CN1980046A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

将由于干扰等而发生了随意地转动的情况的电动机，通过180度通电方式进行控制，这样可以同时地实现低成本、省空间、低振动、高效率的所有目的。在由多个开关元件所构成的逆变电路中，将三相(U相、V相、W相)中流动的合成电流信息通过一个过电流检测用分流电阻进行检测，再现与PWM信号同步的逆变器的输出电流，由此，实现通常时推断转子磁极位置进行驱动的180度通电控制。另一方面，在启动前由于干扰(风)电动机发生空转的情况下，在逆变器对由于电动机的转动产生的感应电压进行开关操作前，可以直接检测电动机的磁极位置、转动速度、转动方向并且启动。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动机的控制装置，其在逆变器电路中，通过由一个过电流检测用电阻对三相(U相、V相、W相)合成电流进行检测，由微机内部演算推断磁极位置，并在通常驱动时以无位置传感器驱动方式进行180度通电控制(正弦波调制)。
背景技术
具备永磁转子与定子绕组的永磁同步电动机，由于其高效因而多被使用于空气调节器等家电产品。该永磁同步电动机的驱动控制，必需将转子的磁极位置与电动机电流的相位密切地联系起来来进行。近年来，电动机控制的高效化在不断进步，不再使用霍尔元件等的转子位置检测传感器进行转子磁极位置检测，而是采用通过一根过电流检测用分流电阻进行电流检测、在微机内部通过A/D转换推断磁极位置，并通过180度通电方式进行电动机驱动的无位置传感器驱动方式。
在洗衣机中，在控制***中发生了规定的异常时，暂时停止基于逆变器的电动机的驱动，但是在重新开始此后的控制的情况下，同步电动机因为惯性在旋转，变得不能规定电动机的磁极位置。为了解决这样的问题，在专利文献1中，记载有：通过设定电动机的磁极位置传感器来检测位置，从而可以进行基于逆变器的驱动的方法。
另一方面，在该专利文献1中，对于未设置磁极位置传感器的无传感器驱动方式也有记载。记载有：在陷入了所述的状态时，利用由于转子具有的惯性转动速度不会急速地下降的事实，预先记忆异常发生之前的转动频率，使用该位置重新开始运转。
专利文献1：特开2005-6453号公报
发明内容
然而，驱动在空气调节器的室外机中所设置的室外风扇的同步电动机的情况下。有时存在在基于逆变器的电动机启动前由于风力风扇随意地转动的情况。在该情况下，用以一根分流电阻推断磁极位置的无传感器矢量控制进行电动机的驱动时，该磁极位置的推断，由于是在逻辑上导出在逆变器进行开关的时刻当前分流电阻中流动的电流是什么样的电流的控制，所以在逆变器的开关元件未被开关的状态下，不能确定定由电动机的感应电压引起的电流是什么样的电流。另外，按照现有技术，由于启动前并不执行基于逆变器的电动机控制，不能读取启动前的转动频率来进行推断。
为了提高电动机效率而使用霍尔元件，进行位置检测并控制或以在(U相、V相、W相)三相各相上设置分流电阻的方式来进行180度通电方式的情况下，由于必需三根分流电阻与三个电流检测电路，因此零件的件数大幅度增加、电动机控制***价格变得昂贵，此外还必需很大的安装空间。
本发明的目的是，提供一种电动机控制装置，其即对于使用于由于干扰而存在电动机随意地转动的可能性的电动机，也可以通过以一根过电流检测用分流电阻来检测(U相、V相、W相)三相各相的合成电流，从而可以适用180度通电方式。
所述目的，通过下述方法来实现：提供一种电动机的控制装置，该电动机的控制装置，用于由多个开关元件所构成的逆变器、通过该逆变器驱动的电动机、设置在所述逆变器直流侧的电阻和施加在该电阻的电压的变化来检测所述电动机的转子磁极位置，其设有检测所述电动机的线电压的单元。
另外，所述目的，通过下述方法来实现：提供一种电动机的控制装置，该电动机的控制装置，用于由多个开关元件所构成的逆变器、通过该逆变器驱动的电动机、设置在所述逆变器直流侧的电阻和施加在该电阻的电压的变化来检测所述电动机的转子磁极位置，其设有检测所述电动机的线电压的单元，在基于所述逆变器的开关的所述电动机的驱动前检测所述电动机的转子的转动方向、转动速度以及磁极位置。
通过本发明，可以提供一种电动机的控制装置，其即使对于使用于由于干扰而存在电动机随意地转动的可能性的电动机，也可以通过以一根过电流检测用分流电阻来检测(U相、V相、W相)三相各相的合成电流，从而可适用180度通电方式。
附图说明
图1是一根分流电阻的电流检测与感应电压检测的电动机控制装置的框图。
图2是空气调节机的室外装置图。
图3是180度通电方式与120度通电方式的区别的示意图。
图4是以AD端口1端口进行感应电压检测的电路图。
图5是一个分流器+位置检测电动机控制的流程图。
图6是说明感应电压检测的原理的图。
图7是感应电压的检测波形的示意图。
符号说明
1……直流电源、2……逆变电路、3……同步电动机、4……控制电路4a……微机、5……分流电阻、6……风扇电动机支架、7……风扇、8风扇电动机、9……电气制品
具体实施方式
下面，使用图1～图5，对使用本发明的永磁同步电动机的控制装置的实施例进行说明。
在表示空气调节机的室外机的图2当中，室外机由于设置在室外而风吹雨淋。因此，即使不驱动风扇电动机8，风扇7随风向而正转或逆转，根据风速以各种转速转动。
另一方面，必需使室外机装置本身小型化并且实现低成本。因此，搭载的电气制品也必须在有限的小空间制成廉价且高效的电气制品。因此使用这样的方法：即室外风扇电动机8的控制方式如图1所示那样通过一根过电流检测用分流电阻，对逆变器模块(U相、V相、W相)3相各相中流过的合成电流进行检测的方法。由此，不需要设置磁极位置传感器或在电动机的各相中设置电流检测用电阻。通过由运算放大器与数根电阻构成的差动放大器放大合成后的电流，并将该值输入到微机的A/D端口，这样，在微机内部进行A/D转换，由该值重现电动机电流。
控制的细节是，在微机内部未流过直流电流的相位也进行A/D转换，将该结果与流过直流的相位中的A/D转换结果进行组合，除去直流检测电路的输出中包含的偏移电压，为了扩大能够检测PWM信号的脉冲幅度的脉冲幅度使载波频率变化，另外与从先前得到的直流电流信息重现的电动机电流组合起来，来推断当前时刻的逆变器的输出电流并进行控制。如图5所示的无传感器运转部所示，在(S13)中从一根过电流检测用分流电阻在微机A/D转换端口来检测三相的合成电流，在(S14)中在微机内部进行A/D转换，在(S9)中重现电动机电流。在(S11)中将根据该重现后的电动机电流信息在(S10)中发生的PWM信号输入到驱动器，在(S12)中控制逆变器模块。该方法中，在通常驱动时由于不必进行位置检测，所以就可以通过180度通电方式(图3)来进行控制。在180度通电方式中，以将正弦电压施加在电动机绕组来进行驱动的方法，使电动机电流平滑地进行变化，所以可以使电动机的功率大幅度地改善从而能够实现高效率化，不发生随着150度或120度通电的换流产生的电动机输出转矩的脉动。由此，实现了振动与噪音的降低。
通常可以只以该控制方式进行电动机驱动，但是在空气调节机的室外风扇电动机8的情况下，存在在启动前由于风等的干扰风扇随意转动的状态的情况。该情况下，由于不判断启动时的转子的相位与转动频率，因此不能仅以该控制进行电动机驱动。
因此，通过追加在逆变器电路2进行开关前对同步电动机3的感应电压进行检测的电路，来对转子磁极位置、转动速度、转动方向进行检测。由此，在启动时即使遭到干扰也可以控制到期望的转动速度。
磁极位置检测方法，目前，采用几种方法，例如在特公昭59-36519号公报中，通过将由于电动机转动而发生的感应电压通过1次滤波器对于感应电压转换为具有大致上90度的相位关系的三个三角波信号，使这三个三角波信号在星形连接的电阻中导通，用比较器对星形连接的中性点电压与这些三角波信号进行大小比较，根据从比较器得到的脉冲信号进行电动机驱动控制。
这里，在利用一次滤波检测出感应电压的情况下在电动机的转数较低的情况下存在相位差变大的问题，在特开2000-14187号公报中，为使通过比较器进行比较的电压稳定，与直流电源电压的1/2电压比较，形成各相的转子磁极位置检测信号，进行电动机驱动控制。
但在任何情况下，都是采用120度通电方式或150度通电方式，在无通电区间上通过以上所示的位置检测电路对线间的感应电压进行检测，在起动时和通常运转时进行转子的磁极位置检测并进行控制。在120度通电或150度通电方式中，无通电区间存在于各相当中。启动时，逆变器模块未开通因此可以检测感应电压。在通常驱动中，能够检测通过电流未流过的相(无通电区间中的相)中发生的电动机的转动所产生的感应电压。这样检测转子的磁极位置检测、转动速度、转动方向并进行电动机控制。
在本实施例中，感应电压的检测电路，做成这样的方式：向微机的A/D端口直接输入在(U相、V相、W相)三相中发生的感应电压后，在微机内部进行A/D转换，由此，根据重现的电动机电流，计算电动机的转子磁极位置、转动速度、转动方向。
但是，在微机4a的A/D端口的个数不足的情况下，可以通过如图4所示电路通过使用三极管和二极管，以一个A/D端口来进行检测。
使用图6来对其检测原理进行说明。即使在由于风力而使风扇转动、同步电动机3随意地转动地情况下，由于转子的磁铁横穿定子绕组而产生感应电压，由于该电压通过逆变电路2电流流动。例如，在产生了如图示的电压的情况下，来自U相绕组的电流通过逆变器的U相的回流二极管、电源、分流电阻，流经W相下臂的回流二极管到达W相绕组。同样，来自V相绕组的电流，通过逆变器的V相的回流二极管、电源、分流电阻、W相下臂的回流二极管到达W相绕组。
此时，将三极管Tr1、Tr2、Tr3以规定的顺序仅使一个关断。也就是说，另外两个处于导通状态。以比同步电动机3的转动频率还足够大的频率来进行该操作。因此，以Tr1、Tr2、Tr3的顺序进行顺次关断动作的情况下，可以大致上检测出在该瞬间的感应电压。
在图4、图6当中，若是通过I/O端口将Tr1进行OFF操作的情况下通过R1检测的U相的感应电压Vun通过D1的二极管并以A/D端口可以进行检测。这时，同步电动机3的W相成为基准电压(地)对W相绕组以及U相绕组的合成感应电压进行检测。接着将Tr1导通Tr2关断时，对W相的端子成为基准电压的W相绕组以及V相绕组的合成感应电压进行检测。接下来，将Tr2导通Tr3关断时，该电位由于逆变电路2的W相下臂的回流二极管导通而成为地电位在检测电阻R1中不流过电流检测为0电压。该状态下，在图7(a)中，为270度到30度的期间。各相的电压波形中具有两个波峰的理由是，在图7(b)中，从270度到30度为负极，例如，在为正极的U相中出现的电压，是W相绕组与U相绕组的合成电压，因此可以检测线电压。W相的端子为接地电位，以该接地为基准检测线电压，因此基准电位随同步电动机3的W相端子电压的时间变化而变化。即，由于将以正弦波变化的W相端子电压作为0电位，因此作为合成电压的U相、V相端子电压如图7(a)所示进行变化。
这样通过将三极管的ON、OFF的动作高速进行切换，就可以以一个A/D端口检测三相的瞬时的感应电压，通过将该三相的感应电压进行跟踪，描绘出图7(a)那样的曲线图。由此，可以检测出转子的转动方向、转动速度、磁极位置。
转动方向通过UVW的出现顺序可以进行判别，转动速度通过这些波形的频率可以进行判别，磁极位置通过各自的相位可以进行判别。
将该流程根据图5来进行说明。在位置检测部在(S1)中检测线感应电压，在(S2)中通过RC结构设置噪声过滤器来去除噪音。虽然是可以充分地降低噪音的检测电路，但是以过滤器可以去除的噪音有限，在检测的感应电压中残留有噪音所以检测出的数据可能会有一定偏差。因此将一定值以下的检测值判定为噪音，以使不进行误判断。
另外，在(S5)(S6)进行电压的α、β变换计算电压相位。从该数据开始，计算(S7)相位差，并将旋转方向判断为(S3)该相位总和值Δφsum为正的情况下处于正转状态、为0的情况下处于停止状态、为负的情况下处于反转状态。从(S3)的判定值与(S6)的计算值中在(S8)决定转子相位。另外根据(S3)的判定值在(S4)进行周期变换，检测转数。这里计算的转数判断为停止或若干的转动的情况下，进行转子的定位，将转子的位置进行一次固定后进行启动。另外计算的转动方向判断为反转的情况下，通过控制进行制动，移动到正转并以期望的转数进行驱动。
此外计算的转动方向判断为正转的情况下，一次都不用停止这样地结合转子的位置并开始PWM通电，并以期望的转数进行驱动。
通过组合采用该一根过电流检测用分流电阻的电流检测方式与感应电压方式，就能够实现这样的电动机驱动电路：即能够将空气调节机的由于干扰而有可能空转的室外风扇电动机，以较少的实装空间、廉价且高效率、低振动的方式控制在期望的转动速度。
如以上本实施例中的说明，在该控制方式中在通常运转时，通过以一根分流电阻检测(U相、V相、W相)三相各相的合成电流来进行180度通电控制，在由于干扰风扇随意地转动地状态中，只在启动时在逆变器进行开关前进行感应电压检测，计算转子磁极位置、转动圆周速度、转动方向并结合其相位进行180度通电控制。
对于使用于由于所述的干扰等转子存在空转可能性的用途的电动机，通过对(U相、V相、W相)三相各相中流过的电流进行合成后的电流通过一根过电流检测用分流电阻进行检测的方式，和只在启动时在逆变器进行开关前进行感应电压检测，计算转子磁极位置、转动圆周速度、转动方向的两种方式进行组合的电动机控制方法，具有能够控制成可以安装在较小空间、廉价且高效率、低振动稳定的开始运动和期望的转动速度的效果。
此外，在图1中，检测感应电压并将其转换为电流的理由是，原本以180度通电的矢量控制生成电动机电流，利用它来掌握感应电压的转子的运动。
另外，上面对在由于干扰等转子空转的情况下为了进行转子磁极位置检测，将产生的三相(U相、V相、W相)的感应电压以微机的A/D端口的1个端口进行检测的方式进行了说明，但是即便是将三相(U相、V相、W相)的感应电压直接输入到A/D端口，在微机内部进行A/D转换也具有同样的效果。

Claims (2)

1.一种电动机的控制装置，其用于通过由多个开关元件所构成的逆变器、由该逆变器驱动的电动机、设置在所述逆变器直流侧的电阻和施加在该电阻的电压的变化来检测所述电动机的转子磁极位置，其特征在于，
设有检测所述电动机的线电压的单元。
2.一种电动机的控制装置，其用于通过由多个开关元件所构成的逆变器、由该逆变器驱动的电动机、设置在所述逆变器直流侧的电阻和施加在该电阻的电压的变化来检测所述电动机的转子磁极位置，其特征在于，
设置检测所述电动机的线电压的单元，在通过所述逆变器进行开关的所述电动机的驱动之前，检测所述电动机的转子的转动方向、转动速度以及磁极位置。
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