CN104467572A

CN104467572A - 电机驱动方法和装置

Info

Publication number: CN104467572A
Application number: CN201410717945.5A
Authority: CN
Inventors: 万智宇; 史国俊; 方强; 戈志强
Original assignee: Guangdong Welling Motor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Guangdong Welling Motor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: CN104467572B

Abstract

本发明适用于无刷直流电机领域，提供了电机驱动方法和装置。所述电机驱动方法包括：检测电机转子的实际转速；基于所述实际转速，以特设算法计算出实际电压提前角，所述特设算法是在所述实际转速和所述实际电压提前角之间建立的算法；基于所述实际电压提前角生成驱动信号，以所述驱动信号控制向电机输出的三相电。相对于现有技术，在以该三相电驱动下能够提高电机的运转效率和保证电机的运行可靠。

Description

电机驱动方法和装置

技术领域

本发明属于无刷直流电机领域，尤其涉及使用正弦波控制的电机驱动方法和装置。

背景技术

电机(英文：Electric machinery，俗称“马达”)，是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。

为保证电机的高效运转，需要调整电机的导通角(即电机的电压提前角)来调整逆变器向电机输出的三相电压与反电势的相位差(也即调整电流与反电动势的相位差)，其导通角的大小通过分析与电机的转速是密切相关的。但目前，一般是根据驱动电机所施加的电流或者力矩指令来确定所述提前角，因该电流或该力矩与该相位差不具相关性，从而根据基于该电流或该力矩确定出的提前角来调整该相位差，不能保证使得电机高效运转和可靠运行。另外，也有采用转速指令来确定相位角的，由于实际运行与速度指令存在差异，也不能保证使得电机高效运转和可靠运行。

发明内容

本发明的目的在于提供电机驱动方法和装置，因电流与反电动势的实际相位差与电机转子的实际转速相关，而根据电机转子的实际转速来确定提前角，根据该提前角通过控制回路向电机输出三相电压，能够提高电机的运转效率和保证电机的运行可靠。

第一方面，本发明提供电机驱动方法，所述电机驱动方法包括：

检测电机转子的实际转速；

基于所述实际转速，以特设算法计算出实际电压提前角，所述特设算法是在所述实际转速和所述实际电压提前角之间建立的算法；

基于所述实际电压提前角生成驱动信号，以所述驱动信号控制向电机输出的三相电压。

第二方面，本发明提供一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括转速检测单元、控制单元和驱动单元；

所述转速检测单元用于：检测电机转子的实际转速；

所述控制单元用于：基于所述实际转速并以特设算法计算出实际电压提前角，基于所述实际电压提前角生成驱动信号；

所述驱动单元用于：以所述驱动信号控制向电机输出的三相电压；

其中，所述特设算法是在所述实际转速和所述实际电压提前角之间建立的算法。

本发明的有益效果：实时检测电子转子的实际转速，并根据实际转速以特设算法确定实际电压提前角；基于该实际电压提前角控制驱动信号的生成，以生成的驱动信号控制向电机输出的三相电的电压，在该电压的三相电驱动下能够提高电机的运转效率和保证电机的运行可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电机驱动方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的电机驱动装置的组成结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供的电机驱动方法适用于本发明实施例提供的电机驱动装置。该电机驱动装置可是集成到电机上，也可以作为单独设备独立工作。

图1示出了本发明实施例提供的电机驱动方法的流程，为了便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例提供的电机驱动方法，参见图1，所述电机驱动方法包括步骤A11、步骤A12和步骤A13。

步骤A11，检测电机转子的实际转速；

具体地，电机驱动装置上设有转速检测单元，当电机的转子转动时，该转速检测单元利用霍尔效应实时检测转子的位置，进而可根据转子在不同时间所处的位置计算出单位时间内转子的转动速度；当然，也可计算出当前电机转子的转动速度(即实际转速)。

需说明的是，上述的转速检测单元是采用霍尔效应检测转子的位置，但仅仅是举例子；本发明实施例对转速检测单元采用哪些电子器件或传感器实现，不做限定；另外，本发明实施例对转速检测单元基于哪种技术检测转子的转速也不做限定。

举例说明，转速检测单元采用位置检测元件实现；在电机转子转动的过程中，该位置检测元件实时检测转子的位置；相应地在检测过程中，该位置检测元件会输出方波信号，进而可统计该方波信号在单位时间内的方波个数，并根据单位时间内的方波个数计算出转子的实际转速。

例如，转速检测单元包括位置检测元件和频压转换电路；在电机转子转动的过程中，位置检测元件在检测检测转子的位置并输出方波信号，频压转换电路根据该方波信号的频率转换出电压信号；进而能够根据该电压信号确定转子的实际转速。

步骤A12，基于所述实际转速，以特设算法计算出实际电压提前角，所述特设算法是在所述实际转速和所述实际电压提前角之间建立的算法；

需说明的是，所述特设算法中包括有所述实际转速与所述实际电压提前角的映射关系；当然，所述特设算法也可包含其他参数与所述实际转速和所述实际电压提前角的映射关系。本发明实施例对所述特设算法的具体数学模型不做限定；优选的，所述特设算法仅具有所述实际电压提前角和所述实际转速这两个未知量，且所述特设算法仅包括其它已确定的参数。

作为一种优选的所述特设算法，所述特设算法是基于所述实际转速、所述实际电压提前角、额定转速和基准电压提前角建立的算法。所述额定转速为电机出厂时确定的额定转速。所述基准电压提前角是基于所述额定转速计算出的提前角。

步骤A13，基于所述实际电压提前角生成驱动信号，以所述驱动信号控制向电机输出的三相电压。

需说明的是，电机驱动装置的控制单元向驱动单元输出驱动信号，由该驱动信号控制所述驱动单元向电机输出的三相电压，包括控制所述驱动单元向电机输出的三相电压的时序。

在本发明实施例中，控制单元根据步骤A12计算出的所述实际电压提前角，控制驱动信号的生成；以生成的该驱动信号输出至驱动单元，驱动单元根据该驱动信号控制向电机输出的三相电压。

作为驱动单元的一实施方式，所述驱动单元采用逆变器实现。控制单元根据所述实际电压提前角生成驱动信号，以该驱动信号控制逆变器中开关(包括上桥臂的开关和下桥臂的开关)的导通或关断，实现通过控制该开关的导通或关断以控制是否向电机输出三相电中的某一项电以及何时向电机输出三相电中的某一项电，进而实现对该三相电的时序的控制。

在本发明实施例中，控制单元采用具有数据处理能力的电路组成，该电路有电子器件构成。举例说明，该控制单元可以是单片机、ARM处理器以及可编程逻辑器件。

作为控制单元一实施方式，控制单元包括函数发生电路，控制单元控制该该函数发生电路根据步骤A12计算出的实际电压提前角生成对应的驱动信号。

需说明的是，假如控制实际转速N_n以额定转速N_r转动，与该额定转速N_r对应的基准电压提前角a_r通过式(1)计算得到。

式(1)具体为：

式(1)中，所述w_r为与所述额定转速N_r对应的、转子的角速度，所述L_q为所述额定转速N_r对应的交轴电感，所述I_r为所述额定转速N_r对应的交轴电流，所述为总的交链磁通，所述R为电机的相电阻。

作为一实施方式，所述角速度w_r通过式(2)计算得到。式(2)具体为：

w_{r} = 2 \times π \times N_{r} \times (\frac{P}{2}) - - - (2);

式(2)中，所述π为圆周率，所述P为电机的磁极对数。

作为本发明实施例一实施方式，将所述实际电压提前角a_n设置成与基准电压提前角a_r具有比例关系，以降低计算难度并提高处理的运算速度；并且通常在所述实际转速N_n较大时采用本实施方式提供的特设算法计算所述实际电压提前角a_n，本实施方式提供的特设算法参见式(3)，式(3)具体为：

a_{n} = (\frac{N_{n}}{N_{r}}) \times a_{r} - - - (3),

式(3)中，所述a_n为所述实际电压提前角，所述N_n为所述实际转速，所述N_r为电机的额定转速，所述a_r为与所述额定转速N_r对应的基准电压提前角。

作为本发明实施例一实施方式，通过实际电压提前角控制生成驱动信号并以所述驱动信号控制向电机输出的三相电的时序的过程中，最佳实现方式是控制直轴电流接近于零；为满足该最佳实现方式，可选的特设算法至少有两种，包括式(4)和式(5)；

第一种，所述特设算法具体为：

a_{n} = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{1.8} \times a_{r} - - - (4);

式(4)中，所述a_n为所述实际电压提前角，所述N_n为所述实际转速，所述N_r为电机的额定转速，所述a_r为与所述额定转速N_r对应的基准电压提前角。

第二种，所述特设算法具体为：

\tan (a_{n}) = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{2} \times \tan (a_{r}) - - - (5);

式(5)中，所述a_n为所述实际电压提前角，所述N_n为所述实际转速，所述N_r为电机的额定转速，所述a_r为与所述额定转速N_r对应的基准电压提前角。

作为本发明实施例一实施方式，当设计的电机驱动装置的内部电路包含的电子器件较多或者电机驱动装置的内部电路较复杂时，可选的所述特设算法具体为：

a_{n} = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{2} \times a_{r} - - - (6),

式(6)中，所述a_n为所述实际电压提前角，所述N_n为所述实际转速，所述N_r为电机的额定转速，所述a_r为与所述额定转速N_r对应的基准电压提前角。

图2示出了本发明实施例提供的电机驱动装置的结构，为了便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例提供的电机驱动装置，参见图2，所述电机驱动装置包括转速检测单元11、控制单元12和驱动单元13；

所述转速检测单元11用于：检测电机转子的实际转速；

所述控制单元12用于：基于所述实际转速并以特设算法计算出实际电压提前角，基于所述实际电压提前角生成驱动信号；

所述驱动单元13用于：以所述驱动信号控制向电机输出的三相电压；

需说明的是，所述控制单元12包括有提前角计算单元，所述提前角计算单元用于：基于所述实际转速并以特设算法计算出实际电压提前角。

作为本发明实施例一实施方式，所述特设算法具体为：

其中，所述a_n为所述实际电压提前角，所述N_n为所述实际转速，所述N_r为电机的额定转速，所述a_r为与所述额定转速N_r对应的基准电压提前角。

作为本发明实施例又一实施方式，所述特设算法具体为：

\tan (a_{n}) = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{2} \times \tan (a_{r}),

本发明实施例还提供一种电机，所述电机包括上述的电机驱动装置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims

1.一种电机驱动方法，其特征在于，所述电机驱动方法包括：

检测电机转子的实际转速；

2.如权利要求1所述的电机驱动方法，其特征在于，

所述特设算法具体为：

3.如权利要求1所述的电机驱动方法，其特征在于，

所述特设算法具体为：

4.如权利要求1所述的电机驱动方法，其特征在于，所述特设算法具体为：

a_{n} = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{1.8} \times a_{r},

5.如权利要求1所述的电机驱动方法，其特征在于，所述特设算法具体为：

\tan (a_{n}) = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{2} \times \tan (a_{r}),

6.一种电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置包括转速检测单元、控制单元和驱动单元；

所述转速检测单元用于：检测电机转子的实际转速；

7.如权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，

所述特设算法具体为：

8.如权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，

所述特设算法具体为：

9.如权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，

所述特设算法具体为：

10.如权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，

所述特设算法具体为：

\tan (a_{n}) = {(\frac{N_{n}}{N_{r}})}^{2} \times \tan (a_{r}),