CN113992075B - 一种无刷直流电机相位延迟的补偿电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无刷直流电机相位延迟的补偿电路，包括：分压模块、RC滤波模块和调节模块；所述分压模块和所述RC滤波模块相连，所述分压模块将采集到的电机端电压进行分压后，转换成单片机可以检测到的电压；所述RC滤波模块用于滤除端电压信号中的高频干扰信号和延迟30°电角度；所述RC滤波模块和所述调节模块相连，所述调节模块用来对所述RC滤波模块中的相位延迟进行调节。本发明可以很好的改善滤波电路的效果，解决了由于三相端电压的频率在电机启动以及低、中、高速等不同运行状态下波动范围比较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无刷直流电机技术领域，具体涉及一种无刷直流电机相位延迟的补偿电路及控制方法。
背景技术
无刷直流电机是一种不再使用机械结构换向刷而改用电子换向器的新型电机。无刷直流电机以法拉第的电磁感应定律为基础，它具有高速动态响应、高效率、长寿命、低噪声、高转速、无换向火花、运行可靠和易于维护等特点。
无刷直流电机绕组反电动势的过零点反映了转子磁极的位置。因此，只要能准确的检测到绕组反电动势的过零点信号，就可以判断出转子的关键位置。经过30°电角度延时处理后，就可以作为绕组的换向点，再根据6根功率管的导通顺序，从而实现无刷直流电机的换向操作。目前，在实际应用中，由于三相端电压的频率在电机启动以及低、中、高速等不同运行状态下波动范围比较大，原因是原本的滤波电路无法做到30°的精确延迟，所以，这样会导致电机在不同转速下运行状态会变得极不平稳。
发明内容
本发明提供了一种无刷直流电机相位延迟的补偿电路及控制方法，以解决现有技术中由于三相端电压的频率在电机启动以及低、中、高速等不同运行状态下波动范围比较大，导致电机在不同转速下运行状态会变得极不平稳的问题。
本发明提供了一种无刷直流电机相位延迟的补偿电路，包括：分压模块、RC滤波模块和调节模块；所述分压模块和所述RC滤波模块相连，所述分压模块将采集到的电机端电压进行分压后，转换成单片机可以检测到的电压；所述RC滤波模块用于滤除端电压信号中的高频干扰信号和延迟30°电角度；所述RC滤波模块和所述调节模块相连，所述调节模块用来对所述RC滤波模块中的相位延迟进行调节。
进一步地，所述分压模块包括：第一电阻、第二电阻；所述RC滤波模块包括：第三电阻、第一电容；
所述第一电阻的一端与无刷直流电机的一相连接，另一端分别与所述第二电阻的一端、第三电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端分别与所述第一电容的一端、模拟地连接；所述第三电阻的另一端分别与所述第一电容的另一端、MUC的输入端连接；所述调节模块并接在所述第三电阻两端。
进一步地，所述调节模块包括：第四电阻、第一三极管；所述第四电阻的一端分别与所述第一电阻的一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的基极与PWM信号端连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻的另一端连接。
进一步地，所述调节模块包括：第五电阻、第一光耦；所述第五电阻的一端分别与所述第一电阻的一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端连接，第四电阻的另一端与所述第一光耦中三极管的集电极连接；所述第一光耦中三极管的发射极与所述第三电阻的另一端连接，所述第一光耦中发光二极管的负极接地，所述第一光耦中发光二极管的正极与PWM信号端连接。
本发明还提供了一种无刷直流电机相位延迟的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：获取无刷直流电机的极对数和当前无刷直流电机的转速；
步骤2：通过步骤1得出无刷直流电机的极对数和转速，计算换相频率；
步骤3：判断换相频率是否大于第二预设值，当大于第二预设值时，执行步骤6；当小于第二预设值时，则执行步骤4；
步骤4：判断换相频率是否大于第一预设值，当大于第一预设值时，执行步骤5；当小于第一预设值时，则执行步骤2；
步骤5：调节模块进入半工作状态，计算得出调节模块中需要的PWM占空比，通过实时调节PWM的占空比来进行相位延迟角度的补偿；
步骤6：调节模块进入全工作状态，计算得出调节模块中需要的PWM占空比，通过实时调节PWM的占空比来进行相位延迟角度的补偿。
进一步地，所述步骤2中换相频率的具体计算方法为基于无刷直流电机的极对数以及转速进行计算，具体公式如下：
其中，“f”为换相频率，“n”为电机当前转速，“p”为极对数。
进一步地，所述步骤3中第二预设值具体计算方法为：
其中，“C0”为所述RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f2”为换相频率第二预设值，“R0”为所述RC滤波模块中第三电阻R3、所述调节模块中第四电阻R4以及第五电阻R5的阻值。
进一步地，所述步骤4中第一预设值具体计算方法为：
其中，“C0”为所述RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f1”为换相频率第一预设值。
进一步地，所述步骤5中调节模块中需要的PWM占空比，具体公式如下：
其中，“C0”为所述RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f”为换相频率，“R0”为所述RC滤波模块中第三电阻R3、所述调节模块中第四电阻R4以及第五电阻R5的阻值。
进一步地，所述步骤6中调节模块中需要的PWM占空比如下：
PWM＝1
本发明的有益效果：
1、通过本发明的调节，可以很好的改善滤波电路的效果，解决了由于三相端电压的频率在电机启动以及低、中、高速等不同运行状态下波动范围比较大的问题。
2、通过接入调节模块，控制PWM的占空比进行输出来补偿相位延迟角度，以达到RC滤波模块中电机相位延迟30°的电角度，本发明的补偿电路和控制方法使得电机变速过程更加平稳并且具有实时性和自适应性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明具体实施的电路图；
图2为本发明具体实施的另一电路图；
图3为本发明具体实施控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种同步电机的励磁控制装置，如图1所示，本发明提供了一种无刷直流电机相位延迟的补偿电路，其特征在于，包括分压模块、RC滤波模块和调节模块；分压模块和RC滤波模块相连，分压模块将采集到的电机端电压进行分压后，转换成单片机可以检测到的电压；RC滤波模块用于滤除端电压信号中的高频干扰信号和延迟30°电角度，确保反电势过零点后延时30°触发电机换相，将分压模块采集到的电信号经过滤波处理后，单片机对滤波后的电信号进行采集；RC滤波模块和调节模块相连，调节模块用来调节RC滤波模块中的相位延迟问题。
分压模块包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端与无刷直流电机的一相相连，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端相连，且第一电阻R1的另一端作为分压模块的输出端，第二电阻R2的另一端与地相连；滤波模块包括第三电阻R3和第一电容C1，第三电阻R3的一端与第一电阻R1的另一端相连，第三电阻R3的另一端与第一电容C1的一端相连，且第三电阻R3的另一端作为单片机信号的输入端，第一电容C1的另一端与地相连；调节模块包括第四电阻R4和第一三极管M1，第四电阻R4的一端与第一电阻R1的另一端相连，第四电阻R4的另一端与第一三极管M1的集电极相连，第一三极管M1的发射极与第三电阻R3的另一端相连，第一三极管M1的基极与PWM信号端相连。
如图2所示，调节模块还可以包括第五电阻R5和第一光耦T1，第一光耦T1包括第一二极管D1和将第一二极管D1发出的光信号转换成电信号的第二三极管M2，第五电阻R5的一端与与第一电阻R1的另一端相连，第五电阻R5的另一端与第二三极管M2的集电极相连，第二三极管M2的发射极与第三电阻R3的另一端相连，第一二极管D1的负极与地相连，第一二极管D1的正极与PWM信号端相连。
本发明实施例中，在分压模块中的第一电阻R1和第二电阻R2采用100欧，RC滤波模块中的第三电阻R3、调节模块中的第四电阻R4和第五电阻R5采用50欧，RC滤波模块中第一电容C1采用1微法。
本发明还提供了一种无刷直流电机相位延迟的控制方法，其特征在于，通过计算当前无刷直流电机的换相频率来判断是否接入调节模块来实现无刷直流电机的相位延迟30°换相，如图3所示，包括：
步骤S1：获取无刷直流电机的极对数和当前无刷直流电机的转速；
步骤S2：通过步骤S1得出无刷直流电机的极对数和转速，经过计算得出换相频率；
步骤S2中换相频率的具体计算方法为基于无刷直流电机的极对数以及转速进行计算，具体公式如下：
其中，计算换相频率时，“f”为换相频率，“n”为电机当前转速，“p”为极对数。
例如，当获取到高速吸尘器的转速为18000转/分，极对数为1时，则此时的换相频率具体为：
步骤S3：判断计算得出的换相频率是否大于第二预设值，当是时，执行步骤S6；当否时，则执行步骤S4；
步骤S3中换相频率第二预设值是由于RC滤波模块延迟效果加强而导致相位角度滞后，且调节模块全工作的情况下计算，具体计算方法为：
其中，“C0”为RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f2”为换相频率第二预设值，“R0”为RC滤波模块中第三电阻R3调节模块中第四电阻R4以及第五电阻R5的阻值。
例如，当RC滤波模块中的第三电阻R3、调节模块中的第四电阻R4和第五电阻R5采用50欧，RC滤波模块中的第一电容C1采用1微法，则此时的换相频率第二预设值具体为：
步骤S4：判断计算得出的换相频率是否大于第一预设值，当是时，执行步骤S5；当否时，则执行步骤S2；
步骤S4中换相频率第一预设值是由于RC滤波模块延迟效果加强而导致相位角度滞后，且调节模块不工作的情况下计算，具体计算方法为：
其中，“C0”为RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f1”为换相频率第一预设值。
例如，当RC滤波模块中的第一电容C1采用1微法，则此时的换相频率第一预设值具体为：
步骤S5：调节模块开始半工作状态，经过计算得出调节模块中需要的PWM占空比，实时调节PWM的占空比来进行相位延迟角度的补偿；
步骤S5中调节模块开始半工作状态时，则换相频率f介于第一预设值和第二预设值之间；
步骤S5中需要调节的PWM占空比是由于RC滤波模块延迟效果加强而导致相位角度滞后的情况下计算，具体公式如下：
其中，“C0”为RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f”为换相频率，“R0”为RC滤波模块中第三电阻R3、调节模块中第四电阻R4以及第五电阻R5的阻值。
例如，当RC滤波模块中的第三电阻R3、调节模块中的第四电阻R4和第五电阻R5采用50欧，RC滤波模块中第一电容C1采用1微法，则此时需接入的PWM占空比具体为：
步骤S6：调节模块开始全工作状态，经过计算得出调节模块中需要的PWM占空比，通过实时调节PWM的占空比来进行相位延迟角度的补偿；
步骤S6中调节模块开始全工作状态时，则换相频率f大于第二预设值；
步骤S6中需要调节的PWM占空比是由于RC滤波模块延迟效果加强而导致相位角度滞后的情况下计算，具体公式如下：
PWM＝1。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法，其中，无刷直流电机相位延迟补偿电路包括：分压模块、RC滤波模块和调节模块；所述分压模块和所述RC滤波模块相连，所述分压模块将采集到的电机端电压进行分压后，转换成单片机可以检测到的电压；所述RC滤波模块用于滤除端电压信号中的高频干扰信号和延迟30°电角度；所述RC滤波模块和所述调节模块相连，所述调节模块用来对所述RC滤波模块中的相位延迟进行调节，
其中，所述分压模块包括：第一电阻、第二电阻；所述RC滤波模块包括：第三电阻、第一电容；
所述第一电阻的一端与无刷直流电机的一相连接，另一端分别与所述第二电阻的一端、第三电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端分别与所述第一电容的一端、模拟地连接；所述第三电阻的另一端分别与所述第一电容的另一端、MUC的输入端连接；所述调节模块并接在所述第三电阻两端；
所述调节模块包括：第四电阻、第一三极管；所述第四电阻的一端分别与所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的基极与PWM信号端连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻的另一端连接，
或，所述调节模块包括：第五电阻、第一光耦；所述第五电阻的一端分别与所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端连接，第五电阻的另一端与所述第一光耦中三极管的集电极连接；所述第一光耦中三极管的发射极与所述第三电阻的另一端连接，所述第一光耦中发光二极管的负极接地，所述第一光耦中发光二极管的正极与PWM信号端连接，
其特征在于，所述无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法包括如下步骤：
步骤1：获取无刷直流电机的极对数和当前无刷直流电机的转速；
步骤2：通过步骤1得出无刷直流电机的极对数和转速，计算换相频率；
步骤3：判断换相频率是否大于第二预设值，当大于第二预设值时，执行步骤6；当小于第二预设值时，则执行步骤4；
步骤4：判断换相频率是否大于第一预设值，当大于第一预设值时，执行步骤5；当小于第一预设值时，则执行步骤2；
步骤5：调节模块进入半工作状态，计算得出调节模块中需要的PWM占空比，通过实时调节PWM的占空比来进行相位延迟角度的补偿；
步骤6：调节模块进入全工作状态，计算得出调节模块中需要的PWM占空比，通过实时调节PWM的占空比来进行相位延迟角度的补偿。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤2中换相频率的具体计算方法为基于无刷直流电机的极对数以及转速进行计算，具体公式如下：
其中，“f”为换相频率，“n”为电机当前转速，“p”为极对数。
3.如权利要求1所述的无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤3中第二预设值具体计算方法为：
其中，“C0”为所述RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f2”为换相频率第二预设值，“R0”为所述RC滤波模块中第三电阻R3、所述调节模块中第四电阻R4以及第五电阻R5的阻值。
4.如权利要求1所述的无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤4中第一预设值具体计算方法为：
其中，“C0”为所述RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f1”为换相频率第一预设值。
5.如权利要求1所述的无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤5中调节模块中需要的PWM占空比，具体公式如下：
其中，“C0”为所述RC滤波模块中第一电容C1的容值，“f”为换相频率，“R0”为所述RC滤波模块中第三电阻R3、所述调节模块中第四电阻R4以及第五电阻R5的阻值。
6.如权利要求1所述的无刷直流电机相位延迟补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤6中调节模块中需要的PWM占空比如下：
PWM＝1。
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