磁场定向的矢量控制方式。
CN201010149056A 2010-04-19 2010-04-19 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法 Pending CN101814882A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010149056A CN101814882A (zh) 2010-04-19 2010-04-19 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010149056A CN101814882A (zh) 2010-04-19 2010-04-19 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101814882A true CN101814882A (zh) 2010-08-25

Family

ID=42622025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010149056A Pending CN101814882A (zh) 2010-04-19 2010-04-19 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101814882A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102118129A (zh) * 2011-03-31 2011-07-06 山东胜开动力科技有限公司 一种永磁调速电动机
CN102195456A (zh) * 2011-05-24 2011-09-21 哈尔滨工程大学 船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法
CN102497142A (zh) * 2011-12-13 2012-06-13 上海电气集团股份有限公司 一种永磁同步电机的启动方法
CN102969957A (zh) * 2012-11-19 2013-03-13 海尔集团公司 一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及其控制装置
CN103516267A (zh) * 2012-06-27 2014-01-15 珠海格力电器股份有限公司 空调用永磁同步风扇电机的启动方法和***
CN103825517A (zh) * 2014-03-05 2014-05-28 哈尔滨泰富电气有限公司 大功率圆筒型直线开关磁阻电机控制***
CN103867424A (zh) * 2012-12-10 2014-06-18 美的集团股份有限公司 一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及***
CN103904981A (zh) * 2012-12-25 2014-07-02 赐福科技股份有限公司 马达驱动装置
CN104213597A (zh) * 2014-08-26 2014-12-17 徐州徐工挖掘机械有限公司 一种电动液压挖掘机交流变频调速控制***
CN106330046A (zh) * 2016-09-13 2017-01-11 江苏大学 基于特定负载的新型五相容错永磁电机无位置传感器控制方法
CN106594071A (zh) * 2015-10-16 2017-04-26 株式会社岛津制作所 磁轴承装置及转子旋转驱动装置
CN107370435A (zh) * 2017-08-30 2017-11-21 深圳市天祜智能有限公司 料理机恒转矩电流控制方法
CN107425776A (zh) * 2017-07-31 2017-12-01 广东威灵电机制造有限公司 电机的启动控制方法、装置及电机驱动控制***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《微特电机》 20100331 金树强等 基于改进滑模观测器的PMSM无位置传感器矢量控制*** 第1页第1栏第1段至第3页第2栏第3段和图1-10 2 , 第3期 2 *
《电气自动化》 20091231 万衡等 永磁同步电动机无位置传感器数字控制***的设计 第1页第1栏第1段至第3页第2栏第3段和图1-2 1 第31卷, 第6期 2 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102118129A (zh) * 2011-03-31 2011-07-06 山东胜开动力科技有限公司 一种永磁调速电动机
CN102195456A (zh) * 2011-05-24 2011-09-21 哈尔滨工程大学 船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法
CN102195456B (zh) * 2011-05-24 2013-07-03 哈尔滨工程大学 船用大功率串联型十二脉波晶闸管整流器触发装置及方法
CN102497142A (zh) * 2011-12-13 2012-06-13 上海电气集团股份有限公司 一种永磁同步电机的启动方法
CN103516267A (zh) * 2012-06-27 2014-01-15 珠海格力电器股份有限公司 空调用永磁同步风扇电机的启动方法和***
CN102969957B (zh) * 2012-11-19 2015-09-02 海尔集团公司 一种直流变频空调压缩机的启动控制方法
CN102969957A (zh) * 2012-11-19 2013-03-13 海尔集团公司 一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及其控制装置
CN103867424B (zh) * 2012-12-10 2018-03-16 美的集团股份有限公司 一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及***
CN103867424A (zh) * 2012-12-10 2014-06-18 美的集团股份有限公司 一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及***
CN103904981A (zh) * 2012-12-25 2014-07-02 赐福科技股份有限公司 马达驱动装置
CN103904981B (zh) * 2012-12-25 2016-12-28 赐福科技股份有限公司 能量回收控制装置及方法
CN103825517A (zh) * 2014-03-05 2014-05-28 哈尔滨泰富电气有限公司 大功率圆筒型直线开关磁阻电机控制***
CN104213597A (zh) * 2014-08-26 2014-12-17 徐州徐工挖掘机械有限公司 一种电动液压挖掘机交流变频调速控制***
CN104213597B (zh) * 2014-08-26 2017-04-26 徐州徐工挖掘机械有限公司 一种电动液压挖掘机交流变频调速控制***
CN106594071A (zh) * 2015-10-16 2017-04-26 株式会社岛津制作所 磁轴承装置及转子旋转驱动装置
CN106594071B (zh) * 2015-10-16 2019-06-07 株式会社岛津制作所 磁轴承装置及转子旋转驱动装置
CN106330046A (zh) * 2016-09-13 2017-01-11 江苏大学 基于特定负载的新型五相容错永磁电机无位置传感器控制方法
CN106330046B (zh) * 2016-09-13 2018-11-06 江苏大学 基于特定负载的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法
CN107425776A (zh) * 2017-07-31 2017-12-01 广东威灵电机制造有限公司 电机的启动控制方法、装置及电机驱动控制***
CN107370435A (zh) * 2017-08-30 2017-11-21 深圳市天祜智能有限公司 料理机恒转矩电流控制方法
CN107370435B (zh) * 2017-08-30 2020-07-28 深圳市天祜智能有限公司 料理机恒转矩电流控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101814882A (zh) 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置及驱动方法
CN100486093C (zh) 风力发电用全功率型交直交变流器的控制结构
CN203117392U (zh) 用于电机测试的电机对拖平台
CN101867343A (zh) 交流永磁同步电机伺服***
CN103163460A (zh) 用于电机测试的电机对拖平台
CN106451532A (zh) 一种多相直驱永磁风力发电变流一体化***及其控制方法
CN102340270B (zh) 基于plc和变频器的双馈电动机节能控制方法
CN106788048A (zh) 基于无电解电容逆变器的无刷直流电机控制***及控制方法
CN102064753A (zh) 交流永磁同步电机控制器
CN103595324B (zh) 一种混合励磁电机弱磁控制方法
CN103532449A (zh) 级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制***及其控制方法
CN104716878B (zh) 三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动***
CN201813339U (zh) 一种基于dsp的无刷直流电机控制***
CN101876239A (zh) 一种抽油机***及其省电控制方法
CN102684578A (zh) 一种电机转矩直接控制***
CN201181060Y (zh) 一种直流变频空气调节器
CN203911836U (zh) 一种采用双pwm控制的风机变频调速***
CN202435291U (zh) 载波幅值可调的pfc升压电路
CN110572096A (zh) 高速大惯量负载用无铁芯无刷直流电机控制***及方法
CN110277942A (zh) 简化的三电平逆变器驱动永磁同步电机控制***
CN101814745A (zh) 一种基于无刷同步发电机的风力发电模拟***
CN201896024U (zh) 永磁同步门机控制器
CN201674449U (zh) 一种开关磁阻电机
CN102201741B (zh) 一种相控式交交变频器实时触发脉冲生成***及其方法
CN203423643U (zh) 无位置传感器永磁同步电动机直驱装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100825