CN110932617B - 无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法 - Google Patents
无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110932617B CN110932617B CN201911210977.5A CN201911210977A CN110932617B CN 110932617 B CN110932617 B CN 110932617B CN 201911210977 A CN201911210977 A CN 201911210977A CN 110932617 B CN110932617 B CN 110932617B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- motor
- voltage
- current
- overvoltage
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法,用于解决现有无位置传感器无刷直流电机换相控制方法精度差的技术问题。技术方案是在无刷直流电机运行中,测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值;通过程序实时计算,得到延时电角度,避免电机换相时所产生的尖峰电压对电机换相的影响,实现电机的精确换相。尤其是对于大功率大电流的无刷直流电机,换相续流造成的电压尖峰时间较长,本发明可以避免电机超前或滞后换相和失步故障。及时检测电机电压的是否故障,并且实现过压和欠压保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种无位置传感器无刷直流电机换相控制方法,特别涉及一种无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法。
背景技术
无刷直流电机(BLDCM)既具有直流电机的运行效率高、调速性能好等优点又具备交流电机的结构简单、运行可靠和维护方便等优点。然而,转子位置传感器作为无刷直流电机故障发生概率最高的部件,不仅降低了无刷直流电机的可靠性,增加了电机的成本,还增大了电机的体积。因此,无位置传感器的无刷直流电机及其控制技术成为了近些年研究的热点。虽然无位置传感器无刷直流电机的控制技术已经比较成熟,但其换相过程却不如有位置传感器无刷直流电机的精度高。当无刷直流电机换相不精确时,会造成电机的抖动、电流波动加剧、***效率降低,严重时会造成电机的失步故障,影响其正常运行。因此,高精度换相控制方法的提出,对于改善无位置传感器无刷直流电机的运行性能具有重要意义。
文献“重载条件下无刷直流电机无位置传感器驱动换相续流影响的分析及其补偿[J].杨明,刘杰,徐殿国.中国电机工程学报.2013(30)”提出了一种重载条件下的无位置传感器无刷直流电机位置信号的补偿方法。但文献只分析了相电流续流对位置信号的影响,给出补偿角与续流角度的关系式,但未分析续流角度与补偿角度与负载转矩、负载电流和转速的关系。且文献适用于重载情况下,换相续流引起的电压尖峰容易检测到的情况下。
发明内容
为了克服现有无位置传感器无刷直流电机换相控制方法精度差的不足,本发明提供一种无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法。该方法在无刷直流电机运行中,测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值;通过程序实时计算,得到延时电角度,避免电机换相时所产生的尖峰电压对电机换相的影响,实现电机的精确换相。尤其是对于大功率大电流的无刷直流电机,换相续流造成的电压尖峰时间较长,本发明可以避免电机超前或滞后换相和失步故障。及时检测电机电压的是否故障,并且实现过压和欠压保护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一:在DSP每个控制周期中读AD模块的采样值,经过运算得到电机的三相端电压Ua、Ub和Uc的实际值;
步骤二:实时检测电机转速和母线电流,
电机A相、B相两相导通,C相为不导通相,检测C相的反电势,C相存在不导通相的续流,将端电压置为零,得到三相电压方程。其中,电机三相绕组端电压为Ua,Ub,Uc,三相电流为ia,ib,ic,三相反电势ea,eb,ec由于ec=E-2E/T,ea=-eb=E,三相绕组电阻为Ra=Rb=Rc=R,三相绕组电感为L,三相中性点到直流母线电源负极的电压为uN,母线电压为ud,如式(1)所示。
联立方程得到式(2)。
令τ=L/R,得到A相、B相、C相的电流变化方程,如式(3)。
设Id为电机母线电流的平均值,在这个状态下A相、B相、C相电流的初始值分别为ia(0)=Id ib(0)=0ic(0)=Id,得到C相的续流电流ic的方程。
其中,T为电机换相周期,当C相的续流电流下降到零时ic=0,得到电流下降的时间t0,由于E=Ken。得到续流电流的下降时间,即反电势的可能发生误判的时间,由负载电流和转速决定,将其换算成电角度。
步骤三:在前一次换相之后,为了避开换相电压尖峰在经过的电角度θ后,检测三相中未导通相的反电势经过零点的时刻,即为过零点;
步骤四:如果检测到过零点之后,再利用DSP的定时器进行延时,达到经过30°电角度的延时时间,发出换相信号进行换相;
步骤五:在每个控制周期中间再次读AD的采样值,并判断是否发生过压或欠压故障,如果过压则过压故障标志位置1且过压故障保护计数器加1;否则过压故障标志位置0,过压故障保护计数器置0。如果欠压则欠压故障标志位置1且欠压故障保护计数器加1;否则欠压故障标志位置0,欠压故障保护计数器置0。
步骤六:如果过压或欠压故障标志位为1且过压或欠压故障保护计数器值小于10,则封锁PWM输出,对电机进行保护;如果过压或欠压故障标志位为0,则取消对电机的保护。
步骤七:如果连续10次检测到过压或欠压故障,即过压或欠压故障保护计数器大于等于10,对电机进行永久停机保护,且停机保护标志位置1。
本发明的有益效果是:该方法在无刷直流电机运行中,测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值;通过程序实时计算,得到延时电角度,避免电机换相时所产生的尖峰电压对电机换相的影响,实现电机的精确换相。尤其是对于大功率大电流的无刷直流电机,换相续流造成的电压尖峰时间较长,本发明可以避免电机超前或滞后换相和失步故障。及时检测电机电压的是否故障,并且实现过压和欠压保护。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法的流程图。
图2是本发明方法的电气连接图。
图3是本发明方法中无刷直流电机三相续流的端电压和相电流。
图4是本发明方法得到的不同转速和母线电流下的续流误差角度。
图5是背景技术方法中无刷直流电机的反电势过零点与换相点。
图6是背景技术方法中无刷直流电机进行换相时的电压尖峰。
具体实施方式
参照图1-4。
最常用的三相全桥功率逆变器由6个功率管组成,分三个桥臂,每个桥臂由上和下两个功率管组成。每个桥臂的中点与电机的一相绕组相连,通过改变各开关管的开关状态就可以实现无刷直流电机的换相。
无刷直流电机的无位置传感器控制技术种类极多,但以电机反电势作为检测对象的反电势法最为常用,其中,端电压法又是一种最简单的反电势检测途径。星型绕组连接的电机中,检测不导通相的反电势,从而判断非导通相的反电势过零点。在检测到反电势过零点时,迅速触发计数器,当此计数器完成设定的计数值时,再进行无刷直流电机的换相。
正常运行时,无刷直流电机的相电流导通区间应该与反电势波形平顶区间同相,以便产生恒定的电磁转矩。无刷直流电机的换相点可以根据不导通相反电势波形的过零点,再经过30°电角度的延时时间估算得出,主功率逆变器将按照六步换相逻辑在估算出的换相时刻进行换相,就可以实现无位置传感器无刷直流电机的换相控制。在三相六状态导通方式下,无刷直流电机中每相绕组一次导通的时间为120°电角度,因此每一瞬间只有两相绕组处于导通状态,总有一相绕组为非导通相,即被悬空。为了使无刷直流电机产生最大的电磁转矩,主功率逆变器需要每隔60°电角度对电机进行一次换相,以保证电机的相电流与反电势同相。
利用电压检测电路与DSP的AD模块相配合对电机的三相电压进行检测,算法共分为电压检测、过零点判断与延时换相三个部分。
三相六状态无刷直流电机母线电流检测电路中,电机的三相电压经过电压传感器、然后经滤波、放大之后送入DSP的AD口进行检测。特别强调,此处的滤波仅对斩波频率以上的高频杂波进行滤除。
控制***软件的控制周期为25uS(40kHz),PWM斩波频率为15kHz,DSP使用的是TI公司的TMS320F28335。
无刷直流电机发生换相时都会出现续流的情况,造成端电压检测的误判。以电机处于0~60°为例,电机A相、B相两相导通,C相为不导通相,检测C相的反电势,C相存在不导通相的续流,将端电压置为零,得到三相电压方程。其中,电机三相绕组端电压为Ua,Ub,Uc,三相电流为ia,ib,ic,三相反电势ea,eb,ec由于ec=E-2E/T,ea=-eb=E,三相绕组电阻为Ra=Rb=Rc=R,三相绕组电感为L,三相中性点到直流母线电源负极的电压为uN,母线电压为ud,如式(1)所示。
联立方程得到式(2)。
令τ=L/R,得到A相、B相、C相的电流变化方程,如式(3)。
设Id为电机母线电流的平均值,在这个状态下A相、B相、C相电流的初始值分别为ia(0)=Id ib(0)=0ic(0)=Id,得到C相的续流电流ic的方程。
其中,T为电机换相周期,当C相的续流电流下降到零时ic=0,得到电流下降的时间t0,由于E=Ken。得到续流电流的下降时间,即反电势的可能发生误判的时间,由负载电流和转速决定,将其换算成电角度。
从公式(4)和和公式(5)可以看出,当无刷直流电机处于大功率高转速运行时,电机母线电流较大、转速较高,电机换相时由于续流引起的端电压尖峰持续时间较长,更容易造成反电势过零点检测错误,进而造成电机换相错误甚至失步。
以一个2对极无刷直流电机为例(电机参数如表1),根据电机不同转速和不同负载电流的情况,将电机的参数带入公式(4)和和公式(5),求解出电机续流过程(电压尖峰过程)持续的电角度,如表2。
表1 无刷直流电机参数
表2 不同转速和母线电流下的续流误差角度
由于电机续流过程引起尖峰电压,易造成的反电势过零点误判。因此在电机前一次换相之后需要延时一段时间,再开始检测三相中未导通相的反电势经过零点。
通常对电机电压进行检测的方法是通过分压电阻或者电压传感器对电机电压信号进行采样,滤波之后送入DSP的AD口进行采样,AD采样中断一般用PWM比较事件触发。考虑到AD采样的延迟时间,程序的运行时间等,经过实验发现在每个斩波周期的3/4时刻进行电压检测,能够较准确的反应电机的母线电压和端电压的情况。由于无刷直流电机的无位置传感器控制中,需要电机三相端电压进行实时检测,当端电压出现过高电压(过压)或过低电压(欠压)的情况时,会对电机的转子位置检测产生很大的误差,而且极易造成保护不及时烧毁控制器的现象。因此在电机过压或欠压情况下,需要对电机进行保护。
本发明无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法具体步骤如下:
步骤1:对***控制软件的初始化中,对ADC模块进行初始化;TMS320F28335控制芯片中有A、B两个(各六通道)PWM模块,将A路PWM与B路PWM设置成同步模式;设置B模块PWM比较事件作为ADC的中断触发事件:ADCTRL2.bit.EPWM_ENA_SEQ1=1。
步骤2:计算A路PWM占空比值得四分之三作为B路PWM的占空比,以便在每个斩波周期的四分之三时刻(占空比四分之三时刻,采样的电机电压值较为准确),对电机的各项参数进行采样;
步骤3:在每个控制周期中读AD的采样值:ReadAdc();读取DSP的ADC模块中,对电机三相电压的采样值,在经过运算得到电机三相电压的实际值Ua、Ub、Uc;
步骤4:通过实时检测电机转速(n)和母线电流(Ibus),根据公式(4)和公式(5),计算得到由电机换相续流引起的端电压尖峰过程持续的电角度θ;
步骤5:三相无刷直流电机有六个状态,分别记为1、2、3、4、5、6,当电机,在进入一个换相状态时,利用DSP的定时器(timer0计数频率为40kHz)进行延时,达到经过θ电角度的延时时间,之后开始检测出三相中未导通相的反电势经过零点的时刻,即为过零点;
步骤6:如果检测到过零点之后,再利用DSP的定时器(timer0计数频率为40KHz)进行延时,达到经过30°电角度的延时时间,发出换相信号进行换相。
步骤7:在每个控制周期中间时再次读AD的采样值,判断是否发生过压或欠压故障:if(UA>=OV_Ref;如果过流则过流故障标志位OVPrt=1且过压故障保护计数器OVCnt++,否则OVPrt=0,OVCnt=0;if(UA<=UV_Ref;如果欠压则欠压故障标志位UVPrt=1且过压故障保护计数器UVCnt++,否则UVPrt=0,UVCnt=0。
步骤8:如果过压或欠压故障标志位OVPrt=1或UVPrt=1且过压故障保护计数器OVCnt<10或欠压故障保护计数器UVCnt<10,则封锁PWM输出,对电机进行保护:EPwm1Regs.AQCSFRC.bit.CSFA=2;EPwm2Regs.AQCSFRC.bit.CSFA=2;EPwm3Regs.AQCSFRC.bit.CSFA=2;如果OVPrt=1或UVPrt=1,则取消对电机的限流保护。
步骤9:如果连续10次检测到过压或故障,即OVCnt>=10或UVCnt>=10,对电机进行永久停机保护,且StopMotor标志位置1:StopMotor=1。
Claims (1)
1.一种无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一:在DSP每个控制周期中读AD模块的采样值,经过运算得到电机的三相端电压Ua、Ub和Uc的实际值;
步骤二:实时检测电机转速和母线电流,电机A相、B相两相导通,C相为不导通相,检测C相的反电势,C相存在不导通相的续流,将端电压置为零,得到三相电压方程;其中,电机三相绕组端电压为Ua,Ub,Uc,三相电流为ia,ib,ic,三相反电势ea,eb,ec,由于ec=E-2E/T,ea=-eb=E,三相绕组电阻为Ra=Rb=Rc=R,三相绕组电感为L,三相中性点到直流母线电源负极的电压为uN,母线电压为ud,如式(1)所示:
联立方程得到式(2);
令τ=L/R,得到A相、B相、C相的电流变化方程,如式(3):
设Id为电机母线电流的平均值,在这个状态下A相、B相、C相电流的初始值分别为ia(0)=Idib(0)=0ic(0)=Id,得到C相的续流电流ic的方程:
其中,T为电机换相周期,当C相的续流电流下降到零时ic=0,得到电流下降的时间t0,由于E=Ken;得到续流电流的下降时间,即反电势的可能发生误判的时间,由负载电流和转速决定,将其换算成电角度:
步骤三:在前一次换相之后,为了避开换相电压尖峰在经过的电角度θ后,检测三相中未导通相的反电势经过零点的时刻,即为过零点;
步骤四:如果检测到过零点之后,再利用DSP的定时器进行延时,达到经过30°电角度的延时时间,发出换相信号进行换相;
步骤五:在每个控制周期中间再次读AD的采样值,并判断是否发生过压或欠压故障,如果过压则过压故障标志位置1且过压故障保护计数器加1;否则过压故障标志位置0,过压故障保护计数器置0;如果欠压则欠压故障标志位置1且欠压故障保护计数器加1;否则欠压故障标志位置0,欠压故障保护计数器置0;
步骤六:如果过压或欠压故障标志位为1且过压或欠压故障保护计数器值小于10,则封锁PWM输出,对电机进行保护;如果过压或欠压故障标志位为0,则取消对电机的保护;
步骤七:如果连续10次检测到过压或欠压故障,即过压或欠压故障保护计数器大于等于10,对电机进行永久停机保护,且停机保护标志位置1。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911210977.5A CN110932617B (zh) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | 无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911210977.5A CN110932617B (zh) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | 无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110932617A CN110932617A (zh) | 2020-03-27 |
CN110932617B true CN110932617B (zh) | 2021-08-10 |
Family
ID=69848386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911210977.5A Active CN110932617B (zh) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | 无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110932617B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022040934A1 (zh) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 无刷直流电机的驱动方法、电路、设备及存储介质 |
CN113224986B (zh) * | 2021-05-17 | 2022-10-21 | 深圳市航顺芯片技术研发有限公司 | 直流无刷电机以及直流无刷电机的控制方法 |
CN113740622B (zh) * | 2021-07-21 | 2024-06-07 | 深圳拓邦股份有限公司 | 电动工具、直流无刷电机及其缺相检测方法 |
CN114744927A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-12 | 苏州创盈智能科技有限公司 | 一种直流无刷电机无极供电电路及控制方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007244106A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インバータ制御装置および電動圧縮機 |
CN106026804A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-10-12 | 王大方 | 一种无位置传感器无刷直流电机的无硬件滤波换相方法 |
CN108429425A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-08-21 | 武汉菱电汽车电控***股份有限公司 | 直流无刷电机及其控制方法 |
CN109586625A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-05 | 武汉科技大学 | 一种无刷直流电机的驱动方法及装置 |
-
2019
- 2019-12-02 CN CN201911210977.5A patent/CN110932617B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007244106A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インバータ制御装置および電動圧縮機 |
CN106026804A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-10-12 | 王大方 | 一种无位置传感器无刷直流电机的无硬件滤波换相方法 |
CN108429425A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-08-21 | 武汉菱电汽车电控***股份有限公司 | 直流无刷电机及其控制方法 |
CN109586625A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-05 | 武汉科技大学 | 一种无刷直流电机的驱动方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Position sensorless control of BLDC motor in continuous positive airway pressure device;Meenu M M et al.;《 2015 International Conference on Control Communication & Computing India (ICCC)》;20160314;第230-235页 * |
无位置传感器无刷直流电机无硬件滤波转子位置检测方法;王大方 等;《电工技术学报》;20171031;第32卷(第19期);第71-80页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110932617A (zh) | 2020-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110932617B (zh) | 无位置传感器无刷直流电机换相点检测与保护方法 | |
CN104767429B (zh) | 无刷直流电机功率逆变器上电自检装置及自检方法 | |
CN107482962A (zh) | 无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法 | |
CN109167539B (zh) | 一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法及控制*** | |
CN101262196B (zh) | 检测无位置传感器无刷直流电机转子位置的方法 | |
CN102290790B (zh) | 一种无刷直流电机的故障检测与保护电路 | |
CN109713949B (zh) | 一种无刷直流电机转矩脉动的抑制方法及*** | |
CN110957949B (zh) | 基于端电压法的无位置传感器无刷直流电机换相点位置校正方法 | |
WO2011023137A1 (en) | Open phase detection system and method for three-phase motor | |
CN110535378B (zh) | 无刷直流电机高精度换相控制的方法及*** | |
CN104767176B (zh) | 一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法 | |
CN110752799B (zh) | 无刷直流电机双模控制的切换方法及切换*** | |
CN109088567B (zh) | 一种无位置传感器无刷直流电机续流干扰补偿方法 | |
CN203675020U (zh) | 干手器用无位置传感器无刷电机控制器 | |
CN104767434A (zh) | 一种无刷直流电动机转子换相位置检测及换相控制方法 | |
CN106908722A (zh) | 一种开关磁阻电机的相电流故障的诊断方法 | |
CN110299876B (zh) | 一种提高无刷直流电机换相准确度的控制方法 | |
CN108414880A (zh) | 一种用于变频器启动前相间短路检测方法 | |
CN108735538B (zh) | 一种同步控制的高压断路器电机操动机构及其控制方法 | |
CN103187911A (zh) | 无刷直流电机反电动势换相点检测方法 | |
CN107681930A (zh) | 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法 | |
WO2024078595A1 (zh) | 无刷直流电机反电动势过零点电压的补偿***及方法 | |
CN110557057B (zh) | 一种永磁直流无刷电机的反电动势过零点检测电路 | |
CN114325480B (zh) | 多相无刷励磁机的二极管开路故障检测方法、装置 | |
CN110611464B (zh) | 一种用于无刷直流电机的转子换相控制***及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |